МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01L1/28 

Изобретение относится к поршневым машинам, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники
Известны механизмы газораспределения двигателей внутреннего сгорания с соосным расположением клапанов (патент США 4539950; патент Германии 472992; патент ФРГ 1056417, кл. 14d 1/28, опубл. 1959 г.; авт.св. РФ 1760137, 1992 г.; 2073096, кл. F 01 L 1/28, 1997 г.).

Известен (авт. св. СССР 1263887, кл. F 01 L 1/28, 1986 г.) механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий два соосных клапана, подключенных каждый к отдельному каналу в крышке цилиндра и снабженных посадочными поверхностями для отделения каналов от внутренней полости цилиндра, центральнорасположенный тарельчатый клапан и охватывающий его с кольцевым зазором внешний клапан со стаканообразным корпусом, снабженным по кольцевой кромке седлом для тарелки центрального клапана, уплотнительным пояском, направляющим отверстием в днище для стержня центрального клапана и отверстием в боковой поверхности для связи кольцевого зазора с одним из каналов в крышке цилиндра, причем каждый клапан снабжен независимым приводом.

Недостатком этого механизма газораспределения является большая масса кольцевого клапана, площадь соприкосновения его с нагретыми газами и большое гидравлическое сопротивление, создаваемое этим клапаном и соединенным с ним каналом.

Наиболее близким к предлагаемому является механизм газораспределения (патент Германии 4114721 А1, кл. F 01 L 1/28, 19.11.1992), содержащий головку цилиндра и два снабженных приводами клапана, центральнорасположенный выпускной тарельчатый и окружающий его впускной кольцевой, снабженный посадочными поверхностями на внешней и внутренней кромках кольца и по меньшей мере двумя прикрепленными к кольцу направляющими стержнями, а головка цилиндра снабжена центральным каналом, седлом и направляющим отверстием для тарельчатого клапана, внешним впускным кольцевым каналом, внешним и внутренним седлами и направляющими отверстиями по числу стержней для кольцевого клапана, при этом каналы размежеваны кольцевой перемычкой головки цилиндра, а кольцевой канал соединен с входным впускным каналом.

Недостаток данного механизма в том, что впускной канал образован входным и кольцевым каналами, поэтому в кольцевом канале возникают местные завихрения и окружная закрутка потока воздуха, что увеличивает гидравлические потери и неоправданный расход мощности на насосные ходы.

Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена техническая задача создания механизма газораспределения, имеющего меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с известными, путем стабилизации потока воздуха во впускном канале.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит:
головку цилиндра; расположенные в головке цилиндра выпускной канал и впускной канал, включающий входной и соединенный с ним кольцевой каналы; кольцевую перемычку, размежевающую выпускной и впускной кольцевой каналы в зоне прилегания к ним клапанов;
установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно головки цилиндра и снабженные приводами клапаны:
центральнорасположенный выпускной тарельчатый и
окружающий кольцевую перемычку впускной кольцевой, снабженный кольцом, оснащенным посадочными поверхностями на внешней и внутренней кромках, и прикрепленными к кольцу направляющими стержнями;
согласно изобретению кольцо впускного клапана со стороны кольцевого канала снабжено стабилизаторами потока воздуха, сориентированными вдоль оси кольца.

Целесообразно, чтобы впускной канал был бы снабжен по меньшей мере одним неподвижным стабилизатором потока воздуха.

Рассмотрим влияние отдельных признаков на ожидаемый эффект от использования изобретения.

Кольцо впускного клапана со стороны канала снабжено стабилизаторами потока воздуха, сориентированными вдоль оси кольца. Стабилизаторы направляют кольцевые потоки воздуха вдоль оси кольца, а затем и оси цилиндра, нейтрализуют окружную закрутку и местные завихрения потоков. Этим снижаются гидравлические потери при впуске и неоправданный расход мощности на насосные ходы поршня.

Впускной канал снабжен по меньшей мере одним неподвижным стабилизатором потока воздуха. Тогда потоки воздуха более равномерно распределяются по кольцевому каналу, а кольцевые потоки воздуха, двигающиеся вдоль оси клапана, а затем и цилиндра, стабилизируются в большей степени. Поэтому в большей степени снижается неоправданный расход мощности на насосные ходы поршня.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется примером его выполнения и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлен механизм газораспределения в сечении по направляющим стержням клапанов;
на фиг.2 - поперечное сечение по впускному и выпускному каналам;
на фиг. 3 - продольное сечение по каналам и схема движения воздуха или смеси при впуске.

Лучший вариант осуществления изобретения
Механизм газораспределения (фиг.1-3) двигателя внутреннего сгорания содержит:
головку цилиндра 1; расположенные в головке цилиндра 1 выпускной канал 2 и впускной канал 3, включающий входной 4 и соединенный с ним кольцевой 5 каналы; кольцевую перемычку 6, размежевающую выпускной 2 и впускной кольцевой 5 каналы в зоне прилегания к ним клапанов;
установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно головки цилиндра 1 и снабженные приводами соосные клапаны:
центральнорасположенный выпускной тарельчатый 7 и
окружающий кольцевую перемычку 6 впускной кольцевой 8, снабженный кольцом 9, оснащенным соосными посадочными поверхностями на внешней и внутренней кромках, и двумя прикрепленными к кольцу 9 параллельно его оси направляющими стержнями 10.

Кольцо 9 впускного клапана 8 со стороны канала 5 снабжено стабилизаторами 11, выполненными в форме аэродинамических гребней, направляющих кольцевые потоки воздуха вдоль оси кольца 9 (фиг.2 и 3), а затем и вдоль оси цилиндра.

Неподвижный стабилизатор 12 крепит кольцевую перемычку 6 к стенкам входного канала 4 в плоскости, проходящей через оси кольцевого 5 и входного 4 каналов, и разделяет на два симметричных канала ту часть впускного канала 3, где входной 4 плавно переходит в кольцевой 5 канал (фиг.2 и 3).

В верхней части головки цилиндра 1 размещены (фиг.1) приводы клапанов, содержащие распредвал 13, имеющий кулачки 14 воздействия на все стержни 10 одновременно и кулачок 15 воздействия на стержень тарельчатого клапана 7, и возвратные пружины 16. Механизмы регулировки зазоров не показаны. Вращение распредвала 13 и положение кулачков 14 и 15 согласовано с ходами поршня, размещенного в цилиндре.

Головка цилиндра 1 также снабжена центральным направляющим отверстием и седлом для тарельчатого клапана 7, направляющими отверстиями, по числу стержней 10 внешним и внутренним соосными седлами для клапана 8. Причем расстояние по оси между соосными седлами равно расстоянию между посадочными поверхностями на кромках кольца 9, чтобы в закрытом положении клапана 8 они смыкались с седлами одновременно, обеспечивая герметичность.

Предлагаемый механизм содержит существенные конструктивные особеннести и работает следующим образом.

В исходном положении (фиг.1) оба клапана 7 и 8 закрыты под воздействием пружин 16, а кулачки 14 и 15 не воздействуют на их стержни.

Рассмотрим работу механизма при впуске.

При вращении распредвала 13 его кулачки 14 воздействуют на все стержни 10 одновременно, сжимая пружины 16, открывают впускной клапан 8. Кольцевой впускной канал 5 соединяется с внутренней полостью цилиндра (фиг.1 и 3).

Воздух под воздействием движущегося поршня через входной 4 и кольцевой 5 каналы поступает в цилиндр. Неподвижный стабилизатор 12 предотвращает закрутку потока воздуха (фиг.2 и 3) во впускном канале 3, поэтому потоки симметрично обтекают кольцевую перемычку 6 и равномерно распределяются по кольцевому каналу 5. Из кольцевого канала 5 воздух перетекает в полость цилиндра через две кольцевые щели, омывая кольцо 9 впускного клапана 8 с двух сторон. Стабилизаторы 11 направляют кольцевые потоки воздуха вдоль оси кольца 9, а затем и вдоль оси цилиндра, нейтрализуя окружные завихрения в местах перехода воздуха из кольцевого канала 5 в цилиндр.

При дальнейшем вращении распредвала 13 (фиг.1) кулачки 14 освобождают стержни 10. Пружины 16 расжимаются и закрывают клапан 8, который своими посадочными поверхностями герметично садится на седла. Канал 5 отделяется от внутренней полости цилиндра.

Рассмотрим работу выпускного тарельчатого клапана 7.

Распредвал 13 при вращении кулачком 15 воздействует на стержень клапана 7, сжимая пружину 16, открывает его и соединяет канал 2 с внутренней полостью цилиндра, открывая путь выхлопным газам (фиг.1).

При дальнейшем вращении распредвала 13 (фиг.1) кулачок 15 освобождает стержень, пружина 16 расжимается и закрывает клапан 7. Движение газов прекращается.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет повысить наполняемость цилиндра воздухом и снизить мощность, потребляемую на насосные ходы поршневой машины, используя для интенсификации смесеобразования в двигателе внутреннего сгорания торообразные вихри, возникающие при обтекании впускного кольцевого клапана уже после входа воздуха в полость цилиндра.

Изобретение относится к поршневым машинам, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, и позволяет снизить гидравлическое сопротивление клапанов механизма газораспределения. Кольцо (9) впускного клапана (8), охватывающее кольцевую перемычку (6) головки цилиндра (1), размежевывающую выпускной (2) и впускной кольцевой (5) каналы в зоне прилегания к ним клапанов, со стороны канала (5) снабжено стабилизаторами (11) потока воздуха, сориентированными вдоль оси кольца (9) с целью уменьшения гидравлического сопротивления. Для большего эффекта впускной канал, включающий входной (4) и соединенный с ним кольцевой (5) каналы, снабжен, по меньшей мере, одним неподвижным стабилизатором (12) потока воздуха. 3 ил.

1. Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку цилиндра (1), расположенные в головке цилиндра (1) выпускной канал (2) и впускной канал (3), включающий входной (4) и соединенный с ним кольцевой (5) каналы, кольцевую перемычку (6), размежевывающую выпускной (2) и впускной кольцевой (5) каналы в зоне прилегания к ним клапанов, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно головки цилиндра (1) и снабженные приводами клапаны: центрально расположенный выпускной тарельчатый (7) и окружающий кольцевую перемычку (6) впускной кольцевой (8), снабженный кольцом (9), оснащенным посадочными поверхностями на внешней и внутренней кромках, и прикрепленными к кольцу (9) направляющими стержнями (10); отличающийся тем, что кольцо (9) со стороны канала (5) снабжено стабилизаторами (11) потока воздуха, сориентированными вдоль оси кольца (9). 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что впускной канал (3) снабжен, по меньшей мере, одним неподвижным стабилизатором (12) потока воздуха.