СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ОБЪЕМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE CAPACITY CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как одно-, так и многоцилиндровых четырехтактных двигателей, однорядных, двухрядных и оппозитных двигателей с изменяемым рабочим объемом.
Из патента РФ на изобретение №2194163 известна поршневая машина с регулируемым вытесняемым объемом, механизм регулирования которой снабжен гайкой на принудительно перемещаемом шарнире и винтом, установленным с гайкой в винтовую пару, а также червячной парой с закрепленным на винте червячным колесом и с нулевым заходом червяка, установленным соосно с колебательным валом, подвижно в осевом относительно него направлении, с возможностью принудительного осевого перемещения, например гидроцилиндром [1].
Известен двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия по патенту РФ №2013603, содержащий кривошипно-шатунный механизм, включающий кривошипный вал с эксцентриковыми шатунными шейками по числу цилиндров двигателя, на каждой из которых размещена с образованием шлицевого соединения эксцентриковая поворотная втулка, геометрическая ось которой не совпадает с геометрической осью шатунной шейки и осью кривошипного вала. На хвостовике кривошипного вала установлена согласующая шестерня, соединенная с корпусом и кинематически связанная с распределительным валом двигателя. Кривошипный вал установлен в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси под воздействием внешних сил, например от ходового винта, установленного соосно кривошипному валу [2]. Известный двигатель с ручным управлением изменения сжатия и громоздким эксцентриком не эффективен и не нашел применения, его производство не выявлено.
Наиболее близким по общности признаков и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению выбрано изобретение по патенту № US 5163386, в ДВС которого входит блок цилиндров, поршень, шатун, коленчатый вал, головка блока цилиндров. Изобретением является устройство, изменяющее зазор между головкой блока цилиндров и поршнем в его ВМТ, для чего между нижним концом шатуна и неподвижно закрепленным центром установлена качающаяся связь с простирающейся щелью в осевом направлении, в которой скользит перемещающийся ползун, связанный с коленчатым валом. Перемещая ползун по простирающейся щели в осевом направлении и изменяя плечо рычага качающейся связи между шатуном и неподвижным центром, изменяется расстояние между поршнем и головкой блока цилиндров. Неподвижный центр в этом случае является точкой или осью на части плеча куполообразного кривошипа, который закреплен на главном валу для вращения. Главный вал, вращаясь, обеспечивает регулировку хода поршня для лучшей машинной операции в каждом эксплуатационном режиме. Куполообразный кривошип, состоящий из ступицы, имеющей горизонтальную щель, цилиндра, плунжера, пары жидкостных каналов, пары пружин, запорных клапанов, кулака, лепестка, представляет собой очень сложный технический узел малого размера.
Однако этот ДВС не получил широкого распространения из-за сложности конструктивного выполнения и низкой надежности.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является создание системы реулирования рабочего объема ДВС в зависимости от условий эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что заявляемая система регулирования рабочего объема двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая связь между коленчатым валом и шатуном, а также ползун, согласно изобретению содержит механизм регулирования рабочего объема, включающий связь, выполненную в виде промежуточной штанги, соединяющей коленчатый вал и опорный шатун, причем на промежуточной штанге установлены два ходовых винта, соединенных с приводными шестернями, одна из которых кинематически связана с наружной шестерней, при этом на промежуточной штанге установлен также ползун в виде бугельного узла, перемещаемый проходящими через него двумя ходовыми винтами, при этом бугельный узел соединен шатуном с поршнем.
В системе согласно изобретению приводная шестерня связана с наружной шестерней параллелограммом шарнирно соединенных тяг.
В системе согласно изобретению приводная шестерня связана с наружной шестерней карданно-шлицевым соединением.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими фигурами:
фиг.1 - схема одноцилидрового или однорядного двигателя с изменяемым рабочим объемом.
Фиг.2 - схема одноцилиндрового или однорядного двигателя при минимальном рабочем объеме двигателя.
Фиг.3 - схема одноцилиндрового или однорядного двигателя при максимальном рабочем объеме двигателя.
Фиг.4 - схема двухцилиндрового или двухрядного двигателя с изменяемым рабочим объемом.
Фиг.5 - схема двухцилиндрового или двухрядного оппозитного двигателя с изменяемым рабочим объемом.
Фиг.6 - схема с приводом шарнирно соединенных тяг в виде параллелограмма.
фиг.7 - схема с карданно-шлицевым приводом.
Фиг.8 - схема вращения коленчатого вала и маятникового качания опорного шатуна.
Фиг.9 - бугельный узел 6: 9а - вид спереди, 9б - вид сверху, 9г - вид сбоку.
Фиг.10 - схема бугельного узла 6 в разрезе.
Расшифровка позиций заявляемой системы:
1 - коленчатый вал.
2 - шейка коленчатого вала.
3 - шейка промежуточной штанги.
4 - ходовой винт.
5 - промежуточная штанга.
6 - бугельный узел.
7 - шатунный палец.
8 - нижний палец опорного шатуна.
9 - опорный шатун.
10 - верхний палец опорного шатуна.
11 - шестерни ходовых винтов.
12 - приводные тяги в виде параллелограмма.
13 - блок двигателя.
14 - наружная шестерня.
15 - кожух.
16 - шатун.
17 - гильза.
18 - поршневой палец.
19 - поршень.
20 - карданно-шлицевой привод.
Заявляемая система регулирования рабочего объема выполнена с возможностью установки на любой тип двигателя внутреннего сгорания, например, одноцилиндрового или однорядного двигателя с изменяемым рабочим объемом (фиг.1); двухцилиндрового или двухрядного двигателя с изменяемым рабочим объемом (фиг.4); двухцилиндрового или двухрядного оппозитного двигателя с изменяемым рабочим объемом (фиг.5).
В состав системы регулирования рабочего объема ДВС (фиг.1) входит механизм, регулирующий ход поршня от ВМТ до НМТ, который состоит из промежуточной штанги 5, соединяющей коленчатый вал 1 и опорный шатун 9. На промежуточной штанге 5 установлена пара ходовых винтов 4, нарезанных один правой, второй левой резьбой. Ходовые винты имеют приводные шестерни 11, одна из которых, например, верхняя, кинематически связана с наружной шестерней 14. Соединение может быть выполнено с помощью тяг 12, шарнирно соединенных в параллелограмм (фиг.6), или соединение может быть выполнено с помощью карданно-шлицевого соединения 20 (фиг.7). При любом выборе соединения в совокупности с другими признаками, включенными в формулу изобретения, обеспечивается получение одного и того же технического результата.
Наружная шестерня 14 установлена на блоке двигателя 13 и закрыта кожухом 15 (фиг.1).
На промежуточной штанге 5 установлен бугельный узел (ползун) 6, перемещаемый проходящими через него двумя ходовыми винтами 4 с разнонаправленной резьбой по промежуточной тяге 5. Бугельный узел 6 соединен шатуном 16 с поршнем 19. Бугельный узел является ползуном, он представляет собой разъемную деталь (фиг.9, 10), состоящую из двух частей - верхней и нижней. Верхняя часть снабжена отверстием для шатунного пальца 7. Обе части имеют сквозные продольные отверстия, один с правой, второй с левой резьбой (фиг.10), через которые проходят ходовые винты 4. Бугельный узел (ползун) 6 соединен с поршнем 19 шатуном 16.
Работает система регулирования рабочего объема ДВС следующим образом:
Коленчатый вал 1, совершая круговые вращательные движения, посылает поршень 19 вверх до ВМТ и вниз до НМТ. Расстояние между ВМТ и головкой блока цилиндров должно оставаться неизменным, и поэтому задачей заявляемого технического решения является изменение хода поршня до НМТ, оставляя неизменным ВМТ (При решении задачи изменения ВМТ для изменения расстояния между головкой блока цилиндров и поршнем необходимо применить опорный шатун другого размера).
Механизм изменения рабочего объема двигателя снабжен промежуточной штангой 5, соединяющей стандартную шатунную шейку 3 с опорным шатуном 9, который совершает маятниковое качание за счет большего расстояния от своего нижнего пальца 8 до верхнего пальца 10 относительно рычага коленчатого вала от шейки 2 до шейки 3 (фиг.8). Высота опорного шатуна 9 обязательно должна быть больше рычага коленчатого вала 1, чтобы угол α маятникового качания опорного шатуна 9 был заведомо меньше 180°. На фиг.2 показана схема расположения бугельного узла 6 на промежуточной штанге 5 при минимальном рабочем объеме двигателя. На фиг.3 показана схема расположения бугельного узла 6 на промежуточной штанге 5 при максимальном рабочем объеме двигателя. Для изменения рабочего объема двигателя наружная шестерня 14 (или блок шестерен применительно к рядному двигателю) при помощи электромотора (не показан) через кинематическую связь (через параллелограмм шарнирно соединенных тяг 12 либо карданно-шлицевое соединение 20) и приводные шестерни 11 передает вращение двум ходовым винтам 4, перемещающим бугельный узел 6 по промежуточной штанге 5. Бугельный узел 6, перемещенный до упора (фиг.3), дает максимальный ход поршня до НМТ и выдает предельно возможный объем двигателя. Бугельный узел 6, перемещенный к опорному шатуну 9 (фиг.2), уменьшает ход поршня от ВМТ до НМТ и выдает минимальный рабочий объем двигателя, что обеспечивает экономию топлива в процессе движения по городу.
Таким образом, перемещение бугельного узла 6 по промежуточной штанге 5 изменяет рабочий объем и характеристики двигателя.
Заявляемая система дает возможность изменять объем ДВС во время работы двигателя в различных условиях дорожного движения, что обеспечивает экономию топлива в городских циклах, на прогревочных режимах и в тех случаях, когда нет необходимости в максимальных мощностных характеристиках двигателя.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2194163. Поршневая машина с регулируемым вытесняемым объемом. Опубликовано: 10.12.2002
2. Патент РФ на изобретение №2013603. Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия. Опубликовано: 30.05.1994 - наиболее близкий аналог.
3. Патент США 5335632. Двигатель с изменяемым рабочим объемом. Опубликовано 17.11.1992 - наиболее близкий аналог.