Способ регулирования многотопливного двигателя внутреннего сгорания с увеличенным ходом поршня методом изменения степени сжатия и многотопливный двигатель внутреннего сгорания с увеличенным ходом поршня
Изобретение относится к многотопливным двигателям внутреннего сгорания с увеличенным ходом поршня и способам их регулирования за счет изменения степени сжатия путем изменения положений мертвых точек. Для увеличения хода поршня формируют воздействие на шарнир сочлененного шатуна, смещают шарнир сочлененного шатуна от оси цилиндра при достижении поршнем нижней мертвой точки, определяемой радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, что изменяет положение нижней мертвой точки, и затем возвращают шарнир к оси цилиндра. Изменение степени сжатия также достигается изменением положения верхней мертвой точки, которое производят при возврате шарнира к оси цилиндра. Формирование воздействия на шарнир сочлененного шатуна осуществляют путем перемещения оси качания маятникового рычага, связанного с шарниром, по прямой линии, пересекающей ось цилиндра. При этом перемещением оси качания маятникового рычага управляет профилированный кулачок, кинематически связанный с коленчатым валом. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования двигателя в зависимости от вида используемого топлива. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многотопливным двигателям внутреннего сгорания с увеличенным ходом поршня, как к четырехтактным, так и к двухтактным с кривошипно-камерной продувкой и способам их регулирования за счет изменения степени сжатия.
Известен способ регулирования многотопливного двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре между верхней и нижней мертвыми точками, определяемыми радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, и формировании воздействия на шарнир сочлененного шатуна путем смещения шарнира сочлененного шатуна в сторону от оси цилиндра и возврата шарнира к оси цилиндра для изменения степени сжатия за счет изменения положений мертвых точек (см. заявку ФРГ N 3107244, кл. F 02 D 15/02, 1982). Из приведенного выше источника информации известен и многотопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, сочлененный шатун, выполненный из двух соединенных между собой шарниром частей, первая из которых связана с поршнем, а вторая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковый рычаг, связанный одним концом с шарниром сочлененного шатуна, а другим - с приводом, выполненным с возможностью перемещения оси качания маятникового рычага, причем шарнир сочлененного шатуна выполнен с возможностью смещения от оси цилиндра и возврата к оси цилиндра под действием маятникового рычага и привода. Однако известные способ и двигатель характеризуются недостаточной эффективностью процесса регулирования во время работы при переходе с одного используемого вида топлива на другой. Задачей изобретения является повышение эффективности регулирования двигателя в зависимости от вида используемого топлива. Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе регулирования многотопливного двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре между верхней и нижней мертвыми точками, определяемыми радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, и формировании воздействия на шарнир сочлененного шатуна путем смещения шарнира сочлененного шатуна в сторону от оси цилиндра и возврата шарнира к оси цилиндра для изменения степени сжатия за счет изменения положений мертвых точек, согласно изобретению при достижении поршнем нижней мертвой точки, определяемой радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, осуществляют изменение положения нижней мертвой точки за счет увеличения хода поршня путем формирования воздействия на шарнир сочлененного шатуна, смещения шарнира в сторону от оси цилиндра и последующего возврата шарнира к оси цилиндра, а изменение положения верхней мертвой точки производят при возврате шарнира к оси цилиндра. Поставленная задача в части способа решается также тем, что формирование воздействия на шарнир сочлененного шатуна осуществляют путем перемещения оси качания маятникового рычага, воздействующего на шарнир, по прямой линии, пересекающей ось цилиндра. Поставленная задача в части способа решается также тем, что перемещением оси качания маятникового рычага управляют вращающимся профилированным кулачком. Поставленная задача в части двигателя решается тем, что в многотопливном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, сочлененный шатун, выполненный из двух соединенных между собой шарниром частей, первая из которых связана с поршнем, а вторая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковый рычаг, связанный одним концом в шарниром сочлененного шатуна, а другим - с приводом, выполненным с возможностью перемещения оси качания маятникового рычага, причем шарнир сочлененного шатуна выполнен с возможностью смещения от оси цилиндра и возврата к оси цилиндра под действием маятникового рычага и привода, согласно изобретению привод оси качания маятникового рычага состоит из профилированного кулачка, кинематически связанного с коленчатым валом, дополнительного рычага, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью кулачка, а другой стороной - с осью качания маятникового рычага с возможностью перемещения последней по прямой линии, пересекающей ось цилиндра, пружины, установленной с возможностью поджатия оси качания маятникового рычага к дополнительному рычагу, и механизма осевого смещения кулачка, выполненного с возможностью изменения величины хода дополнительного рычага совместно с осью качания маятникового рычага. Поставленная задача в части двигателя решается также тем, что он может быть выполнен четырехтактным с увеличенным регулируемым ходом поршня. В случае выполнения двигателя четырехтактным поставленная задача решается также тем, что кулачок выполнен в виде двух сопряженных между собой основаниями половин цилиндра и первого усеченного конуса и двух сопряженных между собой основаниями половин второго и третьего усеченных конусов, половины второго и третьего усеченных конусов соосно сопряжены с половинами цилиндра и первого усеченного конуса, причем первый торец кулачка образован меньшими основаниями половин второго и третьего усеченных конусов, второй торец кулачка образован основанием половины цилиндра и большим основанием половины первого усеченного конуса, ось вращения кулачка смещена относительно центра первого торца и проходит через центр второго торца кулачка, а его профилированная поверхность образована сопрягаемыми боковыми поверхностями половин цилиндра, первого, второго и третьего усеченных конусов. В случае выполнения двигателя четырехтактным поставленная задача решается также тем, что механизм осевого смещения кулачка содержит осевую пружину, размещенную вдоль оси вращения кулачка с возможностью взаимодействия с одним из его торцев, и коромысло, первое плечо которого взаимодействует с другим торцем кулачка, а второе плечо - с тягой органа управления двигателем. В случае выполнения двигателя четырехтактным поставленная задача решается также тем, что тяга органа управления двигателем снабжена устройством корректировки вида топлива. Поставленная задача в части двигателя решается также тем, что он может быть выполнен двухтактным с увеличенным ходом поршня и кривошипно-камерной продувкой. В случае выполнения двигателя двухтактным поставленная задача решается также тем, что кулачок выполнен в виде двух сопряженных между собой снованиями половин цилиндра и усеченного конуса, образующих торцы кулачка, причем ось вращения кулачка смещена относительно центров его торцев, а его профилированная поверхность образована сопрягаемыми боковыми поверхностями половин цилиндра и усеченного конуса. В случае выполнения двигателя двухтактным поставленная задача решается также тем, что механизм осевого смещения кулачка содержит осевую пружину, размещенную вдоль оси вращения кулачка с возможностью взаимодействия с одним из его торцев, и шток, взаимодействующий с другим торцем кулачка и соединенный с устройством корректировки вида топлива. Независимо от варианта выполнения двигателя поставленная задача решается также тем, что кинематическая связь кулачка и коленчатого вала выполнена в виде цепной передачи. На фиг. 1 представлен описываемый четырехтактный двигатель при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ1), соответствующей минимальному объему камеры сгорания; на фиг. 2 - то же при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ2), соответствующей максимальному объему цилиндра; на фиг. 3 - цепная передача кулачка четырехтактного двигателя; на фиг. 4 - механизм осевого смещения кулачка четырехтактного двигателя; на фиг. 5 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в ВМТ1 и воздействии максимального радиуса Rmax кулачка; на фиг. 6 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ1), соответствующей минимальному объему цилиндра на такте впуска, и воздействии максимального радиуса Rmax кулачка; на фиг. 7 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в ВМТ1 и переходе с максимального Rmax на минимальный Rmin радиус кулачка; на фиг. 8 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в НМТ2 и воздействии минимального радиуса Rmin кулачка; на фиг. 9 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в НМТ1 и начале увеличения хода поршня; на фиг. 10 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при воздействии промежуточного радиуса Rпр, кулачка; на фиг. 11 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при дальнейшем воздействии промежуточного радиуса Rпр кулачка; на фиг. 12 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма четырехтактного двигателя при положении поршня в НМТ2, воздействии минимального радиуса Rmin кулачка и изменении степени сжатия; на фиг. 13 - описываемый двухтактный двигатель при положении поршня в ВМТ1; на фиг. 14 - описываемый двухтактный двигатель при положении поршня в НМТ2; на фиг. 15 - цепная передача кулачка двухтактного двигателя; на фиг. 16 - механизм осевого смещения кулачка двухтактного двигателя; на фиг. 17 - вид А на фиг. 16. Многотопливный двигатель внутреннего сгорания, реализующий предлагаемый способ, может быть выполнен как четырехтактным с увеличенным регулируемым ходом поршня (фиг. 1-4), так и двухтактным с увеличенным ходом поршня и кривошипно-камерной продувкой (фиг. 13-17). Описываемый многотопливный двигатель в обоих вариантах содержит корпус 1, по меньшей мере один цилиндр 2 с головкой 3 и размещенным в нем поршнем 4. Сочлененный шатун 5 выполнен из двух соединенных между собой шарниром 6 частей, первая из которых связана с поршнем 4, а вторая - с кривошипом коленчатого вала 7. Маятниковый рычаг 8 связан одним концом с шарниром 6 сочлененного шатуна 5, а другим - с приводом, выполненным с возможностью перемещения оси 9 качания маятникового рычага 8. Шарнир 6 сочлененного шатуна 5 выполнен с возможностью смещения от оси цилиндра 2 и возврата к оси У-У' цилиндра 2 под действием маятникового рычага 8 и привода. При этом привод оси 9 качания рычага 8 состоит из вращающегося профилированного кулачка 10, кинематически связанного с коленчатым валом 7, дополнительного рычага 11, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью 12 кулачка 10, а другой стороной - с осью 9 качания рычага 8 с возможностью перемещения оси 9 качания по прямой линии Х-Х', пересекающей ось У-У' цилиндра 2, пружины 13, установленной с возможностью поджатия оси 9 качания рычага 8 к рычагу 11, и механизма осевого смещения кулачка 10 вдоль оси Z-Z' его вращения, выполненного с возможностью изменения величины хода рычага 11 совместно с осью 9 качания рычага 8. При этом кулачок 10 четырехтактного двигателя (фиг. 4) выполнен в виде двух сопряженных между собой основаниями половин цилиндра и первого усеченного конуса и двух сопряженных между собой основаниями половин второго и третьего усеченных конусов. Половины второго и третьего усеченных конусов соосно сопряжены с половинами цилиндра и первого усеченного конуса. Первый торец 14 кулачка 10 образован меньшими основаниями половин второго и третьего усеченных конусов, второй торец 15 кулачка 10 образован основанием половины цилиндра и большим основанием половины первого усеченного конуса. Ось Z-Z' вращения кулачка 10 смещена относительно центра первого торца 14 (с радиусом Rmin) и проходит через центр второго торца 15 (с радиусом Rmax). Профилированная поверхность 12 кулачка 10 образована сопрягаемыми боковой поверхностью 16 половины цилиндра, боковой поверхностью 17 половины первого конуса с углом наклона













Формула изобретения
1. Способ регулирования многотопливного двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре между верхней и нижней мертвыми точками, определяемыми радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, и формировании воздействия на шарнир сочлененного шатуна путем смещения шарнира сочлененного шатуна в сторону от оси цилиндра и возврата шарнира к оси цилиндра для изменения степени сжатия за счет изменения положений мертвых точек, отличающийся тем, что по достижении поршнем нижней мертвой точки, определяемой радиусом кривошипа коленчатого вала и длиной сочлененного шатуна, осуществляют изменение положения нижней мертвой точки за счет увеличения хода поршня путем формирования воздействия на шарнир сочлененного шатуна, смещения шарнира в сторону от оси цилиндра и последующего возврата шарнира к оси цилиндра, а изменение положения верхней мертвой точки производят при возврате шарнира к оси цилиндра. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование воздействия на шарнир сочлененного шатуна осуществляют путем перемещения оси качания маятникового рычага, воздействующего на шарнир, по прямой линии, пересекающей ось цилиндра. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перемещением оси качания маятникового рычага управляют вращающимся профилированным кулачком. 4. Многотопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, сочлененный шатун, выполненный из двух соединенных между собой шарниром частей, первая из которых связана с поршнем, а вторая - с кривошипом коленчатого вала, маятниковый рычаг, связанный одним концом с шарниром сочлененного шатуна, а другим - с приводом, выполненным с возможностью перемещения оси качания маятникового рычага, причем шарнир сочлененного шатуна выполнен с возможностью смещения от оси цилиндра и возврата к оси цилиндра под действием маятникового рычага и привода, отличающийся тем, что привод оси качания маятникового рычага состоит из профилированного кулачка, кинематически связанного с коленчатым валом, дополнительного рычага, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью кулачка, а другой стороной - с осью качания маятникового рычага с возможностью перемещения последней по прямой линии, пересекающей ось цилиндра, пружины, установленной с возможностью поджатия оси качания маятникового рычага к дополнительному рычагу, и механизма осевого смещения кулачка, выполненного с возможностью изменения величины хода дополнительного рычага совместно с осью качания маятникового рычага. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что он выполнен четырехтактным с увеличенным регулируемым ходом поршня. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что кулачок выполнен в виде двух сопряженных между собой основаниями половин цилиндра и первого усеченного конуса и двух сопряженных между собой основаниями половин второго и третьего усеченных конусов, половины второго и третьего усеченных конусов соосно сопряжены с половинами цилиндра и первого усеченного конуса, причем первый торец кулачка образован меньшими основаниями половин второго и третьего усеченных конусов, второй торец кулачка образован основанием половины цилиндра и большим основанием половины первого усеченного конуса, ось вращения кулачка смещена относительно центра первого торца и проходит через центр второго торца кулачка, а его профилированная поверхность образована сопрягаемыми боковыми поверхностями половин цилиндра, первого, второго и третьего усеченных конусов. 7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что механизм осевого смещения кулачка содержит осевую пружину, размещенную вдоль оси вращения кулачка с возможностью взаимодействия с одним из его торцов, и коромысло, первое плечо которого взаимодействует с другим торцом кулачка, а второе плечо - с тягой органа управления двигателем. 8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что тяга органа управления двигателем снабжена устройством корректировки вида топлива. 9. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что он выполнен двухтактным с увеличенным ходом поршня и кривошипно-камерной продувкой. 10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что кулачок выполнен в виде двух сопряженных между собой основаниями половин цилиндра и усеченного конуса, образующих торцы кулачка, причем ось вращения кулачка смещена относительно центров его торцов, а его профилированная поверхность образована сопрягаемыми боковыми поверхностями половин цилиндра и усеченного конуса. 11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что механизм осевого смещения кулачка содержит осевую пружину, размещенную вдоль оси вращения кулачка с возможностью взаимодействия с одним из его торцов, и шток, взаимодействующий с другим торцом кулачка и соединенный с устройством корректировки вида топлива. 12. Двигатель по любому из пп.4-11, отличающийся тем, что кинематическая связь кулачка и коленчатого вала выполнена в виде цепной передачи.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17