УСТРОЙСТВО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ КЛАПАНА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ТИПА Российский патент 1998 года по МПК F01L7/10 

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания поршневого типа, в частности к усовершенствованному узлу сферического вращающегося клапана, используемому в двигателе внутреннего сгорания с вращающимися клапанами для введения топливо-воздушной смеси в цилиндр и удаления выхлопных газов.

В двигателе внутреннего сгорания поршневого типа необходимо заряжать цилиндр топливо-воздушной смесью для такта сгорания и вентилировать или удалять выхлопные газы в такте выпуска каждого цилиндра двигателя. В обычном двигателе поршневого типа это происходит тысячи раз в минуту на цилиндр. В обычном двигателе внутреннего сгорания вращения кулачкового вала вынуждает подпружиненный клапан открываться, чтобы позволить топливной и воздушной смеси течь от карбюратора в цилиндр и камеру сгорания в течение такта выпуска. Этот кулачковый вал закрывает этот впускной клапан в течение такта сжатия и сгорания в цилиндре и тот же кулачковый вал открывает другой подпружиненный клапан, выпускной клапан, чтобы очистить цилиндр после завершения сжатия и сгорания. Эти выхлопные газы выходят из цилиндра и входят в выпускной трубопровод.

Технические средства, связанные с эффективной работой обычных двигателей внутреннего сгорания, имеющих подпружиненные клапаны, включают такие детали как пружины, шплинты, направляющие, оси коромысла и сами клапаны, которые обычно расположены в головке цилиндра так, что они нормально работают в вертикальном положении и открываются внутрь цилиндра для впуска или вентиляции или удалении газов.

Если скорость вращения двигателя увеличивается, клапаны открываются и закрываются более часто и привязка по времени и зазоры становятся критическими для того, чтобы предотвратить неумышленный контакт поршня с открытым клапаном, который может привести к серьезной поломке двигателя.

Что касается упомянутых выше технических средств и работы, то нормальной практикой является наличие для каждого цилиндра одного выпускного клапана и одного впускного клапана с соответствующими техническими средствами, однако, многие двигатели внутреннего сгорания теперь развиваются в направлении многоклапанных систем, имеющих каждая соответствующие технические средства, несколько кулачковых валов.

В стандартном двигателе внутреннего сгорания кулачковый вал вращает коленчатый вал посредством зубчатого ремня или цепи. Работа этого кулачкового вала и соответствующих клапанов, приводимых в движение кулачковым валом, представляет возможность для уменьшения эффективности двигателя из-за трения, связанного с работой различных элементов.

Заявитель разработал узел вращающегося клапана для использования в двигателях внутреннего сгорания: U.S. Patent 4,944,261; U/S/ Patent 4,953,527; U. S. Patent 4,989,588 и U.S. Patent 4,976,232. Сферический вращающийся клапан заявителя исключает большинство технических средств, связанных с обычным и стандартным устройством тарельчатого клапана, используемым в обычных автомобилях. Преимущества сферических вращающихся клапанов заявителя были изложены в предшествующих упомянутых патентах США.

Сферические вращающиеся клапаны заявителя не только уменьшают количество частей, требуемых для работы двигателя внутреннего сгорания, но сферические вращающиеся клапаны заявителя увеличивают эффективность и уменьшают выбросы.

Настоящая заявка направлена на создание усовершенствованного сферического вращающегося клапана для использования и устройством заявителя, которое позволяет во впускной клапан подавать топливо-воздушную смесь с двух сторон впускного клапана, чтобы улучшить продувку двигателя и зарядку цилиндра топливно-воздушной смесью, а также позволяет от выпускного клапана откачивать с двух сторон клапана, чтобы улучшить удаление отработанной смеси и одновременно уменьшить рабочую температуру выпускного вращающегося клапана для дальнейшего уменьшения вредных выбросов.

Задачей настоящего изобретения является получение нового и значительно усовершенствованного сферического вращающегося клапана для использования в узле вращающегося клапана для двигателя внутреннего сгорания.

Другой задачей настоящего изобретения является получение нового и значительно усовершенствованного сферического вращающегося клапана, который позволяет во впускной клапан подавать топливную и воздушную смесь одновременно с двух сторон клапана.

Другой задачей настоящего изобретения является получение нового и значительно усовершенствованного сферического вращающегося клапана для использования в узле вращающегося клапана для двигателя внутреннего сгорания, в котором от выпускного клапана отводят с двух сторон клапана, чтобы улучшить удаление отработанных газов из цилиндра и поддерживать температуру выпускного клапана на более низком уровне.

Дальнейшей задачей настоящего изобретения является получение нового и значительно усовершенствованного сферического вращающегося клапана для использования в узле вращающегося клапана двигателя внутреннего сгорания, у которого вес усовершенствованного вращающегося клапана снижен.

Дальнейшей задачей настоящего изобретения является получение нового и значительно усовершенствованного сферического вращающегося клапана для использования в узле вращающегося клапана двигателя внутреннего сгорания, в котором внутренний перепускной проход сферического вращающегося клапана улучшает впуск топливно-воздушной смеси в цилиндр и улучшает удаление отработанных газов из цилиндра.

Усовершенствованный сферический вращающийся клапан для использования в двигателе внутреннего сгорания с усовершенствованными средствами уплотнения, который позволяет впускать топливо-воздушную смесь в цилиндр с обеих боковых сторон впускного сферического вращающегося клапана и позволяет удалять отработанные газы из цилиндра с обеих боковых сторон выпускного сферического вращающегося клапана, причем выпускной сферический вращающийся клапан имеет способность обеспечить дополнительный импульс потоку выхлопных газов к выпускному трубопроводу.

Задачи изобретения, а также другие преимущества станут очевидными после рассмотрения следующих чертежей.

На фиг. 1 представлен вид сбоку на усовершенствованный впускной сферический вращающийся клапан; на фиг. 2 - вид с торца на усовершенствованный впускной сферический вращающийся клапан; на фиг. 3 перспективный вид усовершенствованного впускного сферического вращающегося клапана; на фиг. 4 - вид сбоку на усовершенствованный выпускной сферический вращающийся клапан; на фиг. 5 - вид с торца на усовершенствованный выпускной сферический вращающийся клапан; на фиг. 6 - перспективный вид усовершенствованного выпускного сферического вращающегося клапана; на фиг. 7 - вид сверху на узел 4-х цилиндровой разъемной головки, иллюстрирующий способ, которым впускные сферические вращающиеся клапаны снабжают топливо-воздушной смесью, и способ, которым от выпускных сферических вращающихся клапанов отводят выхлопные газы; на фиг. 8 - вид бокового поперечного сечения узла головки цилиндров, иллюстрирующий взаимное расположение впускного и выпускного сферического вращающегося клапана; на фиг. 9 - перспективный вид узла головки цилиндров, иллюстрирующий взаимное расположение впускного и выпускного сферического вращающегося клапана; на фиг. 10 от a до d - вид сбоку на выпускной вращающийся клапан, последовательно иллюстрирующий способ, которым выхлопные газы удаляют из цилиндра; на фиг. 11 - вид сбоку разработанных уплотнительных средств для усовершенствованного сферического вращающегося клапана; на фиг. 12 - перспективный вид разобранных уплотнительных средств.

Рассмотрим фиг. 1, 2 и 3, где представлены вид сбоку, вид с торца и перспективный вид впускного сферического барабана, который является предметом настоящего изобретения. Впускной сферический барабан 10 определен сферической частью, сформированной двумя параллельными боковыми стенками 14 и 16, расположенными около центра сферы, таким образом, образуя сферическую круговую торцевую стенку 12. Боковые стенки 14 и 16, соответственно, имеют взаимосвязанные, направленные внутрь от них, кольцевые полости тороидальной формы 18 и 20. Кольцевые тороидальной формы полости 18 и 20 разделены внутри впускного сферического барабана 10 разделительной стенкой 22, расположенной внутри впускного сферического барабана 10 на равном расстоянии от круглых боковых стенок 14 и 16.

В центре разделительной стенки 22 сквозь нее расположен элемент 24 для установки вала, длина которого совпадает с шириной сферической торцевой стенки 12. Центральный элемент 24 для установки вала имеет расположенное в нем сквозное осевое отверстие 26. Центральный элемент 24 для установки вала и осевое сквозное отверстие 26 обеспечивают средства для установки впускного сферического барабана 10 на расположенном в центре валу 28 (не показан), чтобы обеспечить для впускного сферического барабана 10 размещение с возможностью вращаться для введения топливной и воздушной смеси а автомобильный двигатель, как будет описано далее. Сферическая периферийная торцевая стенка 12 имеет расположенный в ее поверхности проем 30 для сообщения с кольцевыми тороидальной формы полостями 18 и 20. В разделительной стенке 22 есть проход сквозь нее для сообщения между кольцевыми тороидальной формы полостями 18 и 20.

Этот проход 32 расположен в разделительной стенке 22 рядом с проемом 30 в сферической круговой торцевой стенке 12.

При такой конфигурации обе кольцевые тороидальной формы полости 18 и 20 будут сообщаться с источником топливно-воздушной смеси из впускного трубопровода для подачи в цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Во впускной сферический барабан 10 можно таким образом подавать топливно-воздушную смесь с двух сторон барабана.

Проем 30 в сферической торцевой стенке 12 будет сообщаться с входным отверстием цилиндра двигателя внутреннего сгорания в результате вращения впускного сферического барабана 10 на валу 28. Впускной проем будет позволять топливно-воздушный смеси или воздушной смеси, в случае двигателя с впрыском топлива, проходить из тороидальной формы полостей 18 и 20 через проем 30 в цилиндр.

Дальнейшее вращение сферического впускного барабана 10 будет смещать впускной проем 30 от входа в цилиндр, а сферическая круговая торцевая стенка 12 впускного сферического барабана 10 приведет к уплотнению с входом в цилиндр, прерывая таким образом поток топливно-воздушной смеси в цилиндр. Топливно-воздушная смесь или воздушная смесь будут продолжать течь из впускного трубопровода в кольцевые тороидальной формы полости 18 и 20 впускного сферического барабана 10 для введения в цилиндр на следующем обороте сферического впускного барабана 10, когда впускной проем 30 опять станет совмещенным с входом в камеру.

Рассматривая фиг. 4, 5 и 6, где представлены вид сбоку, вид с торца и перспективный вид выпускного сферического барабана 40, который является предметом настоящего изобретения. Выпускной сферический барабан 40 определен сферической частью, сформированной двумя (2) параллельными боковыми сторонами 44 и 46, расположенными около центра сферы, таким способом образуя сферическую круговую торцевую стенку 42. Боковые стенки 44 и 46, соответственно, имеют взаимосвязанные направленные внутрь полости 48 и 50. Полости 48 и 50 разделены внутри выпускного сферического барабана 40 разделительной стенкой 52, расположенной внутри выпускного сферического барабана 40.

В центре разделительной стенки 52 сквозь нее расположен элемент 54 для установки вала, длина которого совпадает с шириной сферической торцевой стенки 42. Центральный элемент 24 для установки вала имеет расположенное в нем сквозное осевое отверстие 56. Центральный элемент 54 для установки вала и осевое сквозное отверстие 56 обеспечивают средства для установки выпускного сферического барабана 40 на центрально расположенном валу 28 (не показан), чтобы обеспечить для выпускного сферического барабана 40 размещение с возможностью вращаться для удаления отработанных газов из автомобильного цилиндра, как будет описано здесь далее.

Сферическая торцевая стенка 42 имеет расположенный на ее поверхности проем 60 для сообщения с полостями 48 и 50. В разделительной стенке 52 есть проход сквозь нее для сообщения полостей 48 и 50. Этот проход 62 расположен в разделительной стенке 52 рядом с проемом 60 в сферической круговой торцевой стенке 42.

При такой конфигурации обе полости 48 и 50 будут сообщаться с выпускным трубопроводом для удаления отработанных газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Выпускной сферический барабан 40 может таким образом удалять отработанные газы из цилиндра, используя обе стороны барабана.

Проем 60 в сферической торцевой стенке 42 во время работы будет сообщаться с выпускным отверстием в цилиндре двигателя внутреннего сгорания в результате вращения выпускного сферического барабана 40 на валу 28. Выпускной проем будет позволять отработанным газам из цилиндра через проем 60 и оттуда через полости 48 и 50 в выпускной трубопровод.

Дальнейшее вращение выпускного сферического барабана 40 будет смещать выпускной проем от выхода цилиндра, а сферическая торцевая стенка 42 выпускного сферического барабана 40 приведет к уплотнению с выходом из цилиндра, прерывая таким образом отвод отработанных газов из цилиндра. С выпускным сферическим барабаном 40 в закрытом или прерванном положении в цилиндре будут проходить такты впуска, сжатия и рабочий, а затем вращение выпускного сферического барабана 40 приведет проем 50 в контакт с выпускным отверстием цилиндра, так чтобы позволить удалить отработанные газы из цилиндра в течение такта выпуска через выходное отверстие цилиндра, через проем 60 и оттуда вдоль полостей 48 и 50 в выпускной трубопровод.

В предпочтительном варианте полости 48 и 50 должны быть переменной глубины от круговых боковых стенок 44 и 46 до разделительной стенки 52, чтобы способствовать удалению выхлопных газов. Разделительная стенка 52 должна устанавливать максимальную глубину полостей 48 и 50 непосредственно рядом с краем проема 60, который при вращении должен первым совмещаться с выпускным отверстием цилиндра. Глубина полостей 48 и 50 должна уменьшаться так, чтобы в полостях 48 и 50 сформировались заглушки 49 и 51 по соседству с противоположным краем проема 60. Этот противоположный край проема 60 является той частью, которая последней сообщается с выходным отверстием цилиндра во время оборота. Наклон внутри полостей 48 и 50 может быть образован непрерывной спиралью или наклоном вверх непосредственно до заглушек 49 и 51. Целью этого является обеспечение толкающего действия, чтобы способствовать быстрому удалению выхлопных газов в трубопровод. Должно быть понятно, что выпускной клапан должен также функционировать с полостями 48 и 50 постоянной глубины. Заглушки 49 и 51 являются предпочтительным вариантом, чтобы придать дополнительный толчок выхлопным газам.

Задачей сферического вращающегося клапана является устранение необходимости в клапанах с толкателями и сопутствующих им технических средств и обеспечение средств для заполнения цилиндра перед его рабочим тактом и продувки цилиндра в течение его такта выпуска. Как будет более очевидно впоследствии из рассмотрения фиг.7, впускной сферический барабан 10 и, в частности полости 18 и 20 находятся в постоянном сообщении с входящей топливно-воздушной смесью из впускного канала 114 от карбюратора и эта топливно-воздушная смесь в полостях 18 и 20 вводится в цилиндр, когда впускной проем 30 входит во вращательное совмещение с впускным отверстием в нижней половине головки цилиндра, как описано далее. Когда впускной проем 30 не совмещен с впускным отверстием цилиндра изогнутая круговая периферия торцевой стенки 12 служит для уплотнения входного отверстия цилиндра. Что касается такта выпуска из цилиндра, изогнутая круговая периферия торцевой стенки 42 выпускного сферического барабана 40 поддерживает уплотнение выпускного отверстия из цилиндра пока выпускной проем 60 на изогнутой круговой периферии выпускного сферического барабана 40 войдет во вращательное совмещение с выходным отверстием цилиндра, расположенного в нижней половине головки цилиндра. Выпускной ход поршня затем заставляет газы выходить через выходное отверстие в полости 48 и 50 выпускного сферического барабана 40 и через них в выпускной трубопровод 120. Имеющие опыт в этой технике признают, что размещение впускного проема 30 на выпускном сферическом барабане 10 и выпускного проема 60 на выпускном сферическом барабане 40 выполнено с учетом рабочего и выпускного такта поршня внутри цилиндра и требований по согласованию фаз двигателя.

Обратимся к фиг. 8, где показан вид бокового поперечного сечения цилиндра и головки цилиндра с внутренним поршнем в сочетании с впускным сферическим барабаном 107. Цилиндр, поршень и блок подобны тем, что имеются в обычном двигателе внутреннего сгорания. Здесь показан блок двигателя 100, имеющий расположенную внутри полость цилиндра 102 с установленным там внутри полости цилиндра 102 и поршнем 104 возвратно-поступательного движения, который укреплен на коленчатом валу 103 и который совершает возвратно-поступательные хода внутри полости цилиндра 102. Сама полость цилиндра окружена множеством перепускных проходов 106, спроектированных чтобы обеспечить проход через них охлаждающей жидкости для поддержания температуры двигателя. Как признают имеющие опыт в технике, когда головка удалена с двигателя внутреннего сгорания, можно увидеть полость цилиндра и поршень, закрытый в ней. Головка двигателя согласно изобретению заявителя является разъемной головкой, составленной из нижней секции 110, которая прикреплена к блоку двигателя 100 и содержит впускное отверстие 108 для цилиндра 102. Впускное отверстие 108 расположено в полусферической, вмещающей барабан полости 107, определенной внутренними частями двух параллельных плоскостей, чтобы обеспечить размещение впускного сферического барабана 10. Верхняя половина 112 разъемной головки также содержит полусферическую, вмещающую барабан полость 113, определенную внутренними частями двух параллельных плоскостей, чтобы образовать полость для приема верхней половины впускного барабана 10. Когда верхняя половина 112 и нижняя половина 110 головки прикреплены к блоку двигателя стандартными болтами, впускной сферический барабан 10 с возможностью вращаться заключен внутри полости, определенной двумя половинами разъемной головки.

В верхнем и нижнем узлах разъемной головки 112 и 110 сформирована полость в согласованном положении со сторонами 14 и 16 и, следовательно, с полостями 18 и 20 во впускном сферическом барабане 10. Эти полости 115 и 117 находятся в сообщении с впускным трубопроводом и входным каналом 114, чтобы позволить топливно-воздушной смеси течь в полости 18 и 20 впускного сферического барабана 10. Таким образом впускной сферический барабан 10 находится в постоянном сообщении с источником топливно-воздушной смеси, которую подают в полости 18 и 20 так, что когда впускной проем 30 на круговой торцевой периферии стенки 12 впускного сферического барабана 10 входит в положение, совмещенное с входным отверстием в цилиндр, топливно-воздушная смесь размещена для введения в цилиндр. Это устройство лучше всего проиллюстрировано на фиг. 7.

Уплотняющий механизм 116, как описано здесь далее, размещен вокруг входного отверстия 108 в полость цилиндра 102, чтобы обеспечить эффективное уплотнение в течение чередующихся положений впускного сферического барабана 10. Уплотняющий механизм 116 обеспечивает эффективное уплотнение с круговой периферией торцевой стенки 12 впускного сферического барабана 10.

В этой конфигурации полости 18 и 20 впускного сферического барабана 10 непрерывно заряжены топливно-воздушной смесью через входной канал 114. Эта топливно-воздушная смесь не вводится в полость цилиндра 102 пока впускной проем 30 не войдет в положение совмещенное с входным отверстием 108 в цилиндр 102. Уплотняющий механизм 116 взаимодействует с изогнутой круговой периферией 12 впускного сферического барабана 10, чтобы обеспечивать эффективное непроницаемое для газа уплотнение и гарантировать проход топливно-воздушной смеси из полостей 18 и 20 через входное отверстие 108 и в полость цилиндра 102. При нормальной работе это введение происходит с движением поршня 104 вниз в течение такта впуска, таким образом заряжая цилиндр топливно-воздушной смесью. Как только впускной проем 30 закрыт так, что он далее не совмещен с входным отверстием 108 в цилиндр, изогнутая сферическая круговая периферия 12 впускного сферического барабана 10 уплотнит входное отверстие во взаимодействии с уплотнением 116 для подготовки к рабочему такту поршня 104 и воспламенению топливно-воздушной смеси. Вращение впускного сферического барабана 10 выполняется посредством вала 28, на который впускной сферический барабан 10 установлен. Вал 28 совместно с цепью привода распределительного вала или другим подобным устройством и коленчатым валом, к которому присоединены поршни 104, обеспечивают соответствующую привязку по времени открытия и закрытия входного отверстия 108 путем совмещения с впускным проемом 30 на впускном сферическом барабане 10.

Выпускной сферический барабан 40 расположен в том же блоке двигателя 100, имеющем полость цилиндра 102, расположенную внутри его, с поршнем 104 возвратно-поступательного движения внутри полости цилиндра 102. Нижняя и верхняя головки 110 и 112 прикреплены к блоку двигателя 100. Выпускной сферический барабан 40 расположен с возможностью вращаться внутри нижней половины и верхней половины 110 и 112 разъемной головки во вмещающей барабан полости 107 и 113 подобно впускную сферическому барабану и верхней половины 110 и 112 разъемной головки во вмещающей барабан полости 107 и 113 подобно впускному сферическому барабану 10. Выпускной сферический барабан 40 сообщается с выпускным отверстием 109 для полости цилиндра 102.

Перед режимом выпуска поршень 104 завершил свой рабочий ход, сжимая и воспламеняя топливно-воздушную смесь внутри цилиндра. Этот рабочий ход выполнен, когда изогнутая сферическая круговая периферия впускного сферического барабана 10 и выпускного сферического барабана 40 обеспечивала требуемое уплотнение закрытие соответствующего отверстия 108 и выпускного отверстия 109. Воспламенение топливно-воздушной смеси служит для приведения поршня 104 в движение вниз внутри полости цилиндра 102 и оттуда поршень 104 начинает свой подъем в такте выпуска. Выпускной сферический барабан 40, вращающийся на валу 58 и связанный по времени с коленчатым валом, поворачивается, чтобы привести проем 60 на сферической периферии выпускного барабана 40 в сообщение с выпускным каналом 109. В этой конфигурации образуется перепускной канал через выпускной сферический барабан 40 от выпускного отверстия 109 в верхней части головки цилиндра с отработанными газами, вытекающими из цилиндра через выпускное отверстие 109, через проем 60 в полости 48 и 50. Оттуда в выпускной канал 120 через камеры 121 и 123 на противоположных сторонах выпускного клапана 40, которые выходят в выпускной трубопровод и окружающую атмосферу (см. фиг.7). Начальное открытие выпускного сферического барабана вводит отработанные газы в полости 48 и 50 в точке, где их глубина наибольшая. Как было объяснено ранее, полости 48 и 50 постепенно уменьшаются по высоте пока заглушающие стенки 49 и 51 образуют уплотнение. Эта конструкция служит для удаления выхлопных газов через сферический выпускной барабан 40, чтобы сократить продолжительность опорожнения полости цилиндра 102. После завершения опорожнения полости цилиндра 102 круговая периферия торцевой стенки 42 выпускного сферического барабана 40 опять контактирует со средствами уплотнения 116, подобными тем, что у впускного сферического барабана 10, чтобы сформировать уплотнение соответствующего выпускного отверстия 109, пока наступит следующий такт выпуска поршня 104 внутри полости цилиндра 102.

На фиг. 9 представлен перспективный вид спаренных впускного сферического барабана 10 и выпускного сферического барабана 40, размещенных в нижней секции 110 разъемной головки по отношению к одному из цилиндров. Имеющий опыт в технике должен признать, что если используются двигатели типа Y-6 или Y-8 или Y-12 или аналогичные, то каждая группа цилиндров будет иметь подобным образом размещенный узел сферических вращающихся клапанов, связанный с ней. Другим вариантом изобретения могло бы быть обеспечение, чтобы впускной сферический барабан 10 и выпускной сферический барабан 40 были размещены на едином валу, если размер двигателя таков, что двойная подача впускного клапана и двойной отвод выпускного клапана могли бы быть выполнены без нарушения структурной целостности двигателя.

Вал 28 и вращающиеся сферические барабаны 10 и 40 поддерживают в разъемной головке множество опорных поверхностей 130. Сферические барабаны 10 и 40 обработаны на станке так же, как полости, вмещающие барабаны, 107 и 113 с доступным отклонением между сферическими барабанами и полостями приблизительно 1/1000 дюйма (0,0254 мм). Когда вал 28 с узлом сферического барабана размешен внутри разъемной головки, вал 28 контактирует с опорными поверхностями 130, а сферические барабаны 10 и 40, соответственно, находятся в контакте только с уплотняющими средствами 116, варианты которых описаны здесь далее.

Фиг. 10a, b, c и d иллюстрируют способ, которым выхлопные газы удаляют из цилиндра через выпускной барабан 40 и оттуда в выпускной трубопровод. Фиг. 10 иллюстрирует способ, которым газовый поток выходит из цилиндра 102 через выходное отверстие 109 и через проем 60 на сферическую периферию выпускного барабана 40, входя таким образом в полости 48 и 50 выпускного барабана 40. Отработанные газы затем выходят из полостей 48 и 50 через выпускные камеры 121 и 123 соответственно (см. фиг. 7). Этим выхлопным газом придан последний импульс посредством заглушек 49 и 51 непосредственно перед тем, как процесс выпуска начнется снова после совмещения проема 60 с выходным отверстием N 109.

На фиг. 11 представлен вид сбоку на разобранные средства уплотнения 116, а на фиг. 12 перспективный вид разобранных средств уплотнения 116. Описание средств уплотнения 116 сделано здесь по отношению к вращающемуся впускному клапану 10, но средства уплотнения 116 одинаковы по конструкции и выполняют те же цели и функции по отношению к вращающемуся выпускному клапану 40.

Средства уплотнения 116 составлены из двух главных деталей. Нижнему приемному кольцу 140 придана форма, позволяющая разместить его внутри кольцевой канавки 138 в нижней половине разъемной головки и расположенной по окружности вокруг отверстия 108. Внутренняя круговая стенка 144 и наружная круговая стенка 142 скреплены плоским кольцевым основанием 148, образуя кольцевую канавку 150 для приемки верхнего кольца 152 уплотнения клапана.

В верхнем кольце 152 уплотнения клапана есть расположенное в центре отверстие 154 соосное с отверстием 146 и нижней приемной деталью 140. В наружной стенке 153 верхнего уплотнения клапана 152 от верхней поверхности 156 до нижней поверхности 158 сделан внутри уступ, чтобы образовать кольцевую канавку 160 для размещения струйного кольца 162. Верхняя деталь 152 уплотнения спроектирована так, чтобы плотно входить внутрь кольцевой канавки 150 в нижней приемной детали 140 уплотнения клапана.

Верхняя поверхность 156 верхнего кольца 152 уплотнения клапана вогнута внутрь по направлению к центру отверстия 154, причем в верхней поверхности есть кольцевая выемка 104 для размещения углеродного вкладного антифрикционного кольца 166.

Углеродное вкладное актифрикционное кольцо 166 выступает над верхней поверхностью 156 верхнего кольца 152 уплотнения клапана и входит в контакт со сферической периферийной поверхностью вращающегося впускного клапана 10. Кривизна верхней поверхности 156 такова, что она соответствует кривизне периферии впускного вращающегося клапана 106 поэтому углеродное антифрикционное кольцо 116 находится в плотном контакте с периферийной поверхностью вращающегося впускного клапана 10.

Контакт между углеродным вкладным антифрикционным кольцом 166 и периферийной поверхностью вращающегося впускного клапана 10 поддерживают кольцевые конические пружины 170, расположенные в кольцевой приемной канавке 150 ниже верхнего кольца 152 уплотнения клапана. Усилие, которое поддерживается в направлении вверх на верхнее кольцо 152 уплотнения клапана, находится в пределах от 1 до 4 унций (от 28 до 112 грамм). Это усилие может быть создано или одной конической пружиной, установленной в кольцевой приемной канавке 150, или множеством кольцевых конических пружин.

Верхнее кольцо 152 уплотнение клапана имеет расположенные вокруг кольцевых канавок 160 струйные кольца 162, которые функционируют подобно поршневым кольцам, связанным с поршнем. Струйное кольцо 162 служит для обеспечения дополнительного уплотняющего контакта между уплотнением клапана 116 и периферической поверхностью вращающегося впускного клапана N 10 и вращающегося выпускного клапана в течение тактов сжатия и рабочего. Увеличенное давление газа внутри цилиндра и внутри кольцевой канавки 150 увеличивает давление под струйным кольцом 162, которое образует уплотнение с наружной круговой стенкой 142, предотвращая утечку газов и даже обеспечивая направленное вверх усилие на верхнее кольцо 152 уплотнения клапана, таким образом создавая более хороший контакт между углеродным вкладным кольцом 164 и периферийное поверхностью вращающегося впускного клапана 10. Такое же взаимодействие будет происходить с уплотнением клапана, связанным с вращающимся выпускным клапаном 40. В течение тактов впуска и выпуска углеродное вкладное кольцо 64 будет поддерживаться в контакте с вращающимся выпускным клапаном посредством конических пружин, размещенных в кольцевой канавке 150.

В течение такта сгорания или рабочего такта давление вверх передается верхнему кольцу 152 уплотнения клапана посредством сжатия газов в цилиндре и входном отверстии 102 через проход 163 между верхним кольцом уплотнения клапана 152 и нижним приемным кольцом 140 так, что газы могут расширяться внутри кольцевой приемной канавки 150 ниже верхнего кольца уплотнения клапана 152, но развернуты от утечки при помощи струйного кольца 160, находящегося в контакте с наружной круговой стенкой 142 нижнего приемного кольца 140. Это обеспечивает дополнительное давление совместно с конической пружиной 170 для создания контакта между углеродным вкладышем 166 и периферийной поверхностью клапана.

Конфигурация средств уплотнения 116 обеспечивает надежное уплотнение с вращающимся впускным и вращающимся выпускным клапанами и фактически является единственным контактом с впускным вращающимся клапаном и выпускным вращающимся клапаном в течение их вращения внутри вмещающих барабан полостей. Это значительно уменьшает количество механических частей в двигателе и поэтому уменьшает трение, преодолеваемое при работе двигателя.

Хотя настоящее изобретение было описано на примере представленных вариантов, должно быть понятно, что много модификаций могут быть очевидны для имеющего опыт в технике, и заявка направлена на то, чтобы охватить любые ее усовершенствования или изменения. Поэтому, очевидно, имеется в виду, что это изобретение ограничено только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Узел вращающегося клапана предназначен для использования в качестве механизма газораспределения ДВС и позволяют повысить качество и эффективность наполнения цилиндров топливовоздушной смесью. Узел расположен внутри разъемной головки цилиндров, состоящей из верхней и нижней секций, таких, что после соединения они образуют полости для вращаемого вала с установленными на нем впускным и выпускным барабанами для каждого цилиндра. В нижней половине разъемной годовки имеются входное и выходное отверстия, сообщающиеся с каждым цилиндром, а в головке цилиндров выполнены впускной и выпускной каналы, сообщающиеся с полостями барабанов в разъемной головке цилиндров. Имеются также резервуарные полости, размещенные рядом с впускным и выпускным барабанами. Во впускной барабан подают с обеих его сторон топливно-воздушную смесь, а от обеих сторон выпускного барабана осуществляют удаление выхлопных газов из цилиндра. Впускной барабан и выпускной вращаются внутри полостей и уплотняют их при помощи кольцевых уплотнителей, расположенных вокруг входного отверстия и выходного отверстия в нижней секции разъемной головки. 18 з.п.ф-лы, 12 ил.

1. Устройство вращающегося клапана для использования в двигателе внутреннего сгорания поршневого типа, содержащее съемную головку цилиндров из двух частей, присоединяемую к двигателю внутреннего сгорания, состоящую из верхней и нижней секций головки цилиндров, причем верхняя и нижняя секции головки цилиндров после присоединения к двигателю внутреннего сгорания образуют две полости, выровненные вдоль радиуса с цилиндром двигателя внутреннего сгорания, полости образуют множество первых вмещающих барабан полостей для установки выровненных вдоль радиуса вращающихся впускных клапанов, вторые выровненные вдоль радиуса полости образуют множество вторых вмещающих барабан полостей для установки множества выровненных вдоль радиуса выпускных клапанов, нижняя секция головки цилиндров и множество первых вмещающих барабан полостей имеют входное отверстие, сообщающееся с цилиндром, а нижняя секция головки цилиндров и вторые вмещающие барабан полости имеют выходное отверстие, сообщающееся с цилиндром, средства уплотнения, связанные с входным и выходным отверстиями, первый проход для введения топливно-воздушной смеси в головку цилиндров при помощи резервуарной полости, смежной с двумя сторонами первой вмещающей барабан полости, и вращающегося впускного клапана и второго прохода для удаления выхлопных газов из цилиндра при помощи выпускной полости, смежной с двумя сторонами второй вращающей барабан полости, и вращающегося выпускного клапана, первый вал, установленный на опорные поверхности в первой полости, выровненной вдоль радиуса цилиндров двигателя внутреннего сгорания, причем на первом валу смонтирован вращающийся впускной клапан, второй вал, установленный на опорные поверхности второй выровненной вдоль радиуса полости, причем на втором валу размещено множество вращающихся выпускных клапанов, вращающийся впускной клапан и вращающийся выпускной клапан, каждый из которых имеет сферическую часть, определенную двумя параллельными плоскостями сферы, причем упомянутые плоскости расположены симметрично относительно центра сферы, определяя сферическую периферию и плоские боковые стенки, вращающиеся впускные клапаны смонтированы на первом валу в множестве вмещающих барабан полостей в газонепроницаемом уплотняющем контакте с входным отверстием, каждый из вращающихся выпускных клапанов смонтирован на втором валу и множестве вмещающих барабан полостей в газонепроницаемом уплотняющем контакте с выходным отверстием, отличающееся тем, что у вращающегося впускного клапана есть проход на его сферической периферии для введения и перекрытия топливно-воздушной смеси в двигателе, проход сообщается с тороидальными полостями, сформированными в обеих боковых стенках вращающихся впускных клапанов, тороидальные полости сообщаются со смежными резервуарами полостями, сформированными в верхней и нижней секциях головки цилиндров, смежные резервуарные полости сообщаются с первым проходом для введения топливно-воздушной смеси в цилиндр с обеих сторон впускного клапана, в вращающемся выпускном клапане есть проход, расположенный на его сферической периферии для удаления и прерывания удаления выхлопных газов из цилиндра, вращающийся выпускной клапан имеет тороидальные полости, сформированные в плоских боковых стенках и сообщающиеся с проходом на сферической периферии, тороидальные полости сообщаются со смежными выпускными полостями, сформированными в верхней и нижней секциях головки цилиндров, а смежные выпускные полости сообщаются с вторым проходом для удаления выхлопных газов из двигателя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства уплотнения содержат приемное кольцо, по существу круглое в плоскости поперечного сечения, имеющее внутри кольцевую приемную канавку, причем приемное кольцо блокированно закреплено в головке цилиндра вокруг входного отверстия относительно вращающегося впускного клапана и вокруг выходного отверстия относительно вращающегося выпускного клапана, а в приемном кольце имеется сквозное отверстие, совпадающее с входным отверстием или выходным отверстием, съемное контактное кольцо, закрепленное в кольцевой приемной канавке, причем контактное кольцо имеет криволинейную верхнюю поверхность, совпадающую со сферической периферией впускного клапана или выпускного клапана, и контактное кольцо имеет сквозное отверстие, совпадающее с отверстием приемного кольца и входным отверстием или выходным отверстием, пружинные средства смещения, размещенные в кольцевой приемной канавке приемного кольца ниже контактного кольца и создающие направленное вверх давление на контактное кольцо, средства уплотнения, размещенные вокруг контактного кольца, находящиеся в контакте с внешней стенкой кольцевой приемной канавки, проход для сообщения между входным отверстием или выходным отверстием и средствами уплотнения, закрепленными на контактном кольце. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в средствах уплотнения криволинейная поверхность контактного кольца, совпадающая с сферической периферией вращающегося впускного клапана или вращающегося выпускного клапана, имеет вкладыш из углеродного волокна, размещенный в ней по кольцу. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средства уплотнения на контактном кольце содержат по меньшей мере одноструйное кольцо, обеспечивающее плотный контакт с внешней стенкой кольцевой приемной канавки в приемном кольце. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в средствах уплотнения пружинные средства, размещенные в кольцевой приемной канавке ниже контактного кольца, содержат по меньшей мере одну коническую пружину, обеспечивающую направленное вверх давление и на контактное кольцо, приводя в контакт криволинейную поверхность контактного кольца с периферийной поверхностью вращающегося впускного клапана или вращающегося выпускного клапана. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в средствах уплотнения контактное кольцо изготовлено из углеродного волокна. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающийся впускной клапан для использования в двигателе внутреннего сгорания с вращающимися клапанами содержит барабанный корпус в виде сферической части, определенной двумя параллельными плоскостями сферы, расположенными симметрично относительно центра сферы, и таким образом определяющие сферическую периферию и плоские боковые стенки, сформированный со сквозным отверстием, расположенным в центре по радиусу, для приема вала, причем барабанный корпус сформирован с полостью тороидальной формы в каждой из боковых сторон вокруг отверстия для приема вала, тороидальные полости разделены разделительной стенкой, в разделительной стенке выполнен канал, тянущийся между тороидальными полостями, канал разделительной стенки размещен рядом с проходом, сформированным в сферической периферии. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпускной клапан для использования в двигателе внутреннего сгорания с вращающимися клапанами содержит барабанный корпус в виде сферической части, определенной двумя параллельными плоскостями сферы, причем барабанный корпус таким образом определен сферической периферией и плоскими боковыми стенками, барабанный корпус содержит сквозное отверстие, расположенное в центре по радиусу, для приема вала, барабанный корпус сформирован с полостями тороидальной формы в каждой боковой стороне, расположенными вокруг отверстия для приема вала, тороидальной формы полости разделены разделительной стенкой, в разделительной стенке есть сквозной канал, размещенный рядом с проходом, сформированным в сферической периферии. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в выпускном клапане внутри тороидальной формы камер в каждой боковой стенке размещена заглушающая стенка, тянущаяся радиально от отверстия для приема вала до сферической периферии, причем заглушающая стенка расположена непосредственно у канала в разделительной стенке и заглушающая стенка придает дополнительный толчок для удаления выхлопных газов. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в выпускном клапане заглушающая стенка в полостях тороидальной формы постепенно наклонена вверх от разделительной стенки. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит сферический вращающийся впускной клапан для использования в двигателе внутреннего сгорания с вращающимися клапанами, содержащий барабанный корпус в виде сферической части, определенной двумя параллельными плоскостями сферы, расположенными симметрично относительно центра сферы и таким образом определяющими сферическую периферию и плоские боковые стенки, причем вращающийся впускной клапан выполнен со сквозным отверстием для приема вала, расположенного в центре по радиусу, барабанный корпус выполнен с полостью тороидальной формы в каждой из боковых сторон вокруг отверстия для приема вала, тороидальные полости разделены разделительной стенкой и полости тороидальной формы сообщаются с проходом, сформированным в сферической периферии барабанного корпуса. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в разделительной стенке есть сквозной перепускной канал, сообщающийся с полостями тороидальной формы, причем канал в разделительной стенке размещен рядом с проходом, сформированным в сферической периферии барабанного корпуса. 13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что отверстие для приема вала сформировано продольно в центре, протягиваясь между плоскими боковыми стенками. 14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что плоские боковые стенки расположены симметрично относительно центра барабанного корпуса. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит сферический вращающийся выпускной клапан для использования в двигателе внутреннего сгорания с вращающимися клапанами, содержащий барабанный корпус в виде сферической части, определенной двумя параллельными плоскостями сферы, расположенными симметрично относительно центра сферы и таким образом определяющими сферическую периферию и плоские боковые стенки, причем вращающийся выпускной клапан выполнен со сквозным отверстием для приема вала, расположенным в центре по радиусу, барабанный корпус выполнен с полостью тороидальной формы в каждой из боковых стенок вокруг отверстия для приема вала, полости тороидальной формы разделены разделительной стенкой, полости тороидальной формы сообщаются с проходом, сформированным в периферии барабанного корпуса. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что в разделительной стенке выполнен сквозной перепускной канал для сообщения между полостями тороидальной формы, причем перепускной канал размещен в разделительной стенке рядом с проходом, сформированным в сферической периферии барабанного корпуса. 17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что внутри полостей тороидальной формы размещена заглушающая стенка, тянущаяся радиально от отверстия для приема вала до сферической периферии, причем заглушающая стенка расположена непосредственно у канала в разделительной стенке и разделительная стенка придает дополнительный толчок для удаления выхлопных газов. 18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что заглушающая стенка в полостях тороидальной формы постепенно наклонена вверх от разделительной стенки. 19. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что плоские боковые стенки расположены симметрично относительно центра барабанного корпуса.