Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), использующих в качестве топлива бензин и/или дизельное топливо. ДВС с изменяемой степенью сжатия содержит по меньшей мере две пары цилиндров (1), поршни которых (2) посредством своих шатунов (3) кинематически связаны соответственно с четырьмя коленчатыми валами (4). Каждый коленчатый вал (4) посредством зубчатого зацепления связан с валом отбора мощности (7). Вал управления (8) механически связан с силовыми валами (10) посредством червячных передач. Силовые валы (10) связаны с двумя коленчатыми валами (4) с возможностью их перемещения. Четыре коленчатых вала (4) соединены друг с другом попарно крестообразно силовыми тягами. Силовые тяги установлены с возможностью вращения вокруг оси вала отбора мощности (4). Установка силовых тяг обеспечивает синхронное перемещение на равные расстояния коленчатых валов и симметричное изменения объема камер сгорания (11). Возможность перемещения коленчатых валов (4) может быть обеспечена установкой опор гаечного типа (20) на силовых валах (10) при помощи правого и левого резьбовых соединений. При этом в отверстии (19) каждой из опор гаечного типа (20) закреплен соответствующий коленчатый вал (4). Два из четырех цилиндров (1) могут быть соединены с одной камерой сгорания (11). Технический результат заключается в создании простой и надежной конструкции ДВС, позволяющей изменять положение коленчатого вала для регулирования степени сжатия с соблюдением синхронности перемещения всех четырех коленчатых валов, а также с возможностью балансировки ДВС только валом отбора мощности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), использующих в качестве топлива бензин и/или дизельное топливо.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные конструкции ДВС с изменяемой степенью сжатия.
Известен двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров, поршни которых посредством своих шатунов кинематически связаны с двумя коленчатыми валами, каждый из которых соединен с приводом его перемещения (JP 2004-239182, 26.08.2004). Данная конструкция позволяет регулировать степень сжатия за счет изменения положения коленчатых валов путем изменения положения коленчатых валов.
Недостатком двигателя данной конструкции является то, что в двухцилиндровом двигателе смещение двух коленчатых валов осуществляется посредством двух гидравлических цилиндров, в результате чего отсутствует жесткая механическая связь, обеспечивающая синхронность перемещения коленчатых валов. В многоцилиндровом двигателе данной конструкции необходимо наличие не менее четырех гидравлических цилиндров, что приводит к усложнению конструкции, увеличению ее веса и стоимости, при этом недостаток несинхронного перемещения коленчатых валов не устраняется.
Другим техническим недостатком данной конструкции является то, что отбор мощности от двигателя осуществляется посредством двух балансировочных валов, что тоже приводит к усложнению конструкции, увеличению ее веса и стоимости. Процесс балансировки двигателя посредством двух балансировочных валов является более сложным и трудоемким.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложенная конструкция четырехцилиндрового или многоцилиндрового ДВС позволяет менять степень сжатия посредством вращения одного вала управления с соблюдением синхронности перемещения всех четырех коленчатых валов.
В предложенной конструкции отбор мощности от двигателя осуществляется посредством одного вала отбора мощности, который при необходимости может выполнять функцию балансировочного вала. Процесс балансировки двигателя посредством одного балансировочного вала является более простым и менее трудоемким.
Указанный технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия содержит, по меньшей мере, две пары цилиндров, поршни которых посредством своих шатунов кинематически связаны соответственно с четырьмя коленчатыми валами, каждый из которых посредством зубчатого зацепления связан с валом отбора мощности, причем вал управления механически связан с силовыми валами посредством червячных передач, а каждый силовой вал в свою очередь связан с двумя коленчатыми валами с возможностью их перемещения, при этом четыре коленчатых вала соединены друг с другом попарно крестообразно силовыми тягами, установленными с возможностью вращения вокруг оси вала отбора мощности, с обеспечением синхронного перемещения на равные расстояния коленчатых валов и симметричного изменения объема камер сгорания, соединенных с цилиндрами.
Кроме того, возможность перемещения двух коленчатых валов обеспечена тем, что на силовых валах при помощи правого и левого резьбовых соединений установлены соответствующие опоры гаечного типа, в отверстии каждой из которых закреплен соответствующий коленчатый вал.
Кроме того, каждые два из четырех цилиндров соединены с одной камерой сгорания.
Перечень чертежей
На фиг.1 показан предлагаемый двигатель в разрезе.
На фиг.2 показан вал управления и соединение силового вала с коленчатыми валами.
На фиг.3 показано крестообразное соединение коленчатых валов.
Пример осуществления изобретения
Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия в варианте, изображенном на фиг.1, содержит две пары цилиндров. Каждый из четырех поршней 2, расположенных в цилиндрах 1, через шатун 3 кинематически связан с коленчатым валом 4, на обоих торцах которого закреплены шестерни 5, находящиеся в зубчатом зацеплении с двумя шестернями 6, приводящими в движение вал 7 отбора мощности. Вал 7 отбора мощности посредством двух подшипников закреплен в торцевых стенках корпуса двигателя (на чертежах не показано). Четыре коленчатых вала 4 и вал 7 отбора мощности установлены в отверстиях 18 и 19 силовых тяг, крестообразно соединенных между собой, образуя при этом угол α (Фиг.3). Силовые тяги состоят из частей 16 и 17, соединенных между собой шестью болтами. Такая конструкция позволяет свободно менять положение коленчатых валов 4, не нарушая целостность зацепления шестерен коленчатых валов 5 и шестерен 6 вала 7 отбора мощности, при этом при увеличении угла α будет происходить уменьшение объема камер 11 сгорания и увеличение степени сжатия, и наоборот. Позицией 12 обозначены клапанные головки двигателя.
Изменение угла α и изменение тем самым степени сжатия происходит следующим образом.
Вал 8 управления, проходящий по всей длине двигателя, вращаясь, при помощи червячных соединений 9 вращает силовые валы 10 (Фиг.1, 2). От каждого своего торца до червячного соединения 9 силовые валы 10 имеют резьбу, причем с одной стороны резьба правая, а с другой - левая. На силовых валах 10 посредством правого и левого резьбового соединения симметрично установлены разборные опоры 20 гаечного типа, в отверстиях 21 которых крепятся верхние коленчатые валы 4. При вращении силовых валов 10 происходит симметричное смещение верхних коленчатых валов 4 на равные расстояния относительно вала 8 управления. Через силовые тяги (16, 17), вращающиеся вокруг вала 7 отбора мощности, нижняя пара коленчатых валов 4 смещается синхронно с верхней парой коленчатых валов 4. Таким образом, при вращении вала 8 управления происходит вращение силовых валов 10, изменяется угол α и происходит синхронное смещение всех четырех коленчатых валов 4, что приводит к симметричному изменению объемов камер 11 сгорания и изменению степени сжатия двигателя.
Оба торца силовых валов 10 имеют шаровые упоры 22, передающие нагрузку от крутящего момента с силовых валов 10 на блок цилиндров 1 через расположенные вертикально направляющие 23, которые в разрезе имеют профиль внешней обоймы шарикоподшипника и выполнены из аналогичного материала. Шаровой упор 22, расположенный на одном торце силового вала 10, передает нагрузку на корпус двигателя при создании тяги, на другом торце - при торможении двигателем. Количество силовых валов 10 и силовых тяг на двигателе определяется непосредственно в процессе разработки двигателя и зависит от общего количества цилиндров 1, используемых материалов и проектируемой мощности ДВС. При необходимости, для увеличения жесткости конструкции, возможна установка и нижних силовых валов 10, при этом вращение валов 8 управления необходимо синхронизировать.
Крутящий момент, возникающий при создании тяги, передается с вала 7 отбора мощности на опоры двигателя следующим образом: вал 7 отбора мощности → шестерни 6 вала отбора мощности → шестерни 5 коленчатых валов → коленчатые валы 4 → опоры 20 гаечного типа → силовые валы 10 → шаровые упоры 22 силовых валов → вертикальные направляющие 23 → блок цилиндров → опоры двигателя.
При необходимости изменения степени сжатия блок управления дает команду мотору управления на вращение вала 8 управления, который устанавливает необходимую в данный момент степень сжатия. При отключении питания на клеммах мотора управления после выполнения регулировки червячные передачи 9 и опоры 20 гаечного типа гарантированно обеспечат надежное сохранение установленной степени сжатия. При необходимости изменение степени сжатия может происходить практически мгновенно и будет зависеть только от частоты вращения вала 8 управления.
Оперативная способность двигателя поддерживать степень сжатия в оптимальном режиме при разных условиях и режимах работы двигателя позволит снизить расход топлива. При незначительных доработках в конструкции двигатель может легко переходить на эксплуатацию с бензина на дизельное топливо и обратно. Этот момент важен при эксплуатации двигателя в странах с холодным климатом. Зимой для обеспечения уверенного запуска двигателя в качестве топлива можно использовать бензин, а летом - дизельное топливо для снижения эксплуатационных расходов.
Функцию балансировочного вала двигателя может выполнить вал отбора мощности. Мощность, получаемая двигателем, передается на вал 7 отбора мощности посредством четырех коленчатых валов 4, в результате чего нагрузка на каждый коленчатый вал снижена в четыре раза в сравнении с двигателем того же объема, использующим один коленчатый вал. Нагрузка на шестерню 6 приложена в четырех точках. Эти особенности двигателя позволяют создавать надежные и мощные многоцилиндровые ДВС.
Зоны 14 удобны для размещения агрегатов топливной аппаратуры и вспомогательных агрегатов, зоны 15 удобны для размещения опор двигателя и элементов системы выхлопа. Эта особенность конструкции позволяет сделать двигатель более компактным.
На двигателе крепление крышки картера может быть выполнено при помощи болтов и технологического клея, т.к. выполнение ремонта можно осуществить сверху, через крышку 13. Такая технология крепления крышки картера обеспечит его полную герметизацию.
Конструкция двигателя достаточно проста и надежна.
1. Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия, содержащий, по меньшей мере, две пары цилиндров, поршни которых посредством своих шатунов кинематически связаны соответственно с четырьмя коленчатыми валами, каждый из которых посредством зубчатого зацепления связан с валом отбора мощности, причем вал управления механически связан с силовыми валами посредством червячных передач, а каждый силовой вал, в свою очередь, связан с двумя коленчатыми валами с возможностью их перемещения, при этом четыре коленчатых вала соединены друг с другом попарно крестообразно силовыми тягами, установленными с возможностью вращения вокруг оси вала отбора мощности, с обеспечением синхронного перемещения на равные расстояния коленчатых валов и симметричного изменения объема камер сгорания, соединенных с цилиндрами.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что возможность перемещения двух коленчатых валов обеспечена тем, что на силовых валах при помощи правого и левого резьбовых соединений установлены соответствующие опоры гаечного типа, в отверстии каждой из которых закреплен соответствующий коленчатый вал.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждые два из четырех цилиндров соединены с одной камерой сгорания.
