МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01L9/02 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Известно газораспределительное устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее клапан с механизмом привода, выполненным в виде связанного с клапаном подпружиненного поршня, размещенного в сервоцилиндре, надпоршневая полость которого соединена каналом с воздушным насосом.

В данном случае при открытии клапана необходимо преодолевать постоянное по величине усилие от действия пружины, что ведет к затрате дополнительной энергии со стороны привода клапана при его открытии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий перекрывающий вход в полость цилиндра двигателя клапан, соединенный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, надпоршневая полость которого соединена с системой подачи сжатого воздуха, а надпоршневая с источником избыточного давления, а также распределитель, выполненный в виде золотникового узла, кинетически связанного с валом двигателя. Здесь в качестве источника избыточного давления использована гидравлическая магистраль, соединенная надпоршневой полостью через распределитель.

На экономичность двигателя в данном случае отрицательно влияет потеря энергии, направленной на преодоление постоянного по величине усилия поджатия поршня клапана (пневматического) и традиционные недостатки гидравлических систем.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономичности работы механизма.

Поставленная задача решается за счет того, что в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащем перекрывающий вход в полость цилиндра двигателя клапан, соединенный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, подпоршневая полость которого соединена с системой подачи сжатого воздуха, а надпоршневая с источником избыточного давления, а также распределитель, выполненный в виде золотникового узла, кинематически связанного с валом двигателя, система подачи сжатого воздуха снабжена редукционным клапаном с блоком его управления, связана с подпоршневой полостью через золотниковый узел.

Кроме того, подпоршневая полость сервоцилиндра может быть соединена с полостью цилиндра двигателя через золотниковый узел.

В качестве источника избыточного давления для надпоршневой полости может быть использована или система турбонаддува двигателя, или упомянутая система подачи сжатого воздуха, соединенная с надпоршневой полостью через золотниковый узел. Надпоршневая полость может быть также соединена с полостью цилиндра двигателя через золотниковый узел.

Золотниковый узел осуществляет распределение сжатого воздуха из системы в полости сервоцилиндра в соответствии с тактом хода поршня цилиндра двигателя.

При этом сокращается энергия, идущая на привод клапана, так как отпадает необходимость преодоления постоянного по величине усиления действия возвратной пружины клапана как в указанном аналоге, или противодействия пневматического поджатия как в прототипе, при его открытии и возможно изменение усилия, действующего на поршень клапана при его закрытии в зависимости от режима работы двигателя.

Благодаря тому, что система подачи сжатого воздуха снабжена редукционным клапаном и блоком его управления, возможно, управляя давлением в зависимости от режима работы двигателя, изменять усилие, действующее на поршень клапана при его закрытии. Возможность изменения усилия, действующего на поршень клапана при закрытии, обеспечивает изменение момента закрытия клапана, являющееся впускным для полости цилиндра двигателя. Это позволяет закрывать клапан в тот момент, когда наполнение полости цилиндра двигателя свежим воздушным зарядом становится максимальным для данного режима работы двигателя.

Соединение подпоршневой полости сервоцилиндра с полостью цилиндра двигателя через золотниковый узел позволяет в такт выпуска отработанных газов из полости цилиндра двигателя перед открытием впускного клапана сжатым воздухом, поступающим из подпоршневой полости сервоцилиндра, продувать полость цилиндра двигателя от остаточных газов, что повышает ее наполнение свежим воздушным зарядом. Это позволяет повышать теплоотдачу сгораемой смеси и увеличивать давление на поршень двигателя, т.е. увеличивать мощность двигателя.

Соединение надпоршневой полости сервоцилиндра с полостью цилиндра двигателя также позволяет в момент закрытия клапана при ходе поршня вверх дозаряжать полость цилиндра двигателя воздухом, вытесняемым из надпоршневой полости сервоцилиндра.

На фиг.1 представлено схематичное изображение механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 представлен сервоцилиндр с поршнем, клапаном и встроенной золотниковой шайбой, продольный разрез по каналам, соединяющий подпоршневую полость с системой подачи сжатого воздуха и полость цилиндра двигателя; на фиг.3 то же, продольный разрез по каналам, соединяющим надпоршневую полость с системой подачи сжатого воздуха и полость цилиндра двигателя.

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит клапан 1, перекрывающий вход в полость 2 цилиндра 3 двигателя. Шток 4 клапана 1 снабжен поршнем 5, установленным в сервоцилиндре 6 с образованием подпоршневой полости 7 и надпоршневой полости 8. Под днищем 9 сервоцилиндра 6 выполнена полость, в которой размещена шайба 10 золотникового узла, кинематически связанная с валом (на чертеже не показан) двигателя. В шайбе выполнены отверстия, например 11, которые открывают или перекрывают каналы 12,13,14,15, связывающие полости 7 и 8 с полостью 2 цилиндра 3 двигателя и каналом 16 системы подачи сжатого воздуха, содержащей редукционный клапан 17, блок управления 18 и источник 19 сжатого воздуха.

Блок управления 18 редукционным клапаном 17 связан с блоком управления 20 двигателем.

Поршень 21 соединен с исполнительным механизмом 22, управляемым блоком управления 20 двигателем, что позволяет изменять объем надпоршневой полости 8.

Механизм работает следующим образом.

Перед тактом впуска клапан 1 закрыт, шайба 10 перекрывает связь полостей 7 и 8 с каналом 16 системы подачи сжатого воздуха и давление в полостях 7 и 8 равно. На клапан 1 действуют силы давления воздуха в полостях 7 и 8 сервоцилиндра 6, и перепад давлений на клапане 1, создаваемый давлением газа в полости 2 цилиндра 3 двигателя и давлением воздушного заряда на входе в цилиндр 3 двигателя. В закрытом положении клапан 1 удерживается давлением газов в полости 2 цилиндра 3 двигателя.

В процессе такта выпуска из полости 2 поршень 23 двигателя приближается к верхней мертвой точке (ВМТ). Шайба 10 поворачивается до совмещения одного из ее отверстий 11 с каналом 13, и сжатый воздух из подпоршневой полости 7 устремляется в полость 2 цилиндра 3 двигателя, вытесняя остаточные газы.

Под действием давления сжатого воздуха надпоршневой полости 8 поршень 5 перемещается вниз, открывая клапан 1.

Поршень 23 цилиндра двигателя перемещается от ВМТ к НМТ (нижняя мертвая точка). Полость 2 цилиндра 3 заполняется свежей порцией воздушного заряда.

Шайба 10 поворачивается и перекрывает канал 13, т.е. изолирует подпоршневую полость 7 от полости 2, в то же время соответствующее отверстие 11 в шайбе 10 совмещается с каналом 12, и подпоршневая полость 7 соединяется с каналом 16 системы подачи сжатого воздуха. Одновременно совмещается соответствующее отверстие 11 в шайбе 10 с каналом 14, и надпоршневая полость 8 соединяется с полостью 2 цилиндра 3 двигателя.

Под действием давления сжатого воздуха, подаваемого в подпоршневую полость 7 и падения давления в надпоршневой полости 8, поршень 5 устремляется вверх, закрывая клапан 1 и удерживая его в этом положении. При этом воздух, вытесняемый из надпоршневой полости 8, поступает в полость 2 цилиндра 3, дозаряжая его.

При дальнейшем повороте шайбы 10 перекрывается канал 15, соединяющий надпоршневую полость 8 с полостью 2 цилиндра 3.

Поршень 23 двигателя перемещается от НМТ к ВМТ и сжимает воздушный заряд в полости 2. Давление, создаваемое в полости 2, и давление, создаваемое в подпоршневой полости 7, удерживает клапан 1 в закрытом состоянии.

Шайба 10 поворачивается и сообщает надпоршневую полость 8 с каналом 16 системы подачи сжатого воздуха. Давление в полостях 7 и 8 выравнивается. Шайба 10 поворачивается и запирает полости 7 и 8. Клапан 1 удерживается в закрытом состоянии усилием, создаваемым давлением в полости 2 цилиндра 3.

Изменением давления сжатого воздуха с помощью блока управления 18 редукционным клапаном 17 в зависимости от режимов работы двигателя изменяется сила действия на поршень 5 клапана 1 и момент его закрытия. Это позволяет выдерживать наполнение полости 2 цилиндра 3 двигателя свежим воздушным зарядом, максимально возможным для данного режима работы двигателя.

В зависимости от режимов работы двигателя перемещением поршня 21 достигается изменение объема надпоршневой полости 8 и корректировка скорости перемещения поршня 5 клапана 1 при открытии последнего.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: поршень 5 клапана 1 размещен в сервоцилиндре 6 с образованием подпоршневой полости 7 и надпоршневой полости 8. Каждая полость через шайбу 10 золотникового узла может быть связана в зависимости от такта работы двигателя с каналом 16 системы подачи сжатого воздуха или с полостью 2 цилиндра двигателя. Давление сжатого воздуха в канале 16 регулируется редукционным клапаном 17 через блок управления 18. При соединении полости 7 с полостью 2 цилиндра двигателя осуществляется продувка камеры сгорания от остаточных газов, что повышает теплоотдачу в полости смеси и увеличивает мощность двигателя. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий клапан, перекрывающий вход в полость цилиндра двигателя и соединенный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, подпоршневая полость которого сообщена с системой подачи сжатого воздуха, а надпоршневая с источником избыточного давления, а также распределитель, выполненный в виде золотникового узла, кинематечески связанного с валом двигателя, отличающийся тем, что система подачи сжатого воздуха снабжена редукционным клапаном с блоком управления и сообщена с подпоршневой полостью через золотниковый узел. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что подпоршневая полость сервоцилиндра сообщена с полостью цилиндра двигателя через золотниковый узел. 3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника избыточного давления для надпоршневой полости использована система подачи сжатого воздуха, которая сообщена с полостью через золотниковый узел. 4. Механизм по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве источника избыточного давления для надпоршневой полости использована система турбонаддува двигателя, которая сообщена с полостью через золотниковый узел. 5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что надпоршневая полость сервоцилиндра сообщена с полостью цилиндра двигателя через золотниковый узел.