ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ
VARIABLE COMPRESSION RATIO PISTON

Изобретение относится к двигателям с внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, в которых регулируют объем камеры сжатия между поршнем, находящимся в верхнем мертвом положении, и головкой цилиндра.
Известны различные поршневые двигатели с изменяемой степенью сжатия, представленные, например, в патенте РФ №2256085, МПК F02B 75/04, в патенте №5595146, выданном в США.
Наиболее близким аналогом является поршневой двигатель с изменяемой степенью сжатия, изображенный в международной заявке WO 2006/117079, F02B 75/04. Он содержит коленчатый вал, на кривошипной шейке которого расположена траверса, связанная шатуном с поршнем и тягой с шейкой эксцентрикового регулировочного вала. Регулировочный вал снабжен приводом, содержащим планетарный механизм, состоящий из двух планетарных рядов, электромагнитной муфты и фрикционного тормоза. Однако использование в планетарном механизме электромагнитной муфты и фрикционного тормоза существенно усложняет привод регулировочного вала и требует применения специальной системы управления, что замедляет регулирование степени сжатия.
Задача - упрощение регулирования степени сжатия топливовоздушной смеси в поршневом двигателе внутреннего сгорания.
Решение задачи обеспечено тем, что в поршневом двигателе с изменяемой степенью сжатия, содержащем коленчатый вал, на кривошипной шейке которого расположена траверса, связанная шатуном с поршнем и тягой с шейкой регулировочного вала, снабженного приводом, содержащим планетарный механизм, в приводе регулировочного вала между корпусом и планетарным механизмом установлена муфта свободного хода, управляемая поводком, имеющим торцевые выступы, расположенные в пазах около заклинивающих элементов муфты свободного хода.
В этом поршневом двигателе внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия обеспечено упрощение привода регулировочного вала вследствие размещения между корпусом и планетарным механизмом муфты свободного хода, удерживающей регулировочный вал от произвольного вращения при необходимости сохранения степени сжатия неизменной и обеспечивающей при необходимости изменения степени сжатия возможность растормаживания привода посредством управляемого поводка, имеющего торцевые выступы, расположенные в пазах у заклинивающих элементов муфты свободного хода.
Регулировочный вал имеет привод от электродвигателя постоянного тока. При использовании привода от электродвигателя постоянного тока обеспечены необходимый большой поворотный момент для поворота регулировочного вала при увеличении степени сжатия и ускорение поворота регулировочного вала и, значит, ускорение процесса регулирования при уменьшении степени сжатия.
Регулировочный вал может иметь привод от гидромотора.
На фигуре 1 изображен поршневой двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия.
На фигуре 2 показан привод регулировочного вала.
На фигуре 3 показано положение деталей муфты свободного хода привода регулировочного вала при фиксированной степени сжатия.
На фигуре 4 показано положение деталей муфты свободного хода привода регулировочного вала при увеличении степени сжатия.
На фигуре 5 показано положение деталей муфты свободного хода привода регулировочного вала при уменьшении степени сжатия.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания, представленный на фигуре 1, содержит корпус 1, в рабочих цилиндрах которого установлены поршни 2, расположенные под головкой 3 рабочих цилиндров. В корпусе 1 установлен коленчатый вал 4. На кривошипной шейке 5 коленчатого вала расположена траверса 6, сделанная в виде двуплечего рычага. Одно плечо траверсы 6 шарнирно связано шатуном 7 с поршнем 2. Другое плечо траверсы 6 шарнирно связано тягой 8 с кривошипной шейкой 9 эксцентрикового регулировочного вала 10, сделанной в виде эксцентрика. Регулировочный вал 10 снабжен приводом, содержащим планетарный механизм 11, содержащий один или несколько планетарных рядов, состоящих из водила с сателлитами, коронного зубчатого колеса и солнечной шестерни (фигура 2). В приводе регулировочного вала 10 между планетарным механизмом 11 и его корпусом 12 установлена муфта свободного хода 13, управляемая поводком 14. Ступица 15 муфты свободного хода соединена с ведущим звеном планетарного механизма 11, представляющим собой солнечную шестерню. Поводок 14 закреплен на ведущем валу 16, имеющем привод от электродвигателя 17 постоянного тока. Причем для привода регулировочного вала может использоваться также гидромотор. Поводок 14 имеет торцевые выступы 18, расположенные в пазах 19 ступицы 15 около заклинивающих элементов 20 муфты свободного хода (фигура 3). Заклинивающие элементы 20 установлены между торцевыми выступами 18 поводка 14 и радиальными выступами 21 на ступице 15 муфты свободного хода на участке паза 19, имеющем переменную глубину.
При фиксированной степени сжатия заклинивающие элементы 20 муфты свободного хода зажаты между ее ступицей и корпусом, препятствуя самопроизвольному повороту регулировочного вала.
Для увеличения степени сжатия топливовоздушной смеси при работе двигателя внутреннего сгорания на режимах холостого хода и малых нагрузок поворачивают ведущий вал 16 электродвигателем 17 в таком направлении, при котором торцевые выступы 18 поводка 14 упираются в радиальные выступы 21 (фигура 4) и, преодолевая сопротивление повороту регулировочного вала, оказываемое через тягу 8 траверсой 6, поворачивают ступицу 15, от которой поворотный момент передается через планетарный механизм 11 к регулировочному валу 10. Происходит поворот вала 10 с уменьшенной частотой, но с увеличенным поворотным моментом, создаваемым электродвигателем 17 постоянного тока. При повороте вала 10 его эксцентриковая шейка 9 и вместе с ней тяга 8 опускаются, преодолевая силу, действующую на нее вверх от траверсы 6 при рабочем ходе поршня. При опускании тяги 8 связанное с ней плечо траверсы 6 понижается, а противоположное плечо траверсы, с которым соединен шатун 7, повышается. Из-за повышения плеча траверсы, с которым связан шатун 7, поршень 2 при ходе сжатия ближе подходит к головке цилиндров, вследствие чего объем камеры сжатия уменьшается, а степень сжатия топливовоздушной смеси соответственно увеличивается.
Для уменьшения степени сжатия при увеличении нагрузки двигателя либо повышении давления наддува нагнетателем поворачивают электродвигателем 17 поводок 14 в противоположном направлении, при котором поводок 14 сдвигает заклинивающие элементы 20 муфты свободного хода в сторону выступа 21 на ступице 15, размыкая муфту свободного хода (фигура 5). Тогда происходит поворот регулировочного вала 10 и соответственно ступицы 15 под действием поворотного момента, создаваемого траверсой 6 через тягу 8. Вследствие поворота ступицы 15 под действием указанного поворотного момента вращение вала электродвигателя происходит с увеличенной частотой. При повороте вала 10 в данном случае в противоположную сторону его шейка 9 и расположенная на ней тяга 8 поднимаются, чему способствует вертикальная сила, действующая вверх на тягу 8 от траверсы 6 при рабочем ходе поршня. При подъеме тяги 8 траверса 6 поворачивается на кривошипной шейке 5 коленчатого вала так, что ее плечо, связанное с шатуном 7, понижается. Вследствие этого расстояние между головкой цилиндров и поршнем в верхнем мертвом его положении и, значит, объем камеры сжатия становятся больше, а степень сжатия топливовоздушной смеси получается соответственно меньше, что обеспечивает отсутствие детонации в двигателе с искровым воспламенением и снижение нагрузки на подшипники коленчатого вала в дизельном двигателе. Поворот регулировочного вала 10 происходит до момента прекращения поворота поводка 14 электродвигателем 17.
В созданном поршневом двигателе внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, содержащем на кривошипной шейке коленчатого вала траверсу, связанную шатуном с поршнем и тягой с шейкой регулировочного вала, имеющего привод через планетарный механизм, обеспечено существенное упрощение привода регулировочного вала вследствие использования муфты свободного хода, удерживающей вследствие ее размещения между корпусом и планетарным механизмом регулировочный вал от произвольного вращения при необходимости сохранения степени сжатия неизменной и обеспечивающей возможность при необходимости изменения степени сжатия растормаживания привода посредством управляемого поводка, имеющего торцевые выступы, расположенные в пазах у заклинивающих элементов муфты свободного хода,