ГОЛОВКА ДЛЯ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С БЕСКЛАПАННЫМ МЕХАНИЗМОМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F01L7/02 

Изобретение относится к области машиностроения для ДВС и других нужд народного хозяйства.

Известен золотниковый механизм газораспределения для ДВС, состоящий из корпуса головки, двух вращающихся пустотелых золотников, расположенных вдоль головки с окнами для впуска и выпуска топлива и отработанных газов, золотники снабжены уплотнительными кольцевыми элементами. Привод золотников осуществляется от коленчатого вала при помощи звездочки (прототип).

Недостатками этого механизма является то, что нет герметизации окон, соединяющих цилиндр ДВС с внутренней поверхностью золотникового вала, уплотнения установлены только для предотвращения попадания масла к окнам впускным и выпускным с наружной стороны золотника, остальная часть поверхности золотникового вала напротив окон ничем не защищена и вырвавшаяся высокотемпературная смесь газов движется по всей окружности золотника, соприкасаясь со стенками уплотнительных колец, по этой причине невозможно к кольцам подвести смазку, вследствие большой температуры масло подгорает, происходит падение мощности, практически при этом устройстве уплотнительных элементов механизм газораспределения неработоспособен и недолговечен.

Известно также другое изобретение (патент США N 3896781, опубл. 1975 г. ).

Золотниковый механизм газораспределения состоит из головки, в которой расположен один золотниковый вал с двумя окнами, впускными и выпускными, напротив цилиндра и уплотнительными колодками двух типов, боковых, вынесенных из зоны высоких температур, и верхних колодок. Вал золотниковый установлен жестко на подшипниках, привод золотникового вала происходит от коленчатого вала через звездочку.

Недостатки этого механизма газораспределения: нет возможности плавно изменять угловое положение золотникового вала при газораспределении фаз, т.к. впускные и выпускные окна находятся на одном валу, что делает этот механизм не перспективным. При этом устройстве уплотнение золотникового вала должно происходить по всей площади окружности, соприкасаясь с окнами, выходящими из цилиндров, что невозможно сделать без смазки, вследствие чего будут происходить частые задиры, и герметизацию практически будет трудно удержать. Золотниковый вал будет быстро изнашиваться и терять герметичность, т.к. он установлен жестко на подшипниках, то при износе трущейся поверхности приходится заменять весь золотниковый вал, долговечность в этих условиях высоких температур золотника не обеспечена.

Целью изобретения является обеспечение ДВС головкой для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения, сохранение герметичности и мощности ДВС при тех же объемах цилиндров, увеличение долговечности деталей механизма газораспределения и ДВС при его работе, уменьшение подгорания масла, а также выброса не сгоревших, отработанных газов.

Поставленная цель достигается тем, что ДВС использует головку для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения, которая содержит корпус головки с внутренними канавками для охлаждения жидкостью и смазки. В корпусе головки имеются резьбовые отверстия под свечи зажигания и отверстия под болты крепления ее к блоку цилиндров, внутри корпуса головки продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены цилиндры пустотелые с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания. Наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены пустотелые распределительные валы с окнами, расположенными по периметру окружности этих валов, под определенным углом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания. Один из распределительных валов является впускным, другой выпускным. На распределительных валах с наружной стороны, где расположены впускные и выпускные окна по периметру окружности, имеются канавки для кольцевых колец, отсекающих герметично одно окно от другого, и смазки их, и дополнительно канавки фигурные для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней стороны поверхности цилиндра головки. Глухие, окна полученные поперечными перегородками, имеют размеры: окно, герметизирующее окна впускные и выпускные, по площади больше их на 30-40%, остальные окна глухие, полученные поперечными перегородками, меньше этих окон. При этом положении уплотнительных колец прорвавшаяся смесь газов будет находиться в этих глухих окнах и не сможет попасть к стенкам кольцевых колец, что дает возможность к ним подвести систему смазки. Благодаря этому появляется герметичность и сохраняется мощность ДВС, уменьшается подгорание масла, увеличивается долговечность деталей механизма газораспределения и ДВС при его работе, уменьшается выброс не сгоревших отработанных газов. Внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1 - 0,8 диаметра цилиндра ДВС, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020 - 0,20 его наружного диаметра. Также на концах распределительных валов имеются оси, на которые установлены звездочки для передачи вращения их от коленчатого вала, скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости коленчатого вала. К корпусу головки напротив распределительного вала впускного установлен механизм подачи топлива, напротив выпускного распределительного вала к корпусу головки прикреплено начало выхлопной трубы.

Внутренний диаметр распределительных валов в отличие от известных валов составляет 0,1 - 0,8 диаметра цилиндра ДВС, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020 - 0,20 его наружного диаметра, на распределительных валах с наружной стороны, на сквозных окнах по их периметру дополнительно имеются канавки фигурные для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней стороны поверхности цилиндра головки. Глухие окна, полученные поперечными перегородками, имеют размеры: окно, герметизирующее окна впускные, по площади больше их на 30-40%, остальные глухие окна меньше этих окон. При этом положении уплотнительных колец все поставленные задачи решаются положительно.

На фиг. 1 показан поперечный разрез предлагаемого ДВС с головкой для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения; на фиг. 2 - головка с цилиндрами и распределительными валами впуска топлива и выпуска отработанных газов и фигурные канавки для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, и глухие окна, полученные поперечными перегородками; на фиг. 3 показаны развертка фигурного кольца, состоящая из двух кольцевых колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, и схема газораспределения фаз.

Предлагаемый ДВС имеет головку для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения, которая содержит корпус головки 3 (фиг. 1 и 2) с внутренними канавками для охлаждения и смазки 9. В корпусе головки имеются резьбовые отверстия под свечи зажигания 5 (фиг. 1) и отверстия под болты крепления ее к блоку цилиндров (не показано), внутри корпуса головки продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставляются пустотелые цилиндры 8 (фиг. 1) с окнами 10, расположенными напротив каждой камеры сгорания. В корпусе головки имеется промежуточное окно 4, соединяющее распределительный вал с камерой сгорания. Наружная часть цилиндра головки охлаждается жидкостью. В указанные цилиндры 8 вставлены пустотелые распределительные валы 1 и 12 с окнами 2 и 13, расположенными по периметру окружности этих валов, под определенным углом относительно друг друга, напротив каждой камеры сгорания 6. Один из распределительных валов является впускным для подачи топлива непосредственно в камеру сгорания, другой распределительный вал является выпускным для выпуска отработанных газов. На распределительных валах с наружной стороны, где расположены впускные и выпускные окна по периметру окружности, имеются канавки для колец, отсекающих герметично одно окно от другого, и смазки их и дополнительно канавки фигурные для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней стороны поверхности цилиндра головки 5 (фиг. 2 и 3). Глухие окна 20 (фиг. 1, 2, 3), полученные поперечными перегородками, имеют размеры: окно герметизирующее 21, окна впускные и выпускные 2 по площади больше их на 30-40%, остальные глухие окна меньше этих окон, что видно из фиг. 2. На концах распределительных валов имеются оси 4, на которые установлены звездочки (не показаны) для вращения их от коленчатого вала. К корпусу головки напротив впускного распределительного вала установлен механизм подачи воздуха и топлива непосредственно в камеру сгорания (не показано). Напротив выпускного распределительного вала к корпусу головки крепится начало выхлопной трубы (не показано).

Предлагаемый ДВС, использующий головку для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения, работает следующим образом.

При запуске в работу ДВС распределительные валы, впускной и выпускной, начинают вращаться через передачу от коленчатого вала. Скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала.

При первом такте - впуск горючей смеси, при движении поршня 7 (фиг. 1) от в. м.т. к н.м.т. в цилиндре 11 создается разрежение в пределах 0,05-0,25 кгс/см² (5-25 кн/м²), в это время впускной распределительный вал 1 (фиг. 1, 2), вращаясь, открывает окно 13 (фиг. 1), которое находится внутри этого вала напротив камеры сгорания 6. Воздух и топливо под большим давлением поступают в камеру сгорания через промежуточное окно 4 (фиг. 1) и дальше в цилиндр. Давление воздуха в распределительном валу находится постоянно высоким 1, а топливо может быть подано в любое время такта (не показано). При этом окно выпуска газов 1 в распределительном выпускном валу 12 закрыто. Температура горючей смеси при впуске за счет соприкосновения с нагретыми деталями ДВС и перемешивания с остатками продуктов сгорания повышается.

Второй такт - происходит сжатие горючей смеси. Поршень перемещается от н. м. т. к в.м.т., сжимая смесь при закрытых окнах в обоих распределительных валах. По мере уменьшения объема горючей смеси давление и температура в цилиндре повышаются. Со степенью сжатия 8-12, при подходе поршня 7 к в.м.т. давление достигает 7-15 кгс/см²(700-1500 кн/м², а температура достигает - 350-450^oC. В этот момент между электродами свечи 5 проскакивает искра и рабочая смесь воспламеняется.

Третий такт - сгорание рабочей смеси и расширение продуктов сгорания, рабочий ход. Теплота, выделяющаяся при сгорании горючей смеси, резко повышает температуру до 1900-2400^oC и давление до 25-50 кгс/см² (2500-5000 кн/м²). Под действием давления расширяющихся продуктов сгорания поршень 7 перемещается от в.м.т. к н.м.т. и с помощью шатуна 14 вращает коленчатый вал, совершая при этом работу механическую (не показано). В конце такта при подходе поршня 7 к н.м.т. открывается окно 2 в выпускном распределительном валу 12. Вследствие значительной разности давления в цилиндре 11 и окружающей среде в момент открытия впускного окна отработанные газы начинают выходить из цилиндра с большой скоростью. При этом давление газов в цилиндре резко падает до 1,05-1,15 кгс/см² (105-115 кн/м²).

Четвертый такт - выпуск отработанных газов - заключительный такт цикла. В этот период поршень 7 перемещается от н.м.т. к в.м.т. и продолжает выталкивать продукты сгорания рабочей смеси в окно 2 в распределительном выпускном валу 12, которые через выхлопную трубу попадают в атмосферу. Среднее давление газов в этот момент составляет 1,05-1,15 кгс/см² (105-115 кн/м²), а температура 900-1100^oC. После этого процесс повторяется.

Преимущество предлагаемого ДВС, использующего головку для блока цилиндров с бесклапанным механизмом газораспределения по сравнению с прототипом изобретения состоит в следующем: внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1-0,8 диаметра цилиндра ДВС, а толщина стенки распределительных валов - 0,020-0,20 его наружного диаметра, на распределительных валах с наружной стороны, на сквозных окнах 2 и 13 по их периметру дополнительно имеются канавки фигурные для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней поверхности цилиндра головки, глухие окна 20 (фиг. 1, 2, 3), полученные поперечными перегородками, имеют размеры: окно 21 (фиг. 1), герметизирующее окна 2, 13 (фиг. 1, 2), впускные и выпускные, по площади больше их на 30-40%, остальные глухие окна 20 меньше этих окон.

Изобретение относится к механизмам газораспределения и может быть использовано на любых двигателях внутреннего сгорания. В головке блока цилиндров ДВС выполнены два сквозных отверстия, в которые вставлены пустотелые цилиндры с окнами, наружная часть цилиндров охлаждается жидкостью. В цилиндры вставлены пустотелые распределительные валы, также снабженные окнами. Внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1 - 0,8 диаметра цилиндров ДВС, а толщина стенки - 0,020 - 0,20 их наружного диаметра. На распределительных валах с наружной стороны в зоне окон выполнены фигурные канавки для двух колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней поверхности цилиндра головки. Глухие окна, образуемые поперечными перегородками, имеют следующие размеры: в зоне расположения впускных и выпускных окон они на 30 - 40% больше последних по площади, остальные глухие окна меньше по размерам, чем впускные и выпускные. Достигаемый технический результат - повышение надежности механизма. 3 ил.

Головка для блока цилиндров ДВС с бесклапанным механизмом газораспределения, содержащая корпус с внутренними канавками для смазки и охлаждения жидкостью, внутри головки корпуса продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены неподвижные цилиндры с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания, наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены пустотелые вращающиеся распределительные валы со сквозными окнами, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным углом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания, один из распределительных валов является впускным, другой выпускным, на распределительных валах с наружной стороны имеются канавки для колец герметизации и смазки их, на концах распределительных валов имеются оси, на которые установлены звездочки для передачи вращения от коленчатого вала, скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала, к корпусу головки напротив впускного распределительного вала прикреплен механизм подачи топлива, а напротив выпускного распределительного вала закреплено начало выхлопной трубы, отличающаяся тем, что внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1 - 0,8 диаметра цилиндра ДВС, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020 - 0,20 его наружного диаметра, на распределительных валах с наружной стороны, на сквозных окнах по их периметру дополнительно имеются канавки фигурные для двух колец соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней поверхности цилиндра головки, глухие окна, полученные поперечными перегородками имеют размеры: окно, герметизирующее окна впускные и выпускные, по площади больше их на 30 - 40%, остальные глухие окна меньше этих окон.