RU2200853C2

RU2200853C2 - Internal combustion engine and method of its operation

Info

Publication number: RU2200853C2
Application number: RU2000126820/06A
Authority: RU
Inventors: И.В. Кузнецов; Е.Г. Пономарев; нин С.Н. Дев; С.Н. Девянин
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Агродизель"
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention can be used in piston internal combustion engines. According to said invention, internal combustion engine consists of cylinder accommodating piston which reciprocates in cylinder, cylinder head in which intake channel with outlet hole is formed, intake valve with seat arranged in intake channel, seat being arranged at angle to outlet hole of channel to form wall in between, camshaft with cam connected to intake valve, and load adjuster. Cam is made with variable working surface along camshaft axis, is installed on camshaft for movement and provided with longitudinal displacement mechanism connected with load adjuster. Intake channel can be made screw-like. According to said method, in case of decrease of load, part of charge getting to wall of intake channel is increased by decreasing stroke of intake valve and simultaneously duration of opening of intake valve can be increased. EFFECT: reduced fuel consumption and content of hydrocarbons in exhaust gases at partial loads. 5 cl, 5 dwg

Description

Предложение относится к области машиностроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания и, в частности, в системах питания и регулирования. The proposal relates to the field of mechanical engineering and can be used in reciprocating internal combustion engines and, in particular, in power and regulation systems.

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. Known internal combustion engines containing a cylinder in which a piston is arranged that reciprocates, a cylinder head in which an inlet channel is formed with an outlet, an inlet valve located in the inlet channel with a seat located at an angle to the outlet of the inlet channel to form between them are walls, a camshaft with a cam connected to the intake valve, and a device for changing the load.

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]. Known methods of operating an internal combustion engine, characterized by opening the cam of the camshaft of the inlet valve, supplying charge through the inlet to the open inlet valve, the valve directing part of the charge to the wall of the inlet channel formed between the planes of the valve seat and the outlet, and the charge inlet through outlet inlet channel depending on load changes [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. In known engines operating according to known methods, when operating at partial loads, it is advisable to increase the vortex charge motion in the cylinder to increase the combustion rate and increase the completeness of the use of fuel and air.

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]. Internal combustion engines and methods of their operation are also known, in which, when operating at partial loads, the charge supplied to the cylinder changes by decreasing the stroke of the intake valve and increasing turbulence of the charge in the intake channel [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. However, in these engines, when the valve stroke is reduced, the vortex charge movement in the cylinder is reduced due to a narrow uniform gap between the inlet valve and its seat, in which the charge flow will be inhibited and its direction of movement from the outlet outlet of the inlet channel will be practically absent.

Прототипом для данного предложения в соответствии с получаемым эффектом является совокупность признаков двигателя и способа его работы в соответствии с источником [1]. The prototype for this proposal in accordance with the effect obtained is a combination of engine features and the method of its operation in accordance with the source [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. The task posed in this proposal is to create an internal combustion engine and method of its operation, in which when working at partial loads, the vortex charge motion in the cylinder would increase.

Согласно поставленной задаче целью изобретения является улучшение экономичности и снижение углеводородов в отработавших газах при работе двигателя на частичных нагрузках. According to the task, the aim of the invention is to improve efficiency and reduce hydrocarbons in exhaust gases when the engine is running at partial loads.

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. For this, in an internal combustion engine containing a cylinder in which a piston is arranged that reciprocates, a cylinder head in which an inlet channel with an outlet is formed, an inlet valve with a seat located at an angle to the outlet of the channel with the formation of a wall between them, a camshaft with a cam connected to the inlet valve, and a device for changing the load, the cam is made with a variable working surface along the distribution axis the shaft, mounted on it movably and equipped with a mechanism for its longitudinal movement connected to a device for changing the load, and the inlet can be made screw.

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. In the method of operation for an internal combustion engine, characterized by the cam opening the inlet camshaft, supplying charge through the inlet to the open inlet valve, the valve directing a portion of the charge to the inlet channel wall formed between the planes of the valve seat and the inlet outlet, and the charge inlet into the cylinder through the outlet, depending on the change in load, and when the load decreases, part of the charge entering the wall of the inlet channel increase by reducing the stroke of the intake valve and the duration of opening the intake valve does not change or increase.

Анализ патентной и технической литературы не выявил двигателей внутреннего сгорания и способов их работы с заявленной совокупностью существенных признаков. The analysis of patent and technical literature did not reveal internal combustion engines and how they work with the claimed combination of essential features.

Пример выполнения двигателя внутреннего сгорания и пояснения способа его работы иллюстрируется чертежами. An example of an internal combustion engine and an explanation of the method of its operation is illustrated in the drawings.

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. In FIG. 1 shows an embodiment of an internal combustion engine in section along the inlet channel and inlet valve when operating at full load; figure 2 shows the position of the intake valve when the engine is at partial load; figure 3 shows a camshaft with an embodiment of a mechanism for longitudinal movement of the cam; figure 4 shows a section aa of figure 3; figure 5 is a section bB of figure 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 α 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. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine comprises a cylinder 1 in which a piston 2 is arranged that reciprocates, a cylinder 3 head 1 in which an inlet channel 4 with an outlet 5 is formed. An inlet channel 4 of the head 3 is provided with an inlet valve 6 and its seat 7, located at an angle α to the outlet 5 in such a way that a truncated cylindrical wall 8 of the inlet channel 4 is formed, located between the plane of the seat 7 and the plane of the outlet 5. The cam 10 is equipped with a cam 10 that can be moved along the axis 11. The cam 10 is made with variable working surfaces located along the axis 11 of the camshaft 9 and is equipped with a mechanism for its longitudinal movement. In the embodiment shown in FIG. 3, the cam 10 is made with two working surfaces 12 and 13. The working surface 12 is designed to operate the engine at full load, and the working surface 13 is for partial loads. The mechanism for the longitudinal movement of the cam 10 can be made in the form of a power spring 14 located on the camshaft 9 and resting on the cam 10. On the other hand, the fork lever 16 mounted on the axis 17 and connected to the device 18 acts on the cam 10 through the spring sleeve 15 to change the load. The lever 16 is equipped with two bearings 19, supported by a spring-loaded sleeve 15. The camshaft 9 can be located either in the crankcase or in the cylinder head 3 of cylinder 1. As a device 18 to change the load can be used or the throttle actuator in the spark ignition engine or drive rail of the fuel pump in a diesel engine.

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. When the engine is operating at full load, the device 18 for changing the load acts on the lever 16, the bearings 19 of which, rolling around the sleeve 15, press it against the cam 10 and compress the power spring 14. The working surface 12 of the cam completely opens the intake valve 6. The charge enters the cylinder 1 from the inlet pipe 4, the design of which sets the charge movement in the cylinder 1. When the load is reduced to 50-75% of the total load, the device 18 for changing the load ceases to act on the lever 16 and the power spring 14 moves the cam 10 along the slots p of the camshaft 9 along the axis 11 for opening the intake valve 6 by the working surface 13 of the cam 10. The intake valve 6 partially opens, as shown in FIG. 2, and part of the charge is directed by the intake valve 6 to the wall 8 of the intake channel 4, increasing the charge swirl and its vortex movement in cylinder 1. The stroke of the intake valve 6 may be the same when the engine is running at full and partial loads or to improve the filling of the cylinder 1 with a charge, especially when used on a diesel engine, the opening time of the intake th valve 6 when operating at partial loads can be increased. This problem can be solved by using the working surface 13 of the cam 10, or with an earlier opening of the intake valve 6, or with an earlier opening and later closing of the intake valve 6, as shown in FIG. 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. Thus, when using this proposal, conditions are created for efficient combustion in cylinder 1 when the engine is at partial loads and high power is obtained when working at full load.

Источники информации
1. Патент США 5140958 по кл. 123-276 за 1992 - прототип.Sources of information
1. US patent 5140958 to CL. 123-276 for 1992 - a prototype.

2. Заявка Японии 7006397 по кл. F 02 В 31/02 за 1995. 2. Application of Japan 7006397 by CL. F 02 B 31/02 for 1995.

Claims

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. 1. An internal combustion engine comprising a cylinder in which a reciprocating piston is arranged, a cylinder head in which an inlet channel with an outlet is formed, an inlet valve located in the inlet channel with a seat located at an angle to the channel outlet with the formation between the walls, a camshaft with a cam connected to the inlet valve, and a device for changing the load, characterized in that the cam is made with a variable working surface along the camshaft is mounted movably on the latter and provided with a mechanism for its longitudinal movement connected with the device for load changes.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что впускной канал выполнен винтовым. 2. The engine under item 1, characterized in that the inlet channel is made screw.

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. 3. The method of operation of the internal combustion engine, characterized by the cam opening the inlet camshaft, supplying the charge through the inlet to the open inlet valve, the valve directing part of the charge to the wall of the inlet channel formed between the planes of the valve seat and the outlet opening of the inlet channel, and the charge inlet into the cylinder through the outlet opening of the inlet channel depending on the change in load, characterized in that when the load decreases, part of the charge supplied to the wall of the inlet channel is increased by decreasing the stroke of the inlet valve.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при уменьшении хода впускного клапана продолжительность его открытия не изменяют. 4. The method according to p. 3, characterized in that when reducing the stroke of the intake valve, the duration of its opening does not change.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при уменьшении хода впускного клапана увеличивают продолжительность его открытия. 5. The method according to p. 3, characterized in that when the stroke of the intake valve is reduced, the duration of its opening is increased.