МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01L1/28 

Предлагаемое техническое решение относится к двигателестроению, в частности к поршневым четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известен одноклапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий тарельчатый клапан, впускной и выпускной коллекторы и заслонку, установленную на шарнире, на перемычке между всасывающим и выпускным коллекторами, расположенными на двух уровнях и приводимую в действие посредством импульсного давления выхлопных газов во время такта выхлопа и посредством разряжения и собственного веса во время такта всасывания. А.С. N 1744279.

Недостатком механизма является низкая надежность шарнирного механизма, возможность "зависания" заслонки при работе двигателя на высоких оборотах, невозможность использования механизма в карбюраторных двигателях.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий один клапан и две поворотные заслонки, расположенные соответственно в впускном и выпускном каналах. [Заявка ФРГ N 3812988].

Недостатком данного решения является усложнение схемы газораспределительного механизма за счет дополнительного механизма привода заслонок, увеличения сопротивления движению выхлопных газов в выхлопном канале в результате турбулентности, создаваемой заслонкой, сложность обеспечения плотности закрытия заслонок, малый моторесурс осевого механизма, работающего в выхлопной полости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый клапан шиберного типа и тарельчатый клапан. [Заявка ФРГ N 3725049, кл. F 01 L 1/28] .

Недостатком данного решения является:
1. Отсутствие смазки между уплотнительными кольцами в нижней части полого шиберного клапана и внутренней поверхности головки цилиндра и самого цилиндра, что снижает надежность и моторесурс данного механизма, и требует его частой замены.

2. Большая металлоемкость верхней части клапанного узла и отсутствие охлаждения этой части неминуемо приведет к чрезмерному нагреву металла, перегреву масла и, как следствие этого, накоплению смолистых отложений в наружной пружинной полости и заклиниванию всего клапанного узла.

3. Большой наружный диаметр тарелки клапана - 0,88 диаметра цилиндра и малый размер выхлопных отверстий в верхней части пустотелого шиберного клапана, создают сопротивление при выхлопе и снижают положительный эффект большого проходного сечения клапанного канала.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что механизм газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания содержит тарельчатый клапан и газораспределительную цилиндрическую втулку, установленную соосно с тарельчатым клапаном внутри головки цилиндра, причем газораспределительная цилиндрическая втулка выполнена из двух запирающих и одной управляющей втулок, установленных между собой с помощью двух внешних кольцевых торцевых буртов у управляющей втулки и по одному внутреннему торцевому кольцевому бурту у запирающих втулок, а на управляющей втулке с внешней стороны установлена пружина, которая упирается в торцы запирающих втулок.

При осуществлении предлагаемого технического решения достигается улучшение рабочих характеристик двигателей внутреннего сгорания за счет снижения сопротивления клапанного канала путем увеличения его проходного сечения и данное техническое решение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания различных типов: бензиновых, дизельных, с наддувом и без наддува.

Предлагаемые чертежи поясняют устройство и работу механизма газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания где:
фиг. 1 - схема общего вида механизма газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 2 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта всасывания;
фиг. 3 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта сжатия и рабочего хода;
фиг. 4 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта выхлопа.

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит корпус головки цилиндра 1, подпружиненный тарельчатый клапан 2, диаметр тарелки которого составляет 0,6 - 0,85 диаметра цилиндра и установленные соосно с клапаном 2 три цилиндрические втулки 3, 4 и 5, расположенные внутри корпуса головки цилиндра 1 с возможностью перемещения вертикально вдоль оси штока клапана 2. Втулка 3 перекрывает всасывающую полость 6, втулка 4 перекрывает выхлопную полость 7, управляющая втулка 5 установлена между втулками 3 и 4 и имеет два штока толкателя 8, подпружиненных пружинами 9. Управляющая втулка 5 имеет наружные кольцевые бурты 10, которыми взаимодействуют с внутренним буртом 11 втулки 3 и внутренним буртом 12 втулки 4. К верхнему и нижнему седлу втулки 3 и 4 прижимаются посредством пружины 13, установленной между втулками 3 и 4 вокруг управляющей втулки 5. Для уплотнения втулок 3 и 4, и предотвращения попадания масла в всасывающую 6 и выхлопную 7 полости в корпусе головки цилиндра 1 имеются две кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца 14.

Устройство работает следующим образом. Во время тактов сжатия и рабочего хода клапан 2 находится в закрытом положении, втулка полости всасывания 3 и втулка выхлопной полости 4 под действием пружины 13 прижаты к седлам всасывающей 6 и выхлопной 7 полостей и перекрывают эти полости. Управляющая втулка 5 находится в среднем положении и в следствии наличия торцевого зазора 0,6 - 0,8 мм между наружными кольцевыми буртами 10, управляющей втулки 5 и внутренними кольцевыми буртами 11 и 12 запирающих втулок 3 и 4, управляющая втулка не оказывает действия на втулки 3 и 4. После завершения рабочего хода поршня кулачки (не показаны) управляющей втулки 5 и клапана 2 одновременно воздействуют на толкатели (не показаны) клапана 2 и распределительной втулки 5 и заставляют их перемещаться вдоль оси вниз, открывая клапанный канал и выхлопную полость. При этом управляющая втулка 5 своим верхним наружным кольцевым буртом 10 воздействует на внутренний кольцевой бурт 12 втулки 4, перемещает ее вниз вдоль оси и сжимает пружину 13. Во время такта выпуска отработанных газов, поршень перемещается вверх, вытесняет продукты сгорания топлива через клапанный канал и внутреннюю полость втулок в выхлопную полость 7. Для удаления выхлопных газов из внутривтулочного пространства используется продувочное устройство (на схеме не показано), которое подает импульсную струю сжатого воздуха P = 20 - 40 кг/см² под углом 9^o к оси клапана на внутреннюю поверхность тарелки клапана 2, при положении шатунной шейки коленчатого вала с 15^o до ВМТ - до 5^o до ВМТ. Импульсная струя воздуха обтекает тарелку клапана 2, попадает в камеру сгорания, увеличивается в объеме и в следствии нагрева и повышения давления, вытесняет из камеры сгорания остатки выхлопных газов через внутривтулочное пространство в выхлопную полость 7.

После завершения такта выхлопа управляющая втулка 5 быстро перемещается вверх вдоль оси клапана 2 и, пройдя среднее положение, своим верхним наружным кольцевым буртом 10 освобождает втулку 4, которая под действием пружины 13 прижимает ее к верхнему седлу, тем самым перекрывая выхлопную полость 7. Нижним наружным кольцевым буртом управляющая втулка 5 захватывает внутренний кольцевой бурт 11 втулки 3 и перемещает ее вверх вдоль оси, открывая полость всасывания 6.

После завершения такта всасывания и закрытия клапана 2, управляющая втулка 5 перемещается в среднее положение. При этом втулка 3 под действием пружины 13 перемещается вдоль оси вниз и прижимается к нижнему седлу, перекрывая всасывающую полость 6. Далее циклы повторяются.

В результате большой величины проходного сечения клапанного канала и газового тракта уменьшается сопротивление движению поршня при всасывании и выхлопе и, следовательно увеличивается КПД двигателя внутреннего сгорания. Использование трехвтулочного механизма дает возможность применения его в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания любых типов, в дизелях и карбюраторных бензиновых.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым четырехтактным двигателям внутреннего сгорания, и дает возможность использовать в них втулочный механизм газораспределения, позволяя тем самым улучшить рабочие характеристики ДВС. Механизм газораспределения четырехтактного ДВС содержит корпус головки цилиндра 1, подпружиненный тарельчатый клапан 2, диаметр тарелки которого составляет 0,6 - 0,85 диаметра цилиндра, и установленные соосно с клапаном 2 три цилиндрические втулки (В) 3,4 и 5, расположенные внутри корпуса головки цилиндра 1, с возможностью перемещения вертикально вдоль оси штока клапана 2. В 3 перекрывает всасывающую полость 6, В 4 перекрывает выхлопную полость 7, управляющая В 5 установлена между В 3 и 4 и имеет два штока толкателя 8, подпружиненных пружинами 9. Управляющая В 5 имеет наружные кольцевые бурты 10, которыми взаимодействует с внутренним буртом 11 В 3 и внутренним буртом 12 В 5. К верхнему и нижнему седлу В 3 и 4 прижимаются посредством пружины 13, установленной между В 3 и 4 вокруг управляющей В 5. Для уплотнения В 3 и 4 и предотвращения попадания масла во всасывающую 6 и выхлопную 7 полости в корпусе головки цилиндра 1 имеются две кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца 14. 4 ил.

Механизм газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащий тарельчатый клапан и газораспределительную цилиндрическую втулку, установленную соосно с тарельчатым клапаном внутри головки цилиндра, отличающийся тем, что газораспределительная цилиндрическая втулка выполнена из двух запирающих и одной управляющей втулок, установленных между собой с помощью двух внешних торцевых кольцевых буртов у управляющей втулки и по одному внутреннему торцевому кольцевому бурту у запирающих втулок, причем на управляющей втулке с внешней стороны установлена пружина, которая упирается в торцы запирающих втулок.