RU2496016C2

RU2496016C2 - Con-rod for automatic ice compression ratio control

Info

Publication number: RU2496016C2
Application number: RU2011154298/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Салмин; Владимир Владимирович Борсук; Вячеслав Анатольевич Нагорнов
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-10-20
Also published as: RU2011154298A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention can be used in internal combustion engines. Con-rod for automatic ICE compression ratio control comprises H-section rod with oil duct composed of two halves with top and bottom heads having two left and two right axes. Con-rod top and bottom halves are jointed together by ribbed flanges, bolts and springs that double as oil duct pressure drop compensators and con-rod half guides. con-rod bottom half has a cavity for forcing oil from ICE lubing system via channel and plunger screwed in at con-rod top half to perform a working stroke in con-rod bottom half cavity. Discharge valve is used to release overpressure in the cavity and to feed oil for lubing needle bearings fitted on top axles and inserted into gudgeon pin bosses.

EFFECT: better indicated performances.

1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции шатуна для автоматического регулирования степени сжатия в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение позволяет обеспечить автоматическое изменение степени сжатия в ДВС, а следовательно, улучшить топливную экономичность и мощностные показатели двигателей.The invention relates to engine building, in particular to the design of the connecting rod for automatically controlling the compression ratio in an internal combustion engine (ICE). The invention allows to automatically change the degree of compression in the internal combustion engine, and therefore, to improve fuel efficiency and engine performance.

Известна конструкция свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания (пат. RU 2018004 от 11.08.1994), содержащая по крайней мере два одинаковых рабочих цилиндра, каждый из которых содержит рабочий поршень, разделяющий объем цилиндра на герметичную рабочую камеру, в которой установлены элементы механизма газораспределения и элементы системы подачи топлива, и герметичную подпоршневую полость, заполненную рабочей жидкостью и соединенную герметичной соединительной магистралью с подпоршневой полостью другого рабочего цилиндра, а также преобразователь движения рабочей жидкости в механическую энергию, регулятор объема рабочей жидкости подпоршневых полостей цилиндров, камера изменяемого объема которого заполнена рабочей жидкостью и герметически присоединена к соединительной магистрали подпоршневых полостей.A known design of a free piston internal combustion engine (US Pat. RU 2018004 from 08/11/1994), containing at least two identical working cylinders, each of which contains a working piston dividing the cylinder volume into a sealed working chamber, in which elements of the gas distribution mechanism and elements of the system are installed fuel supply, and a sealed piston cavity filled with a working fluid and connected by a sealed connecting line with a piston cavity of another working cylinder, as well as An indicator of the movement of the working fluid into mechanical energy, a regulator of the volume of the working fluid of the piston cavities of the cylinders, the chamber of variable volume of which is filled with the working fluid and hermetically connected to the connecting line of the piston cavities.

Недостатком использованного конструкторского решения для регулирования степени сжатия является то, что данное решение на реальном ДВС не осуществимо по причине угара рабочей жидкости в камере сгорания и нереализованного узла герметизации подпоршневой полости и камеры сгорания.The disadvantage of the used design solution to control the compression ratio is that this solution on a real ICE is not feasible due to the loss of working fluid in the combustion chamber and the unrealized sealing unit of the under-piston cavity and the combustion chamber.

Данных недостатков лишена конструкция устройства к кривошипному механизму двигателя для точного регулирования его степени сжатия (пат. RU 2133846 от 27.07.1999), содержащая маховики и зубчатые венцы, расположенные в эксцентричных корпусах, размещенных внутри пустотелого кривошипного вала двигателя. Торсионные шестерни входят в зацепление с зубчатыми венцами. Маховики связаны между собой кривошипным валом. Регуляторный вал с помощью кривошипа шарнирно соединен с маховиком ленточной резьбой - с его эксцентричным корпусом, а посредством шлиц - с ведущей шестерней газораспределительного механизма. Регуляторный вал через упорный подшипник воздействует на передвижение поршня регулятора, а от поршня через рычажную систему - на срабатывающее устройство для ограничения подачи дроссельной заслонки. Одновременно поршнем регулятора сжимается спиральная нагрузочная пружина. Регулирование степени сжатия осуществляется давлением сжатого воздуха, который подается в надпоршневое пространство регулятора.These drawbacks are devoid of the design of the device to the crank mechanism of the engine for precise control of its compression ratio (Pat. RU 2133846 from 07.27.1999), containing flywheels and ring gears located in eccentric housings located inside the hollow crank shaft of the engine. Torsion gears mesh with gears. Flywheels are interconnected by a crank shaft. Using a crank, the regulator shaft is pivotally connected to the flywheel by a threaded thread - with its eccentric body, and by means of a slot - with the drive gear of the gas distribution mechanism. The regulator shaft through the thrust bearing acts on the movement of the regulator piston, and from the piston through the lever system - on the actuating device to limit the flow of the throttle. At the same time, the piston of the regulator compresses the spiral load spring. The degree of compression is controlled by the pressure of compressed air, which is supplied to the regulator's over-piston space.

Недостатком данной конструкции является использование сложной механической связи и сжатого воздуха в качестве регулирования степени сжатия, что приведет к низкой надежности и ремонтнопригодности узла регулирования.The disadvantage of this design is the use of complex mechanical coupling and compressed air as a regulation of the degree of compression, which will lead to low reliability and maintainability of the control unit.

Данных недостатков лишена конструкция способа управления поршневой машины с регулированием хода поршня (пат. RU 2121580 от 10.11.1998), содержащая шарнир сочлененного шатуна, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращение выходного вала, в сторону от оси цилиндра и возврата шарнира к оси цилиндра. Смещение шарнира сочлененного шатуна от оси цилиндра и возврат его к оси цилиндра происходят под действием рычага, одним концом воздействующего на шарнир, а другим концом, где расположена его ось качания, взаимодействующего с приводом.These shortcomings are deprived of the design of the control method of the piston machine with piston stroke control (US Pat. RU 2121580 dated 10.11.1998) containing a hinge of an articulated connecting rod that converts the reciprocating movement of the piston into rotation of the output shaft, away from the cylinder axis and the hinge returns to the cylinder axis . The hinge of the articulated connecting rod from the axis of the cylinder and its return to the axis of the cylinder occur under the action of the lever, one end acting on the hinge, and the other end, where its swing axis interacting with the drive is located.

Недостатком данного способа являются увеличенные массогабаритные размеры установки, что не позволяет использовать данный способ в классической конструкции ДВС.The disadvantage of this method is the increased overall dimensions of the installation, which does not allow the use of this method in the classic design of the internal combustion engine.

Известно устройство поршня для автоматического изменения степени сжатия (пат. RU 2101522 от 10.01.1998), содержащее поршень с корпусом, шарнирно связанный с головкой шатуна, и головку, кинематически связанную с корпусом с возможностью перемещения относительно него по ходу движения поршня. Кинематическая связь головки поршня с корпусом выполнена в виде промежуточной детали, установленной между корпусом и головкой поршня с возможностью поворота и связанной посредством механизма преобразования поступательного движения во вращательное и механизма вращательного движения в поступательное соответственно со стенками цилиндра и с головкой поршня. Механизм преобразования вращательного движения промежуточной детали в поступательное движение головки поршня выполнен в виде винтовой передачи, при этом угол винтовой линии данной передачи превышает угол трения, в связи с чем под влиянием сил движения промежуточной детали головка поршня перемещается относительно корпуса. Механизм преобразования поступательного движения корпуса во вращательное движение промежуточной детали имеет, по меньшей мере, одну винтовую канавку, выполненную на боковой поверхности цилиндра. В винтовой канавке расположен выступ, выполненный на промежуточной детали. Промежуточная деталь может иметь три подпружиненных выступа, взаимодействующих с соответствующими винтовыми канавками. Это конструкторское решение по техническому выполнению наиболее близко к предлагаемому изобретению. Однако это устройства имеет следующие недостатки: возрастание массы поршневого комплекта неминуемо приведет к увеличению сил инерции в цилиндропоршневой группе, что в свою очередь повлечет увеличение механических потерь.A piston device is known for automatically changing the compression ratio (US Pat. RU 2101522 dated 01/10/1998), comprising a piston with a housing pivotally connected to the connecting rod head and a head kinematically connected to the housing with the possibility of moving relative to it along the piston. The kinematic connection of the piston head with the housing is made in the form of an intermediate part mounted between the housing and the piston head and rotatably coupled by a translational to rotational movement mechanism and a rotational translational motion mechanism, respectively, with the cylinder walls and the piston head. The mechanism for converting the rotational motion of the intermediate part into the translational motion of the piston head is made in the form of a helical gear, while the angle of the helical line of this gear exceeds the friction angle, and therefore, under the influence of the forces of the intermediate part, the piston head moves relative to the housing. The mechanism for converting the translational motion of the housing into the rotational motion of the intermediate part has at least one helical groove made on the side surface of the cylinder. In the screw groove is a protrusion made on the intermediate part. The intermediate part may have three spring-loaded protrusions interacting with the corresponding helical grooves. This design solution for the technical implementation is closest to the proposed invention. However, this device has the following disadvantages: an increase in the mass of the piston set will inevitably lead to an increase in inertia in the piston-cylinder group, which in turn will lead to an increase in mechanical losses.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке конструкции шатуна, позволяющего автоматически регулировать степень сжатия в ДВС.The problem to which the invention is directed, is to develop the design of the connecting rod, which allows you to automatically adjust the compression ratio in the internal combustion engine.

Технический результат заключается в улучшении индикаторных и эффективных показателей двигателя внутреннего сгорания.The technical result is to improve the indicator and effective performance of the internal combustion engine.

Для достижения указанного технического результата предлагается следующая конструкция шатуна для автоматического регулирования степени сжатия ДВС. Шатун для автоматического регулирования степени сжатия ДВС (Фиг.1) содержит стержень двутаврового сечения с масляным каналом 1, состоящий из двух половин 2 и 3 с цельными, нижней и верхней, головками, имеющими по две левых 4 и 5 и две правых 6 и 7 оси.To achieve the specified technical result, the following design of the connecting rod for automatically controlling the compression ratio of the engine is proposed. The connecting rod for automatically adjusting the compression ratio of the internal combustion engine (FIG. 1) contains an I-section rod with an oil channel 1, consisting of two halves 2 and 3 with integral, lower and upper, heads having two left 4 and 5 and two right 6 and 7 axis.

Верхняя 2 и нижняя 3 половины шатуна соединены фланцами 8 и 9 с оребренной внешней поверхностью посредством болтовых соединений 10 и 11 и пружин 12 и 13, которые одновременно являются компенсаторами падения давления в масляном канале 1 и направляющими для верхней 2 и нижней 3 половин, в нижней из которых выполнена полость 14 для нагнетания масла из смазочной системы ДВС по каналу 1, через впускной клапан 15 и плунжер 16, который вкручен в верхней половине шатуна 2 и совершает рабочий ход в полости 14 нижней половины шатуна 3, при этом выпускной клапан 17 используется для сброса избыточного давления масла в полости 14 и подачи масла к игольчатым подшипникам, которые расположены на верхних осях 4 и 6 и впрессованы в бобышки поршня, по масляному каналу 1.The upper 2 and lower 3 connecting rod halves are connected by flanges 8 and 9 to the ribbed outer surface by means of bolted connections 10 and 11 and springs 12 and 13, which are simultaneously compensators for the pressure drop in the oil channel 1 and guides for the upper 2 and lower 3 halves, in the lower of which a cavity 14 is made for pumping oil from the internal combustion engine lubrication system through channel 1, through the inlet valve 15 and the plunger 16, which is screwed into the upper half of the connecting rod 2 and makes a working stroke in the cavity 14 of the lower half of the connecting rod 3, while the exhaust valve 17 is It is used to relieve excess oil pressure in cavity 14 and to supply oil to needle bearings, which are located on the upper axles 4 and 6 and are pressed into the piston bosses, through the oil channel 1.

Устройство работает следующим образом. Составной шатун для автоматического регулирования степени сжатия ДВС, представляющий собой стержень двутаврового сечения с масляным каналом 1, состоящий из двух половин 2 и 3 с цельными, нижней и верхней, головками, имеющие по две левых 4 и 5 и две правых 6 и 7 оси, совершая сложное плоскопараллельное движение при работе двигателя, через масляный канал 1 поступает масло под давлением, при котором открывается впускной канал 15, в полость 14, в которой совершает рабочий ход плунжер 16, тем самым увеличивая общую длину, по направляющим шатуна и увеличивает степень сжатия ДВС в камере сгорания, при этом выпускной клапан 17 используется для сброса избыточного давления масла в полости 14 и подачи масла к игольчатым подшипникам, которые расположены на верхних осях 4 и 6 и впрессованы в бобышки поршня, по масляному каналу 1.The device operates as follows. A composite connecting rod for automatically controlling the compression ratio of the internal combustion engine, which is an I-section rod with an oil channel 1, consisting of two halves 2 and 3 with integral, lower and upper, heads having two left 4 and 5 and two right 6 and 7 axes, making a complex plane-parallel motion when the engine is running, oil under pressure enters through the oil channel 1, at which the inlet channel 15 opens, into the cavity 14, in which the plunger 16 makes a working stroke, thereby increasing the total length along the connecting rod guides and increase the compression of the internal combustion engine in the combustion chamber, while the exhaust valve 17 is used to relieve excess oil pressure in the cavity 14 and supply oil to the needle bearings, which are located on the upper axles 4 and 6 and are pressed into the piston bosses, through the oil channel 1.

Claims

A connecting rod for automatically controlling the compression ratio of an internal combustion engine, comprising an I-section rod with an oil channel, consisting of two halves with integral lower and upper heads having two left and two right axles, characterized in that the upper and lower connecting rod halves are connected by flanges with a ribbed outer surface by means of bolted joints and springs, which at the same time are compensators for the pressure drop in the oil channel and guides for two halves, in the lower of which there is a cavity for pumping oil from the internal combustion engine lubrication system through the channel, through a plunger that is screwed into the upper half of the connecting rod and makes a working stroke in the cavity of the lower half of the connecting rod, while the exhaust valve is used to relieve excess pressure in the cavity and to supply oil for lubricating needle bearings located on the upper axles and are pressed into the piston bosses.