двигатель внутреннего сгорания и способ его работы

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, в котором размещен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой образован впускной канал с выходным отверстием, размещенный во впускном канале впускной клапан с седлом, расположенным под углом к выходному отверстию канала с образованием между ними стенки, распределительный вал с кулачком, подсоединенным к впускному клапану, и устройство для изменения нагрузки, отличающийся тем, что кулачок изготовлен с переменной рабочей поверхностью вдоль оси распределительного вала, установлен на последнем подвижно и снабжен механизмом для его продольного перемещения, соединенным с устройством для изменения нагрузки.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что впускной канал выполнен винтовым.

3. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующийся открытием кулачком распределительного вала впускного клапана, подводом заряда по впускному каналу к открытому впускному клапану, направлением клапаном части заряда на стенку впускного канала, образованную между плоскостями расположения седла клапана и выходного отверстия впускного канала, и впуском заряда в цилиндр через выходное отверстие впускного канала в зависимости от изменения нагрузки, отличающийся тем, что при уменьшении нагрузки часть заряда, поступающую на стенку впускного канала, увеличивают путем уменьшения хода впускного клапана.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при уменьшении хода впускного клапана продолжительность его открытия не изменяют.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при уменьшении хода впускного клапана увеличивают продолжительность его открытия.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к области машиностроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания и, в частности, в системах питания и регулирования.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр, в котором размещен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой образован впускной канал с выходным отверстием, размещенный во впускном канале впускной клапан с седлом, расположенным под углом к выходному отверстию впускного канала с образованием между ними стенки, распределительный вал с кулачком, подсоединенным к впускному клапану, и устройство для изменения нагрузки.

Известны способы работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующиеся открытием кулачком распределительного вала впускного клапана, подводом заряда по впускному каналу к открытому впускному клапану, направлением клапаном части заряда на стенку впускного канала, образованную между плоскостями расположения седла клапана и выходного отверстия, и впуском заряда в цилиндр через выходное отверстие впускного канала в зависимости от изменения нагрузки [1].

В известных двигателях, работающих по известным способам, при работе на частичных нагрузках целесообразно увеличить вихревое движение заряда в цилиндре для увеличения скорости сгорания и повышения полноты использования топлива и воздуха.

Известны также двигатели внутреннего сгорания и способы их работы, в которых при работе на частичных нагрузках происходит изменение подаваемого в цилиндр заряда путем уменьшения хода впускного клапана и увеличения турбулизации заряда во впускном канале [2].

Однако в этих двигателях при уменьшении хода клапана снижается вихревое движение заряда в цилиндре из-за узкой равномерной щели между впускным клапаном и его седлом, в которой поток заряда будет заторможен и направленность его движения из выходного отверстия впускного канала будет практически отсутствовать.

Прототипом для данного предложения в соответствии с получаемым эффектом является совокупность признаков двигателя и способа его работы в соответствии с источником [1].

Задачей, поставленной в данном предложении, является создание двигателя внутреннего сгорания и способа его работы, в котором при работе на частичных нагрузках увеличивалось бы вихревое движение заряда в цилиндре.

Согласно поставленной задаче целью изобретения является улучшение экономичности и снижение углеводородов в отработавших газах при работе двигателя на частичных нагрузках.

Для этого в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, в котором размещен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой образован впускной канал с выходным отверстием, размещенный во впускном канале впускной клапан с седлом, расположенным под углом к выходному отверстию канала с образованием между ними стенки, распределительный вал с кулачком, подсоединенным к впускному клапану, и устройство для изменения нагрузки, кулачек изготовлен с переменной рабочей поверхностью вдоль оси распределительного вала, установлен на нем подвижно и снабжен механизмом для его продольного перемещения, соединенным с устройством для изменения нагрузки, а впускной канал может быть выполнен винтовым.

В способе работы для двигателя внутреннего сгорания, характеризующемся открытием кулачком распределительного вала впускного клапана, подводом заряда по впускному каналу к открытому впускному клапану, направлением клапаном части заряда на стенку впускного канала, образованную между плоскостями расположения седла клапана и выходного отверстия впускного канала, и впуском заряда в цилиндр через выходное отверстие в зависимости от изменения нагрузки, причем при уменьшении нагрузки часть заряда, поступающую на стенку впускного канала, увеличивают путем уменьшения хода впускного клапана и при этом продолжительность открытия впускного клапана не изменяют либо увеличивают.

Анализ патентной и технической литературы не выявил двигателей внутреннего сгорания и способов их работы с заявленной совокупностью существенных признаков.

Пример выполнения двигателя внутреннего сгорания и пояснения способа его работы иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показан вариант выполнения двигателя внутреннего сгорания в разрезе по впускному каналу и впускному клапану при работе на полной нагрузке; на фиг.2 показано положение впускного клапана при работе двигателя на частичной нагрузке; на фиг.3 показан распределительный вал с вариантом изготовления механизма для продольного перемещения кулачка; на фиг.4 показан разрез А-А фиг.3; на фиг.5 - разрез Б-Б фиг.3.

Как показано на фиг.1, двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, в котором размещен поршень 2, совершающий возвратно-поступательное движение, головку 3 цилиндра 1, в которой образован впускной канал 4 с выходным отверстием 5. Во впускном канале 4 головки 3 размещены впускной клапан 6 и его седло 7, расположенное под углом к выходному отверстию 5 таким образом, что образуется усеченная цилиндрическая стенка 8 впускного канала 4, расположенная между плоскостью седла 7 и плоскостью расположения выходного отверстия 5. На шлицах распределительного вала 9 установлен кулачок 10 с возможностью перемещения вдоль оси 11. Кулачок 10 изготовлен с переменными рабочими поверхностями, расположенными вдоль оси 11 распределительного вала 9, и снабжен механизмом для его продольного перемещения. В варианте изготовления, показанном на фиг. 3, кулачок 10 выполнен с двумя рабочими поверхностями 12 и 13. Рабочая поверхность 12 предназначена для работы двигателя на полной нагрузке, а рабочая поверхность 13 - на частичных нагрузках. Механизм для продольного перемещения кулачка 10 может быть выполнен в виде силовой пружины 14, размещенной на распределительном валу 9 и опирающейся в кулачок 10. С другой стороны на кулачок 10 через подпружиненную втулку 15 воздействует вильчатый рычаг 16, установленный на оси 17 и соединенный с устройством 18 для изменения нагрузки. Рычаг 16 снабжен двумя подшипниками 19, опирающимися на подпружиненную втулку 15. Распределительный вал 9 может быть расположен либо в картере двигателя, либо в головке 3 цилиндра 1. В качестве устройства 18 для изменения нагрузки может быть использован или привод дроссельной заслонки в двигателе с искровым зажиганием, либо привод рейки топливного насоса в дизельном двигателе.

При работе двигателя на полной нагрузке устройство 18 для изменения нагрузки воздействует на рычаг 16, подшипники 19 которого, обкатываясь по втулке 15, прижимают ее к кулачку 10 и сжимают силовую пружину 14. Рабочая поверхность 12 кулачка полностью открывает впускной клапан 6. Заряд поступает в цилиндр 1 из впускного патрубка 4, конструкцией которого задается движение заряда в цилиндре 1. При снижении нагрузки до 50-75% от полной устройство 18 для изменения нагрузки перестает воздействовать на рычаг 16 и силовая пружина 14 сдвигает кулачек 10 по шлицам распределительного вала 9 вдоль оси 11 для открытия впускного клапана 6 рабочей поверхностью 13 кулачка 10. Впускной клапан 6 открывается частично, как это показано на фиг.2, и часть заряда направляется впускным клапаном 6 на стенку 8 впускного канала 4, увеличивая закрутку заряда и его вихревое движение в цилиндре 1. Ход впускного клапана 6 может быть одинаковым при работе двигателя на полной и частичной нагрузках или для улучшения наполнения цилиндра 1 зарядом, особенно при использовании на дизельном двигателе, продолжительность открытия впускного клапана 6 при работе на частичных нагрузках может быть увеличена. Эта задача может быть решена при использовании рабочей поверхности 13 кулачка 10 или с более ранним открытием впускного клапана 6, или с более ранним открытием и более позднем закрытием впускного клапана 6, как это показано на фиг. 5.

Таким образом, при использовании данного предложения создаются условия для эффективного сгорания в цилиндре 1 при работе двигателя на частичных нагрузках и получением высокой мощности при работе на полной нагрузке.

Источники информации

1. Патент США 5140958 по кл. 123-276 за 1992 - прототип.

2. Заявка Японии 7006397 по кл. F 02 В 31/02 за 1995.