Двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Винахід належить до двигунів внутрішнього згоряння. Двигун містить блок циліндрів з нерухомими циліндричними гільзами, в якому виконані порожнини для охолоджуючої рідини, головку блока циліндрів з камерами згоряння, розміщену над блоком циліндрів. Також, двигун містить поршні, що розміщені всередині нерухомих циліндричних гільз і виконані з можливістю зворотно-поступального переміщення в нерухомих гільзах. Нерухомі гільзи висунуті над верхньою площиною блока циліндрів, а на циліндричних поверхнях виступаючих частин нерухомих гільз виконані виточки у вигляді пазів, в яких розташовані кільця ущільнювачів. В головці блока циліндрів, співвісно нерухомим гільзам, встановлені рухомі циліндричні гільзи, внутрішній діаметр яких відповідає зовнішньому діаметру нерухомих циліндричних гільз, встановлених в блоці циліндрів. У верхній частині блока циліндрів закріплені направляючі пальці, протягнуті в отвори в головці блока циліндрів, виконаної з можливістю зворотнопоступального переміщення над блоком циліндрів на відстань, яка обмежена висотою виступаючої частини гільз. Головка блока циліндрів пов'язана зі штоками виконавчих гідравлічних циліндрів, розташованих в протилежних частинах блока циліндрів. Технічний результат - можливість модернізації двигунів зміною режимів роботи двигуна залежно від експлуатаційного навантаження й властивостей застосовуваного палива. UA 112989 C2 (12) UA 112989 C2 UA 112989 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до автомобілебудування й може бути використаний для виробництва нових або модернізації застосовуваних двигунів внутрішнього згоряння, на вантажних і легкових автомобілях. Винахід може бути використаний для виробництва двигунів внутрішнього згоряння, що забезпечують регульовану й регламентовану зміну об'єму камери згоряння залежно від експлуатаційного навантаження на двигун і якісних характеристик палива, що надходить у камеру згоряння. Відомий "Спосіб регулювання роботи бензинового двигуна внутрішнього згоряння" (Патент Росії № 2206775). Пристрій, що реалізує заявлений спосіб, являє собою двигун внутрішнього згоряння, який містить щонайменше один циліндр або блок циліндрів, поршень, головку циліндра й камеру згоряння, утворену поверхнями головки й днищем поршня. У головці циліндра розміщені впускний і випускний клапани й свіча запалювання. Головка циліндра приєднана до впускного й випускного трактів двигуна. У впускному тракті встановлена заслінка для регулювання кількості робочого заряду. Розподільний вал з кулачками забезпечує привод впускного й випускного клапанів. Головка встановлена на циліндрі через прокладку. Реалізація роботи двигуна здійснюється шляхом зміни об'єму камери згоряння двигуна. Це виробляється зменшенням відстані між днищем поршня й протилежної днищу поршня поверхнею камери згоряння. Зменшення відстані між днищем поршня й протилежної днищу поршня поверхнею камери згоряння можуть здійснювати шляхом зняття частини поверхні головки, що прилягає до циліндра, або шляхом зняття частини поверхні циліндра або блока циліндра, що прилягає до головки, або шляхом зменшення товщини прокладки між головкою й циліндром. Після цього, змінюють прохідний переріз впускного тракту для робочого заряду. Змінення прохідного перерізу впускного тракту для робочого заряду може здійснювати шляхом зміни положення дросельної заслінки так, щоб площа прохідного перерізу відрізнялася від стандартного прохідного перерізу впускного тракту. Крім того, змінюють величину ходу впускного клапана, забезпечуючи необхідну подачу робочого заряду в циліндр і змінюють кут випередження запалювання, вручну або автоматично за допомогою регулятора, забезпечуючи подачу іскри при знаходженні поршня на заданій відстані від верхньої мертвої точки. Змінення ходу впускних і випускних клапанів і можуть здійснювати шляхом установки нових кулачків або шляхом зсуву розподільного вала. Недоліком відомого пристрою є те, що для зміни характеристик двигуна відстань між блоком циліндрів і головкою блока змінюється шляхом заміни прокладок, що мають різну товщину, величина яких визначається залежно від фізико-хімічних характеристик палива й режиму руху транспортного засобу. При зміні параметрів камери згоряння двигуна змінюють порядок і об'єми подачі палива, що надходить у камеру згоряння. Така зміна параметрів роботи двигуна розрахована на стаціонарні режими експлуатації, які не міняються протягом тривалого періоду часу. Зміна параметрів камери згоряння вимагає значних трудових витрат і витрат часу, що не дозволяє це зробити оперативно в процесі руху транспортного засобу. Відома конструкція двигуна внутрішнього згоряння (Патент Росії № 2043523). Відомий двигун внутрішнього згоряння, що містить кривошипно-шатунний механізм, форсунки, свічі запалювання, рухомий і нерухомий контакти й табло із вказівкою марки палива в кабіні водія. На картері монтуються гідроциліндри, у яких розміщені циліндри двигуна, на них стопорним кільцем жорстко закріплені гідропоршні, а гідравлічний розподільник, що перебуває в кабіні водія, зв'язаний трубопроводами з гідронасосом. Для роботи двигуна внутрішнього згоряння з кабіни транспорту водій ручкою гідравлічного розподільника від гідронасоса подає рідину по трубопроводу в порожнину гідроциліндра, де гідропоршні переміщають циліндри двигуна доти, поки рухомий контакт замкне нерухомий контакт і в кабіні водія займеться сигнальне табло. Тоді водій ручку гідророзподільника ставить у задане положення й двигун внутрішнього згоряння готовий для роботи на паливі, що має інші фізико-механічні характеристики. Недоліком відомого пристрою є те, що зміна параметрів камери згоряння здійснюється шляхом переміщення гільзи циліндра щодо поршня. Така конструкція є громіздкою й механічно складною, тому що необхідно без перекосів і на задану відстань переміщати цілий блок циліндрів, що має значні габарити й вагу. Відома конструкція двигуна внутрішнього згоряння не призначена для оперативної зміни параметрів камери згоряння в процесі руху автомобіля залежно від якісних характеристик 1 UA 112989 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 палива. Відома конструкція двигуна може застосовуватися тільки для зміни палива, наприклад, з рідкого на газоподібне, яке має інші температурні й детонаційні властивості. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є "Пристрій для роботи двигуна внутрішнього згоряння" (Патент Російської Федерації на винахід № 2099561). Зазначений пристрій для роботи двигуна внутрішнього згоряння, що включає циліндри з головкою, колінчастий вал, поршні, шатуни, причому опорні підшипники колінчастого вала встановлені на рамі, не зв'язаної жорстко із блоком циліндрів, рама обладнана стійками, на яких за допомогою ланок змінної довжини підвішений блок циліндрів, а піддон для зливу масла й закриття простору під поршнями прикріплений до рами. Пристрій оснащений напрямними, закріпленими на зовнішніх стінках циліндрів і стійках для запобігання перекосам циліндрів при їхньому переміщенні, а рама пов'язана із циліндрами еластичними ущільненнями, із внутрішньої сторони до яких підвішені масловідбійні екрани. Ланки змінної довжини можуть бути виконані у вигляді гідроциліндрів. Робота відомого двигуна внутрішнього згоряння здійснюється в такий спосіб. При необхідності одержання максимального ступеня стиску, наприклад, при запуску двигуна, під дією рідини, що подається в гідроциліндри по трубопроводу, поршні в гідроциліндрах переміщаються вниз разом із циліндром у крайнє положення, залишаючи при цьому мінімальний вільний об'єм над поршнем при знаходженні його у верхній мертвій точці. Робочий об'єм циліндра, обумовлений ходом поршня на всіх режимах, залишається незмінним. При необхідності зменшити ступінь стиску по трубопроводу подається рідина, що змушує поршень у гідроциліндрі переміщатися нагору, переміщаючи нагору й циліндр із головкою. При цьому збільшується вільний об'єм над поршнем при знаходженні його у верхній мертвій точці. На ту ж величину збільшується й повний об'єм циліндра. Ступінь стиску при цьому знижується. При переміщенні циліндра площини, що центрують, запобігають його перекосам, а еластичне ущільнення з екранами забезпечує герметизацію картерного простору при змінній відстані між циліндром і піддоном картера. Недоліком відомого пристрою є те, що, як і в попередній конструкції, здійснюється переміщення гільзи циліндра разом з її головкою щодо поршня. Така конструкція є громіздкою, що визначає ймовірність відмови в процесі експлуатації. Відома конструкція характеризується значними складностями в охолодженні двигуна при його роботі, тому що переміщення гільзи не дозволяє зробити якісну сорочку охолодження й, відповідно, забезпечити нормальний температурний режим при роботі двигуна. Переміщення гільзи приводить до необхідності рішення завдань забезпечення високої герметичності системи охолодження особливо в місці сполучення блока циліндрів - у місці концентрації високої температури, що утворюється при роботі двигуна. Рухомість гільзи циліндра приводить до необхідності ускладнення кінематики роботи двигуна внутрішнього згоряння. Це обумовлено тим, що перекіс блока гільз може призвести до заклинювання поршнів і ймовірних катастрофічних наслідків у процесі руху транспортного засобу. Задача винаходу є вдосконалення конструкції двигуна внутрішнього згоряння за рахунок того, що: - головка циліндра виконана рухомою при нерухомому блоці циліндра, у якому розміщені гільзи з поршнями; - гільзи циліндрів виконані висунутими й оснащені додатковим ущільнювальним кільцем на кожному циліндрі; - рухома головка має гільзи, що закріплені до рухомої головки; - внутрішній діаметр рухомих гільз відповідає зовнішньому діаметру нерухомих гільз; - у верхній частині нерухомих гільз виконана проточка у вигляді паза, у якому розміщене ущільнювальне кільце. Рухома головка приєднана до виконавчих гідроциліндрів, з'єднаним із системою керування, виконаною з можливістю регламентованої зміни положення рухомої головки. Технічний результат від використання винаходу забезпечується: - можливістю модернізації двигунів, що перебувають в експлуатації; - зміною режимів двигуна залежно від експлуатаційного навантаження й фізико-механічних властивостей застосовуваного палива; - запобіганням детонації при виникненні експлуатаційного навантаження на двигун; - автоматизації процесу зміни параметрів працюючого двигуна й, відповідно, забезпечення оптимальних умов експлуатації в різних умовах; - адаптацією роботи двигуна при його експлуатації при параметрах, що змінюються; - застосуванням різних конструкцій приводів для зміни параметрів двигуна й, відповідно, характеристик при роботі в режимах, що змінюються; 2 UA 112989 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - досягненням високого ступеня ущільнення за рахунок домірності зовнішнього діаметра нерухомої гільзи й внутрішнього діаметра рухомої гільзи; - високою герметичністю камери згоряння двигуна при зміні її об'єму в процесі роботи з використанням ущільнювального кільця або цілої системи ущільнення у вигляді кілець, які розміщені між взаємодіючими поверхнями циліндричних гільз, закріплених у блоці й головці блока двигуна; - з'єднанням рухомої головки з виконавчими гідроциліндрами, що забезпечують регламентоване переміщення головки блока й, відповідно, внутрішньої поверхні рухомих гільз по зовнішній поверхні нерухомих гільз, установлених у блоці двигуна; - з'єднанням рухомої головки блока циліндра, пов'язаної з виконавчими гідравлічними циліндрами. Заявлений винахід пояснюється схемами, де на фіг. 1 показана вертикальна частина фрагмента блока циліндра з головкою циліндрів у максимально піднятому положенні; на фіг. 2 - фрагмент блока циліндра з головкою циліндрів у максимально опущеному стані; на фіг. 3 - вигляд зверху на головку блока циліндрів. Двигун внутрішнього згоряння включає блок циліндрів 1 з гільзами 2. У блоці циліндрів 1 виконані порожнини 3 для циркуляції охолодної рідини. Над блоком циліндрів 1 розміщена головка 4 блока циліндрів, у якій з нижньої сторони виконані виїмки камер згоряння 5. Усередині циліндричних гільз 2 розміщені поршні 6, виконані з можливістю зворотнопоступального переміщення. Гільзи 2 циліндрів висунуті над верхньою площиною блока циліндра 1. На циліндричній поверхні виступаючої частини гільзи 2 циліндра виконане виточення у вигляді паза. У пазу встановлене ущільнювальне кільце 7. У головці блока 4 циліндрів з боку блока циліндрів 1 співвісно з поршнями 6, установлені короткі циліндричні гільзи 8. Внутрішній діаметр коротких гільз 8 розмірний зовнішньому діаметру циліндричних гільз 2 установлених у блоці циліндрів 1. У верхній частині блока циліндрів 1 закріплені напрямні пальці 9 Напрямні пальці 9 просмикнуті в отвори 10, що виконані в головці блока циліндрів 4. Головка блока 4 виконана з можливістю зворотно-поступального переміщення над блоком циліндра 1 по напрямних пальцях 9. Довжина переміщення головки блока 4 обмежена відстанню, що обмежена заданою довжиною напрямних 9 і висотою виступаючої частини гільз. Головка блока 4 циліндрів пов'язана штоками 11 з виконавчими гідравлічними циліндрами 12, розташованими в протилежних частинах блока циліндра 1. Двигун внутрішнього згоряння працює в такий спосіб. При русі автомобіля в стаціонарному режимі відбувається спалювання палива, що надходить у камери згоряння 5 двигуна. При цьому поршні 6, роблячи зворотно-поступальне переміщення, за допомогою шатунів впливають на колінчатийвал (на схемах не показано) і перетворюють зворотно-поступальний рух у круговий, що забезпечує обертання елементів трансмісії й коліс транспортного засобу. Тепло, що утворюється в процесі роботи, відводиться від циліндрів 2 за допомогою охолодної рідини, що надходить від порожнин 3 двигуна для зниження температури в радіатор (на схемі не показано). При зміні навантаження або фізико-хімічних властивостей палива, застосовуваного для роботи двигуна, сигнал від системи керування надходить у гідравлічний привід, що подає задану кількість гідравлічної рідини у виконавчі гідравлічні циліндри 12. Система керування визначає, якою мірою необхідно змінити параметри камери згоряння 5 збільшити її об'єм або зменшити. Залежно від команди, головка блока циліндрів 4 переміщається за рахунок штоків 11 по напрямних пальцях 9, що розташовані у отворах 10, нагору або вниз. При переміщенні нагору, внутрішня поверхня коротких циліндрів 8, закріплених до головки циліндра 4, переміщаються по зовнішній поверхні виступаючих частин гільз 2, установлених у блоці циліндра 1. Цим збільшується об'єм камери згоряння 5 й тим самим зменшується ступінь стиску паливної суміші. Це дозволяє збалансувати роботу двигуна при погіршенні якості палива, що приводить до зменшення октанового числа. При збільшенні октанового числа або необхідності підвищення потужності привода гідроциліндри 12 переміщають головку циліндрів 4 униз, зменшуючи об'єм камери згоряння 5. При роботі двигуна, згоряння суміші приводить до збільшення тиску газів у камері згоряння 5, які впливають на поршні 6 й, відповідно, пускають у хід двигун. При витоку газів з камери згоряння 5 різко зменшується потужність двигуна внутрішнього згоряння. Тому рішенням завдання забезпечення стабільних характеристик двигуна при його 3 UA 112989 C2 5 роботі в різних динамічних режимах є застосування системи ущільнення, що виконують у вигляді кільцевого паза, виконаного на виступаючій частині циліндра 2. У кільцевому пазу розміщають ущільнювальне кільце 7, що запобігає витоку газів при роботі двигуна й переміщенні головки циліндрів 4 при зменшенні або збільшенні обсягу камери згоряння 5. Експериментальні дослідження показали високу ефективність роботи двигуна внутрішнього згоряння при різних динамічних навантаженнях і мінливих фізико-хімічних характеристиках палива. Виготовлення двигуна не вимагає значних капітальних вкладень і забезпечує можливість застосування автоматизованої системи керування для регламентування режимів роботи двигуна в різних експлуатаційних умовах. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 Двигун внутрішнього згоряння, що включає блок циліндрів з нерухомими циліндричними гільзами, в якому виконані порожнини для охолоджуючої рідини, головку блока циліндрів з камерами згоряння, розміщену над блоком циліндрів, а також поршні, що розміщені всередині нерухомих циліндричних гільз і виконані з можливістю зворотно-поступального переміщення в нерухомих гільзах, який відрізняється тим, що нерухомі гільзи висунуті над верхньою площиною блока циліндрів, а на циліндричних поверхнях виступаючих частин нерухомих гільз виконані виточки у вигляді пазів, в яких розташовані кільця ущільнювачів, при цьому в головці блока циліндрів, співвісно нерухомим гільзам, встановлені рухомі циліндричні гільзи, внутрішній діаметр яких відповідає зовнішньому діаметру нерухомих циліндричних гільз, встановлених в блоці циліндрів, при цьому у верхній частині блока циліндрів закріплені направляючі пальці, протягнуті в отвори в головці блока циліндрів, виконаної з можливістю зворотно-поступального переміщення над блоком циліндрів на відстань, яка обмежена висотою виступаючої частини гільз, при цьому головка блока циліндрів пов'язана зі штоками виконавчих гідравлічних циліндрів, розташованих в протилежних частинах блока циліндрів. 4 UA 112989 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5