двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 (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 будет происходить уменьшение объема камер 11 сгорания и увеличение степени сжатия, и наоборот. Позицией 12 обозначены клапанные головки двигателя.

Изменение угла 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 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.