Способ регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. Способ регулирования объема камеры сгорания предназначен для двигателя внутреннего сгорания, содержащего цилиндр, поршень, головку цилиндра, имеющую цилиндрическое углубление для подклапанного стакана с отверстиями для впуска воздуха и выпуска отработавших газов, подвижный подклапанный стакан с впускным и выпускным клапанами и распределительный вал с кулачковым механизмом привода клапанов. Камера сгорания переменного объема образована подклапанным стаканом совместно с впускными и выпускным клапанами, стенками углубления подклапанного стакана и днищем поршня. При работе двигателя в режиме номинальной мощности устанавливают максимальный объем камеры сгорания за счет положения подклапанного стакана с клапанами в верхней, наиболее удаленной от поршня точке, обеспечивая минимальную степень сжатия. При работе двигателя в режиме частичных нагрузок уменьшают объем камеры сгорания путем перемещения подклапанного стакана с клапанами в сторону поршня. Объем уменьшенной камеры сгорания устанавливают, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к уменьшенному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме частичных нагрузок и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме частичных нагрузок двигателя. При работе двигателя в режиме минимальной нагрузки объем камеры сгорания уменьшают до минимальной величины, перемещая подклапанный стакан в точку, наиболее приближенную к поршню. Устанавливают минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к минимальному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме минимальной нагрузки и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме минимальной нагрузки двигателя. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя, снижении расхода топлива и увеличении эффективности работы двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с устройствами для регулирования объема камеры сгорания.

Известен способ регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащего цилиндр, поршень, головку цилиндра, имеющую цилиндрическое углубление для подклапанного стакана с отверстиями для впуска воздуха и выпуска отработавших газов, подвижный подклапанный стакан с впускным и выпускным клапанами и распределительный вал с кулачковым механизмом привода клапанов, заключающийся в изменении объема камеры сгорания, путем смещения подклапанного стакана относительно поршня (см. патент США 4449489, МПК F 02 B 75/04 опубл. 22.05.1984).

Недостаток известного способа заключается в недостаточно высоком коэффициенте полезного действия (кпд) и эффективности работы двигателя ввиду недостаточно сбалансированного соответствия объема камеры сгорания, коэффициента наполнения цилиндра свежим зарядом и степени сжатия в зависимости от режима работы двигателя.

Задачей изобретения является повышение кпд двигателя, снижение расхода топлива и увеличение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что способ регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащего по меньшей мере один цилиндр, поршень, головку цилиндра, имеющую цилиндрическое углубление для подклапанного стакана с отверстиями для впуска воздуха и выпуска отработавших газов, подвижный подклапанный стакан с впускным и выпускным клапанами и распределительный вал с кулачковым механизмом привода клапанов, заключается в изменении объема камеры сгорания путем смещения подклапанного стакана относительно поршня, согласно изобретению камера сгорания переменного объема образована подклапанным стаканом совместно с впускными и выпускным клапанами, стенками углубления подклапанного стакана и днищем поршня, при работе двигателя в режиме номинальной мощности устанавливают максимальный объем камеры сгорания за счет положения подклапанного стакана с клапанами в верхней, наиболее удаленной от поршня точке, обеспечивая минимальную степень сжатия, при работе двигателя в режиме частичных нагрузок уменьшают объем камеры сгорания путем перемещения подклапанного стакана с клапанами в сторону поршня, причем объем уменьшенной камеры сгорания устанавливают, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к уменьшенному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме частичных нагрузок и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме частичных нагрузок двигателя, а при работе двигателя в режиме минимальной нагрузки объем камеры сгорания уменьшают до минимальной величины, перемещая подклапанный стакан в точку, наиболее приближенную к поршню, при этом устанавливают минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к минимальному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме минимальной нагрузки и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме минимальной нагрузки двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано устройство для реализации заявленного способа.

Устройство для реализации заявленного способа выполнено в виде двигателя внутреннего сгорания, содержащего по меньшей мере один цилиндр 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, имеющую цилиндрическое углубление 4 для подклапанного стакана 5 с отверстиями для впуска воздуха и выпуска отработавших газов. В цилиндрическом углублении расположен подвижный подклапанный стакан 5 с впускным и выпускным клапанами 6 и 7. Распределительный вал двигателя имеет кулачковый механизм привода клапанов 6 и 7. Камера сгорания 8 переменного объема образована подклапанным стаканом 5 совместно с впускным и выпускным клапанами 6 и 7, стенками углубления 4 и днищем поршня 2.

Перемещение подклапанного стакана 5 может происходить под действием гидравлического приводного механизма, например известного из а. с. СССР 1288319, или механического, например с помощью соответствующим образом спрофилированных кулачков, выполненных на распределительном валу, или электромагнитного (силового электромагнита), сердечник которого кинематически связан через толкатель с подклапанным стаканом 5. Привод может быть снабжен блоком управления, отслеживающим перемещение подклапанного стакана 5 и выдающим сигнал для установки требуемого объема камеры сгорания 8 и требуемой степени сжатия.

Пример реализации заявленного способа показан на примере работы двигателя внутреннего сгорания.

При работе двигателя в режиме номинальной мощности устанавливают максимальный объем камеры сгорания 8 за счет перемещения подклапанного стакана 5 с клапанами 6 и 7 в верхнюю, наиболее удаленную от поршня 2 точку, обеспечивая минимальную степень сжатия. Двигатель работает в режиме номинальной мощности с камерой сгорания, имеющей максимальный объем и минимальную степень сжатия.

При снижении нагрузки на двигатель (режим частичных нагрузок) уменьшают объем камеры сгорания 8 путем перемещения подклапанного стакана 5 с клапанами 6 и 7 в сторону поршня 2. В этом случае объем уменьшенной камеры сгорания 8 устанавливают, исходя из коэффициента изменения объема камеры сгорания К_c, определяемого как отношение максимального объема камеры сгорания - V_max к уменьшенному объему камеры сгорания V_пром, т.е. K_c=V_max/V_пром. Коэффициент К_с прямо пропорционален отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности - η_max к коэффициенту наполнения в режиме частичных нагрузок - η_пром и обратно пропорционален отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя - ε_min к степени сжатия в режиме частичных нагрузок двигателя - ε_пром. Исходя из изложенного, можно сказать, что для определения наиболее оптимальных для данного режима V_пром и ε_пром используют оптимальные значения коэффициентов наполнения η_max и η_пром, определяемые для каждого типа двигателя расчетным или опытным путем.

При работе двигателя в режиме минимальной нагрузки объем камеры сгорания 8 уменьшают до минимальной величины V_min, перемещая подклапанный стакан 5 в точку, наиболее приближенную к поршню 2. При этом устанавливают минимальный объем камеры сгорания 8 V_min и максимальную степень сжатия ε_max аналогично вышеуказанному, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания 8 к минимальному объему камеры сгорания (K_c1=V_max/V_min), прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности (η_max) к коэффициенту наполнения в режиме минимальной нагрузки (η_min), т. е. η_max/η_min и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя (ε_min) к степени сжатия в режиме минимальной нагрузки двигателя (ε_min). Таким образом, исходя из оптимальных величин η_max и η_min определяют оптимальные требуемые V_min и ε_max для работы двигателя в режиме минимальной нагрузки.

Благодаря заявленному способу удается подобрать наиболее оптимальные значения для объема камеры сгорания и степени сжатия, обеспечивающие наиболее эффективную работу двигателя внутреннего сгорания на различных режимах.

Формула изобретения

Способ регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащего, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, головку цилиндра, имеющую цилиндрическое углубление для подклапанного стакана с отверстиями для впуска воздуха и выпуска отработавших газов, подвижный подклапанный стакан с впускным и выпускным клапанами и распределительный вал с кулачковым механизмом привода клапанов, заключающийся в изменении объема камеры сгорания путем смещения подклапанного стакана относительно поршня, отличающийся тем, что камера сгорания переменного объема образована подклапанным стаканом совместно с впускными и выпускным клапанами, стенками углубления подклапанного стакана и днищем поршня, при работе двигателя в режиме номинальной мощности устанавливают максимальный объем камеры сгорания за счет положения подклапанного стакана с клапанами в верхней, наиболее удаленной от поршня точке, обеспечивая минимальную степень сжатия, при работе двигателя в режиме частичных нагрузок уменьшают объем камеры сгорания путем перемещения подклапанного стакана с клапанами в сторону поршня, причем объем уменьшенной камеры сгорания устанавливают, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к уменьшенному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме частичных нагрузок и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме частичных нагрузок двигателя, а при работе двигателя в режиме минимальной нагрузки объем камеры сгорания уменьшают до минимальной величины, перемещая подклапанный стакан в точку, наиболее приближенную к поршню, при этом устанавливают минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, исходя из отношения максимального объема камеры сгорания к минимальному объему камеры сгорания, прямо пропорциональному отношению коэффициента наполнения цилиндра при режиме на номинальной мощности к коэффициенту наполнения в режиме минимальной нагрузки и обратно пропорциональному отношению степени сжатия в режиме номинальной мощности двигателя к степени сжатия в режиме минимальной нагрузки двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1