RU1806280C - Поршень дл автоматической регулировки степени сжати двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : поршень 1 сочленен с шатуном 2 при помощи поршневого пальца 3 и эксцентриковой втулки 5, нагруженной цилиндрической пружиной 6 кручени . Устройство обеспечивает относительно высокую степень сжати  при работе двигател  на режимах частичной нагрузки и более низкую при полностью открытой дроссельной заслонке. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к области дви- гателестроени  и может быть использовано дл  повышени  детонационной устойчивости и экономичности карбюраторных двигателей внутреннего сгорани  при частичных нагрузках и переходных режимах, а также ограничени  максимально допустимого давлени  в дизел х.

Цель изобретени  - упрощение конструкции и повышение детонационной устойчивости и стабильности действительной степени сжати  при частичных нагрузках и переходных режимах работы двигател .

На фиг,1 представлен продольный разрез поршн ; на фиг,2 - его кинематическа  схема; на фиг.З - силова  характеристика поршн ; на фиг.4 - диаграммы его работы.

Поршень состоит из корпуса 1 с днищем и юбкой поршн , соединенного с шатуном 2 при помощи поршневого кольца 3, который как обычно зафиксирован стопорными кольцами 4. В удлиненном и расширенном отверстии верхней головки ш атуна 2 расположена эксцентрична  втулка 5 из материала с хорошими антифрикционными свойствами, например, бронзы. Эта втулка 5 установлена на поршневом кольце 3 с воз- . можностью вращени , которое определ етс  пружиной 6. закрепленной одним концом во втулке, а другим - в головке шатуна 2, так что эксцентриситет Е втулки 5 и осева  длина I шатуна 2 выт нуты в одну линию и в свободном состо нии пружины б обеспечивают максимальную приведенную длину шатуна, т.е. максимальное рассто ние между центральными ос ми поршневого кольца и коленвала двигател  (фиг.2).

Поршень работает следующим образом .

При сжатии гор чей смеси на поршень 1 действует осева  сила F, пропорциональна  площади его поперечного сечени  S и давлению гоо чей смеси Р

(Т) Вблизи верхней мертвой точки эта сила F становитс  настолько большой, что соосное положение эксцентриситета Е и оси I шатуна становитс  неустойчивым и втулка 3 поворачиваетс , вызыва  закручивание пружины 6 на угол р. В результате обща  приведенна  длина U шатуна

LH+E

уменьшаетс  на некоторую величину, завис щую от f закрутки пружины

() 2Esin2| (3)

При этом вращающий момент (Мв) создаваемый продольной силой (F) также будет определ етс  углом (р закрутки

(р 2FE Sin Ј COS Ј (4)

В состо нии динамического равновеси  этот вращающий момент (Мв) будет уравно- вешиватьс  противодействующим моментом (Мп) закрученной пружины 6,

(5) котора  навита так, что при повороте втулки

5 на пол-оборота, ее витки плотно охватывают поршневой палец 3. Поэтому противодействующий момент пружины 6, обладающей удельной жесткостью К, может быть хорошо аппроксимирован тангенсальной функцией

(6)

25 Подставл   выражени  4 и 6 в уравнение 5 и умножа  выражение 3 на F, получаем систему уравнений дл  определени  силовой характеристики поршн 

30

2FEcos

2FEsin2 A

(7)

35

откуда после сложени  получим:

2 Е -Д

(8)

40

45

50

55

Поскольку изменение длины А шатуна непосредственно св зано с увеличением над- поршневого объема V в конце такта сжати  (фиг.З)

-A(9) то с учетом выражений (1) и (9) нетрудно построить P-V диаграмму работы двигател  с таким поршнем (фиг,4), котора  отличаетс  от обычного цикла Отто тем, что при полной нагрузке соответствующей полностью открытой дроссельной заслонке и наполнению цилиндра горючей смесью при атмосферном давлении Р, обычное адиабатическое сжатие происходит лишь до вышеуказанного момента потери соосной устойчивости втулки (5) под действием силы осевого давлени  F, превышающей пороговую величину FO, равную

F0 2T(1°)

При дальнейшем повороте коленвала двигател  и смещении шатуна 2 к ВМТ давление (Р2) конца такта сжати  измен етс  незначительно и соответствует расчетной компрессии, так как смещение шатуна 2 в значительной степени компенсируетс  поворотом втулки 5 и соответствующим увеличением Д котора  стабилизирует действующую степень сжати  на заданном уровне, независимо от величины утечки через компрессионные кольца поршн  или клапаны двигател . При минимальной нагрузке двигател , т.е. прикрытой дроссельной заслонки и заполнении цилиндра двигател  разр женной смесью при давлении Ро значительно ниже атмосферного Pi, эффективное сжатие рабочей смеси начинаетс  лишь при уменьшенном объеме Vi. Поэтому и конечный объем такта сжати  должен быть уменьшен на величину, соответствующую заданной степени сжати  (Е)

Vi vi

Ј - , . -- Const V2 V2

(11)

Это обеспечиваетс  соответствующим увеличением общей длины шатуна 2 до максимальной величины I+E, так как давление Р г а конце такта сжати  разр женной смеси не превышает давлени  пороговой силы F0. Тем самым обеспечиваетс  стабильность компрессии и действительной степени сжати  при любом положении дроссельной заслонки и устран етс  вли ние паразитных утечек рабочей смеси, завис щих от оборотов двигател .

Причем сгорание рабочей смеси, сопровождающеес  резким увеличением максимального давлени  Рз в цилиндре, приводит к быстрому повороту втулки 5 в нижнее устойчивое состо ние равновеси  и максимальному увеличению Л т.е. объема камеры сгорани  Va, так как собственна  инерци  поршн  во много раз меньше инерции кривошипно-шатунного механизма и маховика двигател . Поэтому сгорание рабочей смеси и подвод тепла СИ к рабочему циклу происходит - в основном при увеличенном объеме камеры сгорани  /з и максимальном давлении Рз, которое значительно ниже чем у аналогичного цикла бензинового двигател .

Благодар  этому снижаютс  ударные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм двигател , даже при возникновении детонационного горени  смеси, веро тность которого и так сильно уменьшена за

счет действительной степени сжати . При такте расширени  продуктов сгорани  под действием закрученной пружины 6 эксцентрична  втулка 5 постепенно возвращаетс  в

исходное соосное положение относительно шатуна 2, отдава  ему и коленвалу двигател  энергию, ранее затраченную на закручивание пружины 6.

Таким образом выравниваетс  и увеличиваетс  вращающий момент коленвала при большом рычаге осевой силы поршн  FI, т.е. обеспечиваетс  м гкий режим работы двигател  в целом.

При увеличенной жесткости пружины К

предлагаемое устройство может быть использовано и в дизельных двигател х дл  стабилизации и ограничени  максимального давлени  горени  в цилиндре на уровне пороговой силы F и обеспечивает горени 

топлива при практически посто нном давлении , соответствующем начальному участку силовой характеристики поршн  (фиг.З), что очень важно дл  малотопливных дизелей .

Технико-экономическа  эффективность изобретени  выражаетс  прежде всего в экономии топлива на частичных нагрузках не превышающих четверти номинальной, где удельный расход топлива может быть

Claims (1)

1. снижен на 30-40%. При этом значительно повышаетс  надежность и детонационна  устойчивость карбюраторных двигателей на переходных режимах без существенного усложнени  и изменени  конструкции корпуса поршн , что обеспечивает использование изобретени  на существующих двигател х, например, путем их доработки ь процессе капитального ремонта, Формула изобретени 

   Поршень дл  автоматической регулировки степени сжати  двигател  внутреннего сгорани , содержащий корпус с днищем и юбкой, сочлененный с шатуном при помощи поршневого пальца и эксцентрика, цилиндрическую пружину кручени , размещенную соосно с поршневым пальцем и одним концом заделанную в эксцентрике , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности, эксцентрик выполнен в виде отдельной втулки, свободно раз- мещенной на поршневом пальце, цилиндрическа  пружина кручени  размещена снаружи поршневого пальца, а второй конец ее закреплен на шатуна так, чтобы в

   свободном состо нии пружины обеспечивалась максимальна  приведенна  длина шатуна.