RU2206764C2

RU2206764C2 - Device for eliminating clearance (dead) volume of combustion chamber of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2206764C2
Application number: RU2001125403A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Ибадуллаев
Original assignee: Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; four-stroke internal combustion engines. SUBSTANCE: invention can be used in four-stroke internal combustion engines with special devices for changing working volume of combustion chamber. Proposed device contains cylinder, piston, cylinder head accommodating intake and exhaust valves, movable cylindrical undervalve cup installed in hole of cylinder, camshaft with cam mechanism for operating intake and exhaust valves and drive mechanism of undervalve cup. Undervalve cup is provided with air or fuel-air mixture intake hole at side of engine intake manifold, and with valve seat, from side of piston. Sealing member is fitted at outer side on undervalve cup and least one guide rod is made on wall under valve cup at side opposite to piston. At working stroke undervalve cup with intake valve separates combustion chamber from intake manifold in extreme position relative to piston. At exhaust stroke undervalve cup moves towards piston, thus eliminating clearance (dead) volume of combustion chamber, forcing exhaust gases out of combustion chamber, and at extreme lower position relative to top dead center of piston, it separates combustion chamber from cylinder space. At suction stroke, with piston moving from top dead center to bottom dead center, undervalve cup shifts into extreme upper position relative to piston, and intake valve opens. After completion of suction stroke, intake valve closes at unchanged position of undervalve cup. EFFECT: increased efficiency of engine, reduced fuel consumption and improved performance of engine. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с устройствами для изменения рабочего объема камеры сгорания. The invention relates to internal combustion engines, in particular to four-stroke internal combustion engines with devices for changing the working volume of the combustion chamber.

Известно устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапаного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанных стаканов, причем подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана (см. авторское свидетельство СССР 1288319, МПК F 02 B 19/14, опубл. 07.02.1987). A device is known for changing the working volume of the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a cylinder, a piston, a cylinder head, in which at least one movable cylindrical valve is installed in the opening of the valve under the valve of the cylinder head, a camshaft with a cam a mechanism for driving the intake and exhaust valves; and a drive mechanism for the undervalve cups, wherein the undervalve cup on the engine inlet side is provided with a hole for air or fuel-air mixture inlet, and on the piston side - a valve seat (see USSR author's certificate 1288319, IPC F 02 B 19/14, publ. 07.02.1987).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду плохой очистки паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и невозможности получения наиболее эффективного объема камеры сгорания при различных тактах рабочего процесса. A disadvantage of the known device is the insufficiently high coefficient of performance (COP) due to poor cleaning of the parasitic (dead) volume of the combustion chamber and the inability to obtain the most effective volume of the combustion chamber for various clock cycles.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива и увеличение эффективности работы двигателя. The objective of the invention is to increase engine efficiency, reduce fuel consumption and increase engine efficiency.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапаного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана, согласно изобретению на наружной стороне подклапанного стакана установлен уплотняющий элемент, на противоположной от поршня стороне подклапанного стакана выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток, причем при рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня положении подклапанный стакан с впускным клапаном отделяет камеру сгорания, образованную днищем поршня, днищами подклапанного стакана и впускного клапана и стенками отверстия подклапанного стакана от впускного тракта, на такте выхлопа подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения вместе с впускным клапаном навстречу поршню, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания, а в крайнем нижнем положении относительно верхней мертвой точки (ВМТ) поршня отделяет камеру сгорания от полости цилиндра, на такте всасывания при перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение относительно поршня, впускной клапан - с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение относительно поршня, а после завершения такта всасывания впускной клапан выполнен с возможностью закрытия при неизменном положении подклапанного стакана. This object is achieved in that the device for changing the working volume of the combustion chamber of an internal combustion engine comprises a cylinder, a piston, a cylinder head, in which there are placed inlet and outlet valves, at least one movable cylindrical valve valve installed in the hole of the valve valve of the cylinder head, a camshaft with a cam mechanism for driving the intake and exhaust valves and a drive mechanism for the under-valve cup, the under-valve cup on the inlet side of the engine path is provided with an opening for air or fuel-air mixture inlet, and on the piston side a valve seat, according to the invention, a sealing element is installed on the outside of the valve body, at least one guide rod is made on the side of the valve body opposite from the piston, the working stroke in the extreme upper position relative to the piston, the sub-valve cup with the inlet valve separates the combustion chamber formed by the piston bottom, the bottoms of the sub-valve cup and inlet the valve and the walls of the opening of the valve stem from the intake tract, at the exhaust stroke, the valve valve is arranged to move together with the intake valve towards the piston, displacing the exhaust gases from the combustion chamber, and in the extreme lower position relative to the top dead center (TDC) of the piston separates the combustion chamber from the cavity of the cylinder, on the suction stroke when moving the piston from TDC to the bottom dead center (BDC), the subvalve cup is made with the possibility of moving to the highest position relative to the piston nya, inlet valve - with the ability to move to the lowest position relative to the piston, and after completion of the suction stroke, the inlet valve is made with the possibility of closing at a constant position of the undervalve cup.

Подклапанный стакан может быть снабжен дополнительным седлом выхлопного клапана, дополнительным отверстием для соединения с выхлопным трактом двигателя и перегородкой между впускным и выхлопным клапанами. The sub-valve can be equipped with an additional exhaust valve seat, an additional hole for connection to the engine exhaust tract and a partition between the intake and exhaust valves.

Выхлопной клапан может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, совпадающем с движением поршня к ВМТ. The exhaust valve may be configured to open in a direction coinciding with the movement of the piston towards the TDC.

Выхлопной клапан может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, противоположном движению поршня к ВМТ, в этом случае в днище поршня может быть выполнена выемка для выхлопного клапана. The exhaust valve may be configured to open in a direction opposite to the movement of the piston toward the TDC, in which case a recess for the exhaust valve may be made in the piston crown.

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или в виде кулачков на распределительном валу. The drive mechanism of the valve can be made either hydraulic or in the form of cams on a camshaft.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показано устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем верхнем положении при рабочем такте;
на фиг. 2 - устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем нижнем положении во время такта выхлопа при открытом выхлопном клапане;
на фиг. 3 - устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем нижнем положении во время такта выхлопа при закрытом выхлопном клапане;
на фиг. 4 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с открытым впускным клапаном на такте всасывания и с выхлопным клапаном, который открывается на такте выхлопа в направлении, противоположном направлению движения поршня к ВМТ;
на фиг. 5 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с открытым впускным клапаном на такте всасывания и с выхлопным клапаном, который открывается на такте выхлопа в направлении, совпадающем с направлением движения поршня к ВМТ;
на фиг. 6 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом, имеющим седла для впускного и выхлопного клапанов.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows a device for changing the working volume of a combustion chamber with a valve valve in its highest position during a working cycle;
in FIG. 2 - a device for changing the working volume of the combustion chamber with a valve in the lowermost position during the exhaust stroke with the exhaust valve open;
in FIG. 3 - a device for changing the working volume of the combustion chamber with a valve in the lowest position during the exhaust stroke with the exhaust valve closed;
in FIG. 4 is an example of a device for changing the working volume of a combustion chamber with an open intake valve at the suction stroke and with an exhaust valve that opens at the exhaust stroke in the direction opposite to the direction of movement of the piston to TDC;
in FIG. 5 is an example of a device for changing the working volume of a combustion chamber with an open intake valve at the suction stroke and with an exhaust valve that opens at the exhaust stroke in the direction coinciding with the direction of movement of the piston to TDC;
in FIG. 6 is an example embodiment of a device for changing the working volume of a combustion chamber with a valve valve having seats for inlet and exhaust valves.

Устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны 4 и 5 соответственно, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан 6, установленный в отверстии подклапаного стакана головки 3 цилиндра. Имеются распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана (не показаны). Подклапанный стакан 6 со стороны впускного тракта 12 двигателя снабжен отверстием 8 для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом 7 для впускного клапана 4. На наружной стороне подклапанного стакана 6 установлен уплотняющий элемент 10, на противоположной от поршня 2 стороне подклапанного стакана 6 выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток 9. При рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11, образованную днищем поршня 2, днищами подклапанного стакана 6 и впускного клапана 4, а также стенками отверстия подклапанного стакана от впускного тракта 12. В этом случае камера сгорания 11 соединена с полостью 13 цилиндра. A device for changing the working volume of the combustion chamber of an internal combustion engine comprises a cylinder 1, a piston 2, a cylinder head 3, in which at least one movable cylindrical valve valve 6 is installed in the inlet and outlet valve cylinder 6, which is installed in the cylinder head valve hole 3 cylinders. There is a camshaft with a cam mechanism for driving the intake and exhaust valves and a drive mechanism for the sub-valve (not shown). The valve cup 6 on the inlet side of the engine 12 is provided with an opening 8 for air or air-fuel mixture intake, and on the piston side a seat 7 for the intake valve 4. A sealing element 10 is installed on the outside of the valve cup 6, the side of the valve cup opposite to the piston 2 6, at least one guide rod 9 is made. When the operating stroke is in the highest position relative to the piston 2, a valve valve 6 with an intake valve 4 separates the combustion chamber 11 formed by the piston head 2, d by the beggars of the undervalve cup 6 and the inlet valve 4, as well as the walls of the openings of the undervalve cup from the inlet duct 12. In this case, the combustion chamber 11 is connected to the cavity 13 of the cylinder.

Подклапанный стакан 6 может быть снабжен дополнительным седлом 7 для выхлопного клапана 5, дополнительным отверстием для соединения с выхлопным трактом двигателя и перегородкой 14 между впускным и выхлопным клапанами 4 и 5 с дополнительным уплотняющими элементами 16. The valve cup 6 may be provided with an additional seat 7 for the exhaust valve 5, an additional hole for connection with the exhaust tract of the engine and the baffle 14 between the inlet and exhaust valves 4 and 5 with additional sealing elements 16.

Выхлопной клапан 5 может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, совпадающем с движением поршня 2 к ВМТ (см. фиг.5). The exhaust valve 5 can be made with the possibility of opening in the direction coinciding with the movement of the piston 2 to TDC (see figure 5).

Выхлопной клапан 5 может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, противоположном движению поршня 2 к ВМТ, в этом случае в днище поршня может быть выполнена выемка 15 для выхлопного клапана (см. фиг.1-4). The exhaust valve 5 may be configured to open in a direction opposite to the movement of the piston 2 toward the TDC, in which case a recess 15 for the exhaust valve may be made in the piston bottom (see Figs. 1-4).

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или в виде кулачков на распределительном валу (не показаны). The drive mechanism of the valve can be made either hydraulic or in the form of cams on a camshaft (not shown).

Устройство для изменения объема камеры сгорания работает следующим образом. A device for changing the volume of the combustion chamber operates as follows.

Во время рабочего такта после сгорания топлива поршень 2 перемещается к НМТ. В это время подклапанный стакан 6 находится в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении и подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от впускного тракта 12. В этом случае камера сгорания 11 соединена с полостью 13 цилиндра. During the working cycle after fuel combustion, the piston 2 moves to the BDC. At this time, the valve valve 6 is in the highest position relative to the piston 2 and the valve valve 6 with the intake valve 4 separates the combustion chamber 11 from the intake duct 12. In this case, the combustion chamber 11 is connected to the cylinder cavity 13.

На такте выхлопа при открытом выхлопном клапане 5 подклапанный стакан 6 вместе с впускным клапаном 4 перемещается навстречу поршню 2, уменьшая паразитный (мертвый) объем камеры сгорания 11 и вытесняя из камеры сгорания отработавшие газы. Дойдя до крайнего нижнего положении относительно ВМТ поршня 2, подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от полости цилиндра 13, уменьшив паразитный (мертвый) объем камеры сгорания до нуля и полностью удалив при этом отработавшие газы из камеры сгорания 11 и полости цилиндра 13. После завершения такта выхлопа выхлопной клапан 5 закрывается. At the exhaust stroke, when the exhaust valve 5 is open, the subvalve cup 6 together with the intake valve 4 moves towards the piston 2, reducing the parasitic (dead) volume of the combustion chamber 11 and forcing the exhaust gases out of the combustion chamber. Having reached the lowest position relative to the TDC of the piston 2, a valve valve 6 with an intake valve 4 separates the combustion chamber 11 from the cylinder cavity 13, reducing the parasitic (dead) volume of the combustion chamber to zero and completely removing exhaust gases from the combustion chamber 11 and the cylinder cavity 13. After completion of the exhaust cycle, the exhaust valve 5 closes.

На такте всасывания, когда поршень 2 перемещается от ВМТ к НМТ, подклапанный стакан 6 перемещается в крайнее верхнее положение, а впускной клапан 4 - в крайнее нижнее положение относительно поршня 2. При открытом впускном клапане 4 происходит процесс всасывания воздуха или топливовоздушной смеси. После завершения такта всасывания, когда поршень 2 опускается в НМТ, впускной клапан 4 закрывается при неизменном положении подклапанного стакана 6 в крайнем верхнем положении. At the suction stroke, when the piston 2 moves from TDC to BDC, the sub-valve 6 moves to its highest position and the intake valve 4 moves to its lowest position relative to the piston 2. With the intake valve 4 open, the process of suction of air or air-fuel mixture occurs. After the suction stroke is completed, when the piston 2 is lowered into the BDC, the inlet valve 4 closes when the subvalve nozzle 6 remains at its highest position.

После завершения такта всасывания, когда подклапанный стакан 6 находится в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении и подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от впускного тракта 12, при перемещении поршня 2 от НМТ к ВМТ начинается такт сжатия рабочего заряда воздуха или топливовоздушной смеси. After the suction stroke is completed, when the sub-valve 6 is in the highest position relative to the piston 2 and the sub-valve 6 with the inlet valve 4 separates the combustion chamber 11 from the inlet 12, when the piston 2 moves from BDC to TDC, the compression cycle of the working air or fuel-air charge begins mixtures.

После окончания такта сжатия в камеру сгорания подается топливо или электрическая искра, происходит сгорание топлива и начинается рабочий такт. After the end of the compression stroke, fuel or an electric spark is supplied to the combustion chamber, fuel is burned and the working cycle begins.

Перемещение подклапанного стакана 6 может происходить под действием гидравлического приводного механизма, например, такого как в прототипе - а. с. СССР 1288319, или с помощью соответствующим образом спрофилированных кулачков, выполненных на распределительном валу и обеспечивающих перемещение подклапанного стакана 6 для устранения паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и очистки ее от отработавших газов и устанавливающих наиболее эффективный объем камеры сгорания для проведения рабочего процесса двигателя. The movement of the undervalve cup 6 can occur under the action of a hydraulic drive mechanism, for example, such as in the prototype - a. from. USSR 1288319, or with the help of appropriately profiled cams made on the camshaft and providing movement of the valve 6 to eliminate the parasitic (dead) volume of the combustion chamber and to clean it from exhaust gases and to establish the most effective volume of the combustion chamber for carrying out the engine workflow.

Claims

1. A device for changing the working volume of the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a cylinder, a piston, a cylinder head, in which the inlet and outlet valves are located, at least one movable cylindrical valve valve installed in the hole of the valve valve of the cylinder head, a camshaft with a cam mechanism for driving the intake and exhaust valves, and a drive mechanism for the sub-valve, the sub-valve on the inlet side of the engine having an opening air inlet or air-fuel mixture, and on the piston side a valve seat, characterized in that a sealing element is installed on the outside of the undervalve cup, at least one guide rod is made on the side of the undervalve cup opposite from the piston, and with a working stroke in the upper position relative to the piston, the subvalve cup with the inlet valve separates the combustion chamber formed by the piston bottom, the bottoms of the subvalve cup and inlet valve and the walls of the the pan glass from the inlet tract, at the exhaust stroke, the sub-valve glass is made with the possibility of moving together with the inlet valve towards the piston, displacing exhaust gases from the combustion chamber, and in the lowermost position relative to the top dead center (TDC) of the piston, separates the combustion chamber from the cylinder cavity, on the suction stroke when moving the piston from TDC to the bottom dead center (BDC), the subvalve cup is capable of moving to the highest position relative to the piston, the intake valve can move to the lowest position relative to the piston, and after completion of the suction stroke, the inlet valve is made with the possibility of closing at a constant position of the subvalve cup.

2. The device according to claim 1, characterized in that the subvalve cup is equipped with an additional seat for the exhaust valve, an additional hole for connection to the exhaust tract of the engine and the partition between the inlet and exhaust valves.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust valve is configured to open in the direction coinciding with the movement of the piston to TDC.

4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust valve is configured to open in the opposite direction to the movement of the piston to TDC.

5. The device according to claim 4, characterized in that a recess for the exhaust valve is made in the piston bottom.

6. The device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the actuating mechanism of the subvalve cup is made hydraulic.

7. The device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the actuating mechanism of the subvalve cup is made in the form of cams on a camshaft.