КОНУСНЫЙ ПОЛЫЙ ЗОЛОТНИКОВЫЙ МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС Российский патент 2001 года по МПК F01L7/08 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в газораспределительной системе двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Наиболее близким по технической сущности техническим решением является механизм газораспределения (патент США N 2989955, кл. 123 - 59, публ. 27.06.61 г.)
Причиной, ограничивающей применение конусных газораспределительных золотниковых механизмов в моторостроении, послужило наличие следующих недостатков в известных конструкциях и в прототипе:
1) общий приводной вал, занимающий полезный объем, препятствует увеличению газообменных зон;
2) мертвые зоны в массе золотника ограничивают проходное сечение окон;
3) наличие паразитных объемов в теле золотника снижает его положительную возможность;
4) сегмент (канал) в золотнике, заполненный рабочей смесью, выносит часть смеси в окружающее пространство и вызывает ухудшение экологических и экономических параметров ДВС;
5) присутствие контактного трения в сопряжении втулка-золотник способствует увеличению зазора между ними;
6) сложность привода отдельных золотников с общим валом;
7) проблема уплотнения цилиндр - золотник - втулка;
8) нестабильность минимального зазора между втулкой и конусом золотника;
9) несовершенство смазки в работающих сопряжениях.

Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков, создание такого механизма газораспределения ДВС, который способствует ликвидации паразитных объемов в теле золотника и позволит использовать освободившиеся зоны непосредственно для осуществления процесса газообмена, увеличивая положительную возможность золотника, довести до максимальных размеров проходные сечения впускных и выпускных окон газораспределительного механизма, а также добиться существенной экономии топлива.

Кроме того, целью изобретения является получение возможности корректировки работы ДВС на желаемых диапазонах согласно выбранной (заданной) диаграмме газораспределения используя перекрытия проходных сечений в золотнике, уменьшение металлоемкости, увеличение КПД двигателя, полное избавление от необходимости регулировок зазоров в процессе эксплуатации газораспределения.

Поставленная цель достигается следующим конструктивным решением устройства.

В конусном золотниковом механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащем втулку и подпружиненный пустотелый золотник с каналами и окнами для впуска свежего заряда и выпуска отработанных газов, расположенными в одной плоскости, для выпуска отработанных газов внутри золотника перпендикулярно его оси размещен диаметрально направленный канал круглого или профильного сечения, а в стенке золотника с двух сторон перпендикулярно каналу для выпуска отработанных газов выполнены диаметрально расположенные окна для впуска свежего заряда, работающие поочередно. В приводе работающих золотниковых пар отсутствует общий приводной вал, а пустотелые подпружиненные золотники между собой соединены крестовокулисными или шлицевыми полумуфтами (соединениями), а с наружной стороны полумуфт (соединений) выполнены проходы или сверления для поступления свежего заряда рабочей смеси или воздуха во внутреннюю полую часть золотника.

Устройство. На торцевую плоскость втулки опирается опорным буртиком золотник.

На фиг. 1 показано устройство конусного пустотелого золотникового механизма газораспределения ДВС.

Внутри головки цилиндров 1 запрессована цилиндрическая втулка 2 с конической внутренней стороной, втулка имеет два радиально расположенных окна 3 для выхлопных газов. Внутрь втулки 2 входит золотник 4, имеющий изолированный канал 5 для выпуска отработанных газов и два радиально расположенных окна 6 для впуска рабочей смеси или воздуха в надпоршневое пространство цилиндра ДВС. Механизм содержит выхлопной патрубок 7, всасывающий патрубок 8, общий центральный канал 9. На втулке 2 отмечены промежутки а; б; в; г; д; е, которые соответствуют 720^o поворота коленчатого вала ДВС.

Вторая полуокружность на втулке 2 от е до а будет тоже равна 720^o поворота коленчатого вала, то есть золотник совершит один оборот 360^o в то время, когда коленчатый вал двигателя провернулся на 1440^o.

Для двигателей, работающих по четырехтактному циклу, передаточное отношение между коленчатым валом и вращающимся золотником в этом случае равно 4:1. Тогда за один оборот золотника индикаторная круговая диаграмма насосных ходов четырехтактного двигателя повторится дважды (фиг.2), то есть за 1/2 оборота происходит полный цикл работы ДВС. В соответствии с диаграммой газораспределения четырехтактного ДВС промежуток на золотнике от А до Б - адекватный фазе выпуск, от В до Г - впуск, от Г до Д - сжатие, от Д до Е- рабочий ход.

Очень значимым является диапазон участка Б - В, при уменьшении которого обеспечивается открытие впускного окна до в.м.т. при одновременном закрытии выпускного канала после в.м.т. Это приводит к тому, что в некоторый, весьма малый промежуток времени впускное окно и выпускной канал будут одновременно открыты.

Это явление назовем перекрытием золотника.

Благодаря инерции горючей смеси (или воздуха в дизелях), движущейся в цилиндр, и инерции отработанных газов, движущихся в выпускной трубопровод, перемешивания и утечки свежего заряда с отработавшими газами не произойдет. Этому способствует весьма малое проходное сечение в начале открытия впускного окна.

Перекрытие золотника приемлемо для быстроходных ДВС.

Газораспределительный механизм работает следующим образом: крутящий момент передается от коленчатого вала на золотник, который вращается по часовой стрелке с отношением 4:1.

В четырехтактном двигателе процесс газообмена начинается выпуском отработавших газов, то есть очисткой рабочего объема цилиндра двигателя через канал 5 золотника 4, который открывается в действительном цикле с опережением (ϕ₄ - угол опережения выпуска), то есть до прихода поршня в н.м.т.: когда точка А золотника 4 пройдет точку б втулки 2 вдоль окна 2 на промежутке а-б.

Выпуск обеспечивается после прихода поршня в н.м.т. Последний, изменяя направление движения (движение начинается к в.м.т.), осуществляет принудительную очистку цилиндра от сгоревших газов (газы выталкиваются поршнем).

В конце хода выталкивания точка Б золотника 4 совпадет с точкой а втулки 2, после прохода поршнем в.м.т., то есть с запаздыванием (ϕ₂ -угол запаздывания выпуска), что позволяет увеличить время - сечение при удалении сгоревших газов в конце хода выталкивания их из цилиндра.

Выхлоп (выпуск) заканчивается, когда поршень прошел путь от н.м.т. до в. м. т., а отрезок А - Б сместился за пределы окна 3 втулки 2 в левую сторону, при этом точка а втулки 2 совпадет с точкой Б золотника 3.

Такт наполнения цилиндра свежим воздухом (смесью) осуществляется при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. Впуск начинается после того, как окна 6 золотника 4 совместятся поочередно с окном 3 втулки 2.

Воздух или свежая горючая смесь поступает с двух сторон внутрь полого конусного золотника 4 и охлаждает стенки канала 5. При совпадении впускных окон 3 и 6 воздух попадает в цилиндр двигателя, точка Б золотника 4 войдет в зону а-б втулки 3. Несмотря на увеличение объема в цилиндре, свежий заряд еще не поступает, это объясняется разностью давлений в цилиндре и вне его, когда P_у > P_о. Прежде всего в цилиндре начинают расширяться остаточные газы с P_у до P_о, и только после преодоления гидродинамических сопротивлений в системе впуска, включая окна золотника, в цилиндры начнет поступать свежий заряд.

Для того, чтобы снизить действие сопротивления в системе, такт наполнения увеличиваем на угол ϕ₃, поршень пройдет н.м.т. (ϕ₃ - угол запаздывания впуска).

Впуск заканчивается, когда окно 6 золотника 4 минует пределы окна 3 (а-б) втулки 2 после того, как поршень пройдет н.м.т., то есть с запаздыванием.

Такт сжатия рабочей смеси. Когда участок Г-Д золотника 4 перекроет окно 3 во втулке 2, а поршень движется из н.м.т. в в.м.т., в цилиндре ДВС происходит сжатие. В период сжатия из цилиндра незначительная часть газовоздушной смеси просачивается между втулкой и золотником, попадая в общий центральный канал 9, затем устремляется в следующий цилиндр в период всасывания.

Рабочий ход обеспечивается при движении поршня от в.м.т. к н.м.т., участок Д - Е золотника продолжает перекрывать окно 3 во втулке 2, в цилиндре двигателя происходят сгорание рабочей смеси и расширение продуктов сгорания.

Работа ДВС зависит от правильного выбора фаз газораспределения, существенное значение на наполнение цилиндра свежим зарядом оказывает изменение длины участка Б - В золотника 4 (фиг. 1).

При увеличении длины участка Б - В обороты двигателя снизятся, уменьшение в определенных пределах длины участка Б - В способствует увеличению оборотов. Увеличение или уменьшение длин Б-В и В-Г золотника 4 влияет на углы ϕ₁,ϕ₂,ϕ₃,ϕ₄ индикаторной круговой диаграммы четырехтактного двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, двигателестроению, и позволяет снизить габариты и массу механизма газораспределения двигателя и улучшить наполнение его цилиндров. Механизм содержит втулку и подпружиненный пустотелый золотник с каналами и окнами для впуска свежего заряда и выпуска отработанных газов. Внутри золотника перпендикулярно его оси размещен диаметрально направленный канал круглого или профильного сечения, а в стенке золотника с двух сторон перпендикулярно каналу для выпуска отработанных газов выполнены диаметрально расположенные окна для впуска свежего заряда, работающие поочередно. Приводной вал в механизме отсутствует, а золотники соединены между собой полумуфтами. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Конусный золотниковый механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий втулку и подпружиненный пустотелый золотник с каналами и окнами для впуска свежего заряда и выпуска отработанных газов, расположенными в одной плоскости, отличающийся тем, что для выпуска отработанных газов внутри золотника перпендикулярно его оси размещен диаметрально направленный канал круглого или профильного сечения, а в стенке золотника с двух сторон перпендикулярно каналу для выпуска отработанных газов выполнены диаметрально расположенные окна для впуска свежего заряда, работающие поочередно. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что в приводе работающих золотниковых пар отсутствует общий приводной вал, а пустотелые подпружиненные золотники между собой соединены крестово-кулисными или шлицевыми полумуфтами (соединениями). 3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что с наружной стороны полумуфт (соединений) выполнены проходы или сверления для поступления свежего заряда рабочей смеси или воздуха во внутреннюю полую часть золотника.