ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE COMPRESSION RATIO

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения.
Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с переменной степенью сжатия [1], в которых изменение степени сжатия осуществляется путем регулирования объема камеры сгорания за счет перемещения головки цилиндра, днища поршня или цилиндра. В ДВС с переменной степенью сжатия высокая степень сжатия должна иметь место при низких нагрузках и обеспечивать надежный пуск холодного двигателя; при работе двигателя после его прогрева степень сжатия уменьшается.
Известно устройство для работы ДВС по заявке ФРГ [2], обеспечивающее переменную степень сжатия в цилиндрах двигателя за счет перемещения цилиндров относительно картера, в котором установлен коленчатый вал. Перемещение осуществляется с помощью двух подвижных опор. Недостатком этого устройства являются возможные перекосы цилиндров относительно траектории движения поршня и недостаточная герметизация картера.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для работы двигателя внутреннего сгорания [3], в котором изменение степени сжатия осуществляется путем регулирования объема камеры сгорания за счет перемещения цилиндра. Устройство содержит цилиндр с головкой, коленчатый вал, поршень, шатун. Опорные подшипники коленчатого вала установлены на раме, жестко связанной с блоком цилиндров и оборудованной стойками, на которых с помощью гидроцилиндров подвешен блок цилиндров. На наружной стенке цилиндра и стойках выполнены направляющие, предотвращающие перекос цилиндра при перемещении. При этом рама связана с цилиндром гофрированным эластичным уплотнением.
Недостатком устройства для работы двигателя внутреннего сгорания является его низкая надежность в связи со сложностью конструкции, включающей гидроцилиндры. Недостатком устройства для работы двигателя внутреннего сгорания является также необходимость ручного управления изменением степени сжатия.
Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции ДВС с изменяемой степенью сжатия, а также обеспечение автоматического изменения степени сжатия.
Указанная цель достигается двигателем внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, включающим корпус, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, причем опорные подшипники коленчатого вала установлены в корпусе, на наружной стенке цилиндра и корпусе выполнены направляющие, предотвращающие перекос цилиндра при перемещении, и корпус связан с цилиндром гофрированным эластичным уплотнением из материала, обладающего эффектом памяти формы.
Новым в устройстве двигателя внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия является выполнение гофрированного эластичного уплотнения из материала, обладающего эффектом памяти формы.
На фиг. 1 представлен ДВС с изменяемой степенью сжатия при запуске холодного двигателя, а на фиг. 2 представлен ДВС с изменяемой степенью сжатия при работе двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия содержит корпус 1, цилиндр 2, поршень 3, направляющие 4, предотвращающие перекос цилиндра при перемещении, гофрированное эластичное уплотнение 5, камеру сгорания 6. Нижняя часть цилиндра 2 связана гофрированным эластичным уплотнением 5 с корпусом 1. Гофрированное эластичное уплотнение 5 выполнено из материала, обладающего эффектом памяти формы. При мартенситном превращении эластичное уплотнение 5 изменяет свою высоту, перемещая цилиндр 2.
Работа ДВС с изменяемой степенью сжатия осуществляется следующим образом. При пуске холодного двигателя (фиг. 1) гофры эластичного уплотнения 5 располагаются близко друг к другу, высота гофрированного эластичного уплотнения 5 минимальна. Вследствие этого связанный с гофрированным эластичным уплотнением 5 цилиндр 2 находится в нижнем положении, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания 6, что увеличивает степень сжатия и улучшает условия пуска двигателя.
После пуска двигателя его детали, включая гофрированное эластичное уплотнение 5, прогреваются; в материале гофрированного эластичного уплотнения 5 совершается мартенситное превращение [4], гофры уменьшают свою кривизну, удаляясь друг от друга, высота гофрированного эластичного уплотнения 5 увеличивается. В результате этого связанный с гофрированным эластичным уплотнением 5 цилиндр 2 перемещается вверх и увеличивает объем камеры сгорания 6, в результате чего уменьшается степень сжатия (фиг. 2).
После остановки двигателя происходит его охлаждение, в результате чего в материале гофрированного эластичного уплотнения 5 происходит обратное мартенситное превращение, гофры увеличивают свою кривизну, приближаясь друг к другу; высота гофрированного эластичного уплотнения 5 вновь становится минимальной. Цилиндр 2 перемещается вниз, увеличивая степень сжатия в камере сгорания. После запуска двигателя цикл повторяется.
При пуске прогретого двигателя высота гофрированного эластичного уплотнения 5 остается максимальной, цилиндр 2 находится в верхнем положении, степень сжатия соответствует работе двигателя в прогретом состоянии и обеспечивает надежный пуск прогретого двигателя.
Материалы, обладающие эффектом памяти формы, имеют характеристики прочности, превосходящие прочность большинства сталей [4], поэтому гофрированное эластичное уплотнение, применяемое в предложенной конструкции двигателя внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, будет способно выдержать высокие нагрузки от давления газов, возникающие при сгорании топлива в камере сгорания.
Использование предлагаемого технического решения повышает надежность работы, упрощает конструкцию двигателя с изменяемой степенью сжатия и обеспечивает автоматическое управление степенью сжатия.
Список литературы
1. Демидов, В.П. Двигатели с переменной степенью сжатия. - М.: Машиностроение, 1978. - 136 с.
2. Заявка ФРГ №2404231, кл. F02D 15/04, 1975.
3. Устройство для работы двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ №2099561, опубл. 20.12.1997.
4. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.