Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия

Двигатель содержит рабочий цилиндр с поршнем 4, сообщаемый клапанами с впускным трубопроводом 2 и выпускным трубопроводом 3, коленчатый вал 6, на кривошипной шейке 7 которого расположена траверса 8, связанная шатуном 9 с поршнем 4 и тягой 10 с шейкой 11 регулировочного вала 12, имеющего привод от электродвигателя 13. Во трубопроводе 2 установлена перекачивающая машина 15, соединенная с электрической машиной 16, связанной электрической цепью с аккумулятором 18 электрической энергии. С аккумулятором 18 связан электрической цепью электродвигатель 13. Технический результат - повышение топливной экономичности двигателя путем использования энергии потока воздуха во впускном трубопроводе.

Техническое решение относится к двигателям с внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия топливо - воздушной среды в рабочем цилиндре, обеспечиваемой изменением объема камеры сжатия между поршнем, находящимся в верхнем мертвом положении, и головкой цилиндра.

В патенте РФ 2256085, МПК F02B 75/04, представлен двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, содержащий рабочий цилиндр с поршнем, сообщаемый клапанами с впускным и выпускным трубопроводами, коленчатый вал, на кривошипной шейке которого расположена траверса, связанная шатуном с поршнем и тягой с шейкой эксцентрикового регулировочного вала, имеющего привод от электродвигателя. При работе этого двигателя на режимах частичных нагрузок, обеспечиваемых дросселированием потока воздуха во впускном трубопроводе дроссельной заслонкой, происходит значительная потеря энергии потока воздуха, которая переходит в бесполезную тепловую энергию. Эта потеря энергии ухудшает топливную экономичность двигателя.

Задача - повышение топливной экономичности работы двигателя внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия.

Повышение топливной экономичности работы двигателя внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, содержащего рабочий цилиндр с поршнем, сообщаемый клапанами с впускным и выпускным трубопроводами, коленчатый вал, на кривошипной шейке которого расположена траверса, связанная шатуном с поршнем и тягой с шейкой регулировочного вала, имеющего привод от электродвигателя, обеспечено тем, что во впускном трубопроводе двигателя установлена перекачивающая

машина, соединенная с электрической машиной, связанной электрической цепью с аккумулятором электрической энергии, с упомянутым аккумулятором электрической энергии связан электрической цепью электродвигатель привода регулировочного вала.

При установке во впускном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия перекачивающей машины, соединенной с электрической машиной, эта перекачивающая машина при частичных нагрузках двигателя путем привода электрической машины использует энергию потока воздуха во впускном трубопроводе для получения электрической энергии, направляемой в аккумулятор электрической энергии. Аккумулятор снабжает электрической энергией электродвигатель привода регулировочного вала.

Этот двигатель внутреннего сгорания снабжен турбокомпрессором, турбина которого расположена в выпускном трубопроводе, а компрессор установлен во впускном трубопроводе перед перекачивающей машиной.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия содержит расположенные в корпусе 1 рабочие цилиндры, сообщаемые клапанами поочередно с впускным трубопроводом 2, предназначенным для подачи воздуха или топливо-воздушной смеси в цилиндры двигателя, и выпускным трубопроводом 3, предназначенным для выпуска отработавших газов. В рабочем цилиндре двигателя установлен поршень 4, расположенный под головкой 5 рабочих цилиндров. В корпусе 1 установлен коленчатый вал 6. На кривошипной шейке 7 коленчатого вала расположена траверса 8, сделанная в виде двуплечего рычага. Одно плечо траверсы 8 шарнирно связано шатуном 9 с поршнем 4. Другое плечо траверсы 8 шарнирно связано тягой 10 с кривошипной шейкой 11 эксцентрикового регулировочного вала 12, сделанной в виде эксцентрика. Регулировочный вал 12 снабжен приводом от электродвигателя 12 через редуктор 13. Регулировочный вал 12 предназначен для изменения тягой 10 кинематики кривошипно-шатунного механизма, образованного

кривошипной шейкой 7 коленчатого вала, траверсой 8 и шатуном 9, при необходимости изменения объема камеры сжатия между поршнем 4 и головкой 5 цилиндров.

Во впускном трубопроводе 2 двигателя установлена ротационная пневматическая перекачивающая машина 15, например лопастная, соединенная с обратимой электрической машиной 16, способной работать в качестве мотор-генератора. Электрическая машина 16 связана электрической цепью 17 с аккумулятором 18 электрической энергии. С аккумулятором 18 связан электрической цепью 19 электродвигатель 13 привода регулировочного вала 12. Обратимая электрическая машина 16 и электродвигатель 13 привода регулировочного вала 12 имеют управление от электронного блока 20, который подключен к датчику положения педали 21 управления двигателем.

Двигатель снабжен турбокомпрессором 22, турбина 23 которого расположена в выпускном трубопроводе 3. Компрессор 24 турбокомпрессора установлен во впускном трубопроводе 2 перед перекачивающей машиной 14.

Во впускном трубопроводе 2 в перепускном участке, обходящем перекачивающую машину, установлена дроссельная заслонка 25 для управления подачей топливо-воздушной смеси на неустановившихся режимах.

При работе двигателя поток воздуха, проходящий по трубопроводу 2 от компрессора 24, вращает ротор перекачивающей машины 15, которая приводит во вращение ротор электрической машины 16, работающей в качестве генератора электрического тока, заряжая электрической энергией аккумулятор 18. От аккумулятора 18 электрическая энергия поступает к электродвигателю 13 привода регулировочного вала 12, предназначенного для изменения степени сжатия топливо-воздушной смеси в рабочих цилиндрах двигателя.

При перемещении поршня 4 коленчатым валом 6 вниз от головки цилиндров при открытом впускном клапане совершается такт всасывания, при котором из впускного трубопровода происходит впуск в рабочий цилиндр воздуха или топливо-воздушной смеси. При обратном перемещении поршня 4 к головке цилиндров происходит сжатие воздуха или топливо-воздушной смеси. Величина объема камеры сжатия между поршнем 4 и головкой цилиндров при нахождении поршня в верхнем мертвом положении регулируется эксцентриковым регулировочным валом 12 путем его поворота электродвигателем и соответственно перемещения тяги 10, расположенной на его эксцентриковой шейке 11. При воспламенении топливо-воздушной смеси в камере сжатия электрической свечой зажигания поршень вследствие увеличения давления в камере сжатия совершает рабочий ход, поворачивая при своем движении вниз коленчатый вал 6 посредством шатуна 9 и траверсы 8.

Для увеличения степени сжатия воздуха или топливо-воздушной смеси при работе двигателя на режимах холостого хода и малых нагрузок поворачивают эксцентриковый регулировочный вал 12 электродвигателем 13 в таком направлении, при котором его эксцентриковая шейка 11 и вместе с ней тяга 10 опускается. При опускании тяги 10 связанное с ней плечо траверсы 8 понижается, а противоположное плечо траверсы, с которым соединен шатун 9, повышается. Из-за повышения плеча траверсы, с которым связан шатун 9, поршень 4 при ходе сжатия ближе подходит к головке цилиндров, вследствие чего объем камеры сжатия уменьшается, а степень сжатия воздуха или топливо-воздушной смеси соответственно увеличивается. Для уменьшения степени сжатия при увеличении нагрузки двигателя либо повышении давления наддува воздуха или топливо-воздушной смеси турбонагнетателем 22 поворачивают регулировочный вал в противоположном направлении, при котором его шейка 11 и расположенная на ней тяга 10 поднимается. При подъеме тяги 10 траверса 8 поворачивается на кривошипной шейке 7 коленчатого вала так, что ее

плечо, связанное с шатуном 9, понижается. Вследствие этого расстояние между головкой цилиндров и поршнем в верхнем мертвом его положении и, значит, объем камеры сжатия становится больше, а степень сжатия топливо-воздушной смеси получается соответственно меньше, что обеспечивает отсутствие детонации в бензиновом двигателе и снижение нагрузки на подшипники коленчатого вала в дизельном двигателе. При этом для повышения мощности двигателя перекачивающая машина 15 может выполнять функцию нагнетателя с приводом от обратимой электрической машины 16 при ее работе в качестве электродвигателя, питаемого электрической энергией, накопленной в аккумуляторе 18.

В созданном двигателе внутреннего сгорания, содержащем на кривошипной шейке коленчатого вала траверсу, связанную шатуном с поршнем и тягой с шейкой регулировочного вала, имеющего привод от электродвигателя, питаемого электрической энергией от аккумулятора, заряжаемого электрической энергией с помощью обратимой электрической машины, имеющей привод от ротора перекачивающей машины, установленной во впускном трубопроводе, обеспечено путем использования энергии потока воздуха во впускном трубопроводе повышение топливной экономичности двигателя с регулируемой степенью сжатия, а также улучшение скоростной характеристики двигателя.

1. Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, содержащий рабочий цилиндр с поршнем, сообщаемый клапанами с впускным и выпускным трубопроводами, коленчатый вал, на кривошипной шейке которого расположена траверса, связанная шатуном с поршнем и тягой с шейкой регулировочного вала, имеющего привод от электродвигателя, отличающийся тем, что во впускном трубопроводе установлена перекачивающая машина, соединенная с электрической машиной, связанной электрической цепью с аккумулятором электрической энергии, с упомянутым аккумулятором электрической энергии связан электрической цепью электродвигатель привода регулировочного вала.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен турбокомпрессором, турбина которого расположена в выпускном трубопроводе, а компрессор установлен во впускном трубопроводе перед перекачивающей машиной.