Способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при регулировании мощности двигателя за счет изменения рабочего объема. На первом этапе при повышении нагрузки орган управления топливодозированием поворачивают совместно с исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, в пределах первого заданного угла, увеличивая тем самым цикловую подачу топлива в цилиндры. На втором этапе при продолжении роста нагрузки орган управления топливодозированием поворачивают совместно с исполнительным рычагом в пределах второго заданного угла, увеличивая при этом цикловую подачу топлива в цилиндры и обеспечивая связь между исполнительным рычагом и механизмом изменения объема цилиндров, что позволяет увеличить рабочий объем цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия. При снижении нагрузки на двигатель воздействие на орган управления топливодозированием осуществляют в обратном порядке. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования мощности двигателя при одновременном упрощении процесса управления. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания и способам регулирования их мощности за счет изменения рабочего объема путем управления ходом поршня.

Известен способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что формируют воздействие на орган управления топливодозированием, увеличивают цикловую подачу топлива в цилиндры через топливодозирующее устройство при повышении нагрузки на двигатель и формируют воздействие на сочлененные шатуны двигателя через механизм изменения объема цилиндров для увеличения объема цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия при повышении нагрузки на двигатель (заявка ФРГ N 3107244, кл. F 02 D 15/02, 1982).

Из вышеуказанного источника информации известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с кривошипом, сочлененные шатуны, состоящие из двух шарнирно соединенных между собой частей, одна из которых связана с поршнем, а другая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковые рычаги, каждый из которых соединен с шарниром сочлененного шатуна, механизм изменения объема цилиндров, связанный с осями качания маятниковых рычагов с возможностью перемещения их осей качания, и топливодозирующее устройство с органом управления топливодозированием.

Недостаток известного способа регулирования мощности, а также известного двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что в известном техническом решении не предусмотрена возможность управления топливодозирующим устройством и механизмом изменения объема цилиндров от органа управления топливодозированием, что снижает эффективность регулирования мощности двигателя и усложняет процесс управления им.

Задачей изобретения является повышение эффективности регулирования мощности двигателя при упрощении процесса управления им за счет управления топливодозирующим устройством и механизмом изменения объема цилиндров от органа управления топливодозированием.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в том, что формируют воздействие на орган управления топливодозированием, увеличивают цикловую подачу топлива в цилиндры через топливодозирующее устройство при повышении нагрузки на двигатель и формируют воздействие на сочлененные шатуны двигателя через механизм изменения объема цилиндров для увеличения объема цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия при повышении нагрузки на двигатель, согласно изобретению формирование воздействия на орган управления топливодозированием осуществляют в два этапа: на первом этапе при повышении нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, в пределах первого заданного угла с увеличением цикловой подачи топлива в цилиндры, на втором этапе при продолжении роста нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, в пределах второго заданного угла с увеличением цикловой подачи топлива в цилиндры и обеспечением связи между исполнительным рычагом и механизмом изменения объема цилиндров, формируя тем самым воздействие на сочлененные шатуны двигателя и увеличивая объем цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия, а при снижении нагрузки на двигатель формирование воздействия на орган управления топливодозированием осуществляют в обратном порядке.

Поставленная задача в части двигателя решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с кривошипом, сочлененные шатуны, состоящие из двух шарнирно соединенных между собой частей, одна из которых связана с поршнем, а другая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковые рычаги, каждый из которых соединен с шарниром сочлененного шатуна, механизм изменения объема цилиндров, связанный с осями качания маятниковых рычагов с возможностью перемещения их осей качания, и топливодозирующее устройство с органом управления топливодозированием, согласно изобретению орган управления топливодозированием снабжен исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, и выполнен с возможностью поворота в пределах двух заданных углов, механизм изменения объема цилиндров выполнен в виде реверсивных элементов, соединенных с одной стороны с осями качания маятниковых рычагов, а с другой стороны - с исполнительным рычагом и выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлениях, перпендикулярных продольным осям цилиндров.

Поставленная задача решается тем, что реверсивные элементы могут быть соединены с исполнительным рычагом при помощи жесткой кинематической связи.

Предпочтительно, чтобы жесткая кинематическая связь была выполнена в виде соединенной с реверсивными элементами зубчатой передачи, приводимой в действие приводным рычагом, шарнирно связанным через промежуточный рычаг с тягой, снабженной двумя упорными элементами и связанной с исполнительным рычагом через кулисное соединение.

При этом кулисное соединение может быть размещено между двумя упорными элементами с возможностью его свободного скольжения вдоль тяги без контакта с упорными элементами и образования жесткой связи тяги с исполнительным рычагом органа управления топливодозированием при повороте последнего в пределах первого заданного угла и с возможностью контакта кулисного соединения с одним из упорных элементов и образования жесткой связи тяги с исполнительным рычагом органа управления топливодозированием при повороте последнего в пределах второго заданного угла.

Поставленная задача решается также тем, что зубчатая передача может быть выполнена в виде зубчатых колес или зубчатых секторов, закрепленных на одной оси, жестко связанной с приводным рычагом, и зубчатых реек, выполненных на реверсивных элементах и входящих в зацепление с колесами или секторами.

Поставленная задача решается также тем, что орган управления топливодозированием может быть выполнен в виде педали акселератора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя, реализующего описываемый способ, и расположения звеньев кинематической связи при повороте органа управления топливодозированием в пределах первого заданного угла; на фиг. 2 - схема предлагаемого двигателя, реализующего описываемый способ, и расположения звеньев кинематической связи при повороте органа управления топливодозированием в пределах второго заданного угла; на фиг. 3 - схема расположения звеньев кинематической цепи двигателя при положении поршня в верхней мертвой точке и крайнем левом положении реверсивного элемента; на фиг. 4 - схема расположения звеньев кинематической цепи двигателя при положении поршня в верхней мертвой точке и крайнем правом положении реверсивного элемента; на фиг.5 - схема расположения звеньев кинематической цепи двигателя при положении поршня в нижней мертвой точке и крайнем правом положении реверсивного элемента.

Двигатель внутреннего сгорания, реализующий предлагаемый способ регулирования мощности, содержит корпус 1, цилиндры 2, поршни 3, размещенные в цилиндрах 2, коленчатый вал с кривошипом 4, сочлененные шатуны 5, состоящие из двух шарнирно соединенных между собой частей, одна из которых связана с поршнем 3, а другая - с кривошипом 4 коленчатого вала, маятниковые рычаги 6, каждый из которых соединен с шарниром сочлененного шатуна 5, механизм изменения объема цилиндров, связанный с осями качания маятниковых рычагов 6 с возможностью перемещения их осей качания, и топливодозирующее устройство (не показано), например, дроссельная заслонка карбюратора или рейка топливного насоса высокого давления с органом 7 управления топливодозированием, выполненным, например, в виде педали акселератора. Орган 7 управления топливодозированием снабжен исполнительным рычагом 8, связанным с топливодозирующим устройством, и выполнен с возможностью поворота в пределах двух заданных углов. Механизм изменения объема цилиндров выполнен в виде реверсивных элементов 9, соединенных с одной стороны с осями качания маятниковых рычагов 6, а с другой стороны - с исполнительным рычагом 8, например при помощи жесткой кинематической связи, и выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлениях, перпендикулярных продольным осям цилиндров 2. Жесткая кинематическая связь может быть выполнена в виде соединенной с реверсивными элементами 9 зубчатой передачи 10, приводимой в действие приводным рычагом 11, шарнирно связанным через промежуточный рычаг 12 с тягой 13, снабженной двумя упорными элементами 14 и связанной с исполнительным рычагом 8 через кулисное соединение 15, которое размещено между двумя упорными элементами 14 с возможностью его свободного скольжения вдоль тяги 13 без контакта с упорными элементами 14 и образования жесткой связи тяги 13 с исполнительным рычагом 8 органа 7 управления топливодозированием при повороте последнего в пределах первого заданного угла и с возможностью контакта кулисного соединения 15 с одним из упорных элементов 14 и образования жесткой связи тяги 13 с исполнительным рычагом 8 органа 7 управления топливодозированием при повороте последнего в пределах второго заданного угла. Зубчатая передача может быть выполнена в виде зубчатых колес или зубчатых секторов, закрепленных на одной оси, жестко связанной с приводным рычагом 11, и зубчатых реек, выполненных на реверсивных элементах 9 и входящих в зацепление с этими колесами или секторами.

Предлагаемый способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания осуществляют следующим образом.

Формируют воздействие на орган 7 управления топливодозированием в два этапа. На первом этапе при повышении нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа 7 управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом 8 в пределах первого заданного угла, обозначенного позицией I (фиг.1). В этом положении исполнительный рычаг 8 воздействует на топливодозирующее устройство (дроссельную заслонку карбюратора или рейку топливного насоса высокого давления), увеличивая цикловую подачу топлива в цилиндры 2, при этом кулисное соединение 15 скользит по тяге 13, не соприкасаясь с упорными элементами 14 и не образуя связи между исполнительным рычагом 8 и тягой 13. Каждый поршень 3 перемещается в цилиндре 2 между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ), положение которых (ВМТ₁ и НМТ₁) остается неизменным, а центр шарнира сочлененного шатуна 5 при положении поршня 3 в ВМТ и НМТ находится на продольной оси цилиндра 2 (фиг. 1,3). На втором этапе при продолжении роста нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа 7 управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом 8 в пределах второго заданного угла, обозначенного позицией II (фиг.2). В этом положении исполнительный рычаг 8 воздействует на топливодозирующее устройство (дроссельную заслонку карбюратора или рейку топливного насоса высокого давления), увеличивая цикловую подачу топлива в цилиндры 2, и через кулисное соединение 15 на один из упорных элементов 14, обеспечивая при этом жесткую кинематическую связь между собой и тягой 13. Тяга 13, воздействуя через промежуточный рычаг 12 на приводной рычаг 11, приводит в движение зубчатую передачу 10, которая в свою очередь перемещает реверсивные элементы 9 вправо: из точки а в точку b или точку с. Маятниковые рычаги 6, перемещаясь вместе с реверсивными элементами 9, смещают вправо положение шарниров сочлененных шатунов 5, что приводит к смещению положений ВМТ и НМТ поршней 3 с ВМТ₁ и НМТ₁ на ВМТ₂ и НМТ₂ (фиг. 4,5), увеличивая тем самым рабочий объем цилиндров 2 и соответственно корректируя степень сжатия. При снижении нагрузки на двигатель формирование воздействия на орган 7 управления топливодозированием осуществляют в обратном порядке. Орган 7 управления топливодозированием поворачивают в пределах второго заданного угла в сторону его уменьшения. Соответственно исполнительный рычаг 8 аналогично вышеописанному воздействует на топливодозирующее устройство (дроссельную заслонку карбюратора или рейку топливного насоса высокого давления), уменьшая цикловую подачу топлива в цилиндры 2, и через кулисное соединение 15, один из упорных элементов 14, тягу 13, промежуточный рычаг 12 и приводной рычаг 11 приводит в движение зубчатую передачу 10, которая в свою очередь перемещает реверсивные элементы 9 влево: из точки b или точки с в точку а. Маятниковые рычаги 6, перемещаясь вместе с реверсивными элементами 9, смещают влево положение шарниров сочлененных шатунов 5, что приводит к смещению положений ВМТ и НМТ поршней 3 с ВМТ₂ и НМТ₂ на ВМТ₁ и НМТ₁ (фиг.1,3), уменьшая тем самым до исходного рабочий объем цилиндров 2 и соответственно корректируя степень сжатия. При дальнейшем снижении нагрузки орган 7 управления топливодозированием поворачивают в пределах первого заданного угла в сторону его уменьшения. При этом исполнительный рычаг 8 воздействует на топливодозирующее устройство, уменьшая цикловую подачу топлива в цилиндры 2, а кулисное соединение 15 скользит по тяге 13, не соприкасаясь с упорными элементами 14 и не образуя связи между исполнительным рычагом 8 и тягой 13. Каждый поршень 3 перемещается в цилиндре 2 между ВМТ и НМТ, положение которых (ВМТ₁ и НМТ₁) остается неизменным, а центр шарнира сочлененного шатуна 5 при положении поршня 3 в ВМТ₁ и НМТ₁ находится на продольной оси цилиндра 2 (фиг. 2,3).

Таким образом, обеспечивается повышение эффективности регулирования мощности двигателя при одновременном упрощении процесса управления им.

Формула изобретения

1. Способ регулирования мощности двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что формируют воздействие на орган управления топливодозированием, увеличивают цикловую подачу топлива в цилиндры через топливодозирующее устройство при повышении нагрузки на двигатель и формируют воздействие на сочлененные шатуны двигателя через механизм изменения объема цилиндров для увеличения объема цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия при повышении нагрузки на двигатель, отличающийся тем, что формирование воздействия на орган управления топливодозированием осуществляют в два этапа: на первом этапе при повышении нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, в пределах первого заданного угла с увеличением цикловой подачи топлива в цилиндры, на втором этапе при продолжении роста нагрузки на двигатель формирование воздействия производят путем поворота органа управления топливодозированием совместно с исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, в пределах второго заданного угла с увеличением цикловой подачи топлива в цилиндры и обеспечением связи между исполнительным рычагом и механизмом изменения объема цилиндров, формируя тем самым воздействие на сочлененные шатуны двигателя и увеличивая объем цилиндров с соответствующей коррекцией степени сжатия, а при снижении нагрузки на двигатель формирование воздействия на орган управления топливодозированием осуществляют в обратном порядке.

2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с кривошипом, сочлененные шатуны, состоящие из двух шарнирно соединенных между собой частей, одна из которых связана с поршнем, а другая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковые рычаги, каждый из которых соединен с шарниром сочлененного шатуна, механизм изменения объема цилиндров, связанный с осями качания маятниковых рычагов с возможностью перемещения их осей качания, и топливодозирующее устройство с органом управления топливодозированием, отличающийся тем, что орган управления топливодозированием снабжен исполнительным рычагом, связанным с топливодозирующим устройством, и выполнен с возможностью поворота в пределах двух заданных углов, механизм изменения объема цилиндров выполнен в виде реверсивных элементов, соединенных с одной стороны с осями качания маятниковых рычагов, а с другой стороны - с исполнительным рычагом и выполненных с возможностью возвратно-поступательного перемещения.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что реверсивные элементы соединены с исполнительным рычагом при помощи жесткой кинематической связи.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что жесткая кинематическая связь выполнена в виде соединенной с реверсивными элементами зубчатой передачи, приводимой в действие приводным рычагом, шарнирно связанным через промежуточный рычаг с тягой, снабженной двумя упорными элементами и связанной с исполнительным рычагом через кулисное соединение.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что кулисное соединение размещено между двумя упорными элементами с возможностью его свободного скольжения вдоль тяги без контакта с упорными элементами и образования жесткой связи тяги с исполнительным рычагом органа управления топливодозированием при повороте последнего в пределах первого заданного угла и с возможностью контакта кулисного соединения с одним из упорных элементов и образования жесткой связи тяги с исполнительным рычагом органа управления топливодозированием при повороте последнего в пределах второго заданного угла.

6. Двигатель по п.4 или 5, отличающийся тем, что зубчатая передача выполнена в виде зубчатых колес или зубчатых секторов, закрепленных на одной оси, жестко связанной с приводным рычагом, и зубчатых реек, выполненных на реверсивных элементах и входящих в зацепление с колесами или секторами.

7. Двигатель по любому из пп 2-6, отличающийся тем, что орган управления топливодозированием выполнен в виде педали акселератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5