КУЛАЧКОВЫЙ ПРИВОД ПРОДУВОЧНОГО КЛАПАНА ПОРШНЕВОГО ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КРИВОШИПНО-КАМЕРНОЙ ПРОДУВКОЙ Российский патент 2003 года по МПК F02B33/30 F01L11/02 

Изобретение относится к механизмам газораспределения 2-тактных двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой и может быть использовано в двигателестроении.

Известны конструкции 2-тактных двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой рабочего пространства цилиндра, через боковые каналы и окна на боковой поверхности цилиндра, поршень, являясь золотником, а вместе с ним и поршневые кольца, дважды за один рабочий ход преодолевают кромки окон. По условиям достаточной очистки рабочего пространства от отработанных газов, например при возвратной петлевой схеме продувки, количество окон должно быть не менее 5-ти, из них 2 продувочных, 2 выхлопных и одно окно подачи в картер выхлопных газов для повышения давления в нем, при этом перемычки между окнами на зеркале цилиндра становятся настолько малы, что к ним невозможно подвести водяное охлаждение. В результате перегрева блока цилиндров со стороны выхлопного коллектора неизбежна деформация зеркала цилиндра, износ поршневых колец и поршня, неравномерный износ, так как поршень не может вращаться вокруг своей оси, а поршневые кольца зафиксированы штифтами.

По описанной выше схеме изготавливаются двигатели небольшой мощности (мотоциклетные, лодочные и др.), для которых большое значение имеют простота конструкции, небольшая масса и компактность. При внешнем смесеобразовании в картеры этих двигателей поступает рабочая смесь и продувка рабочего пространства производится этой смесью, при этом часть заряда выбрасывается в выхлопной коллектор, что снижает экономичность работы двигателя.

Известны также конструкции 2-тактных двигателей внутреннего сгорания с продувочными лепестковыми клапанами на многодырчатом днище поршня (см. например а. с. 318722), которые однако не нашли применения из-за плохой организации потока свежего заряда в рабочем пространстве цилиндра двигателя.

Петлевая схема продувки рабочего пространства цилиндра 2-тактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой предполагает наличие выхлопных окон на стенке цилиндра, даже при наличии клапана в поршне для продувки, что не освобождает двигатель от недостатков, отмеченных выше.

Наиболее экономичная схема очистки рабочего пространства цилиндра 2-тактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, прямоточная, которая предполагает наличие выхлопных клапанов в головке блока и продувочного на поршне двигателя.

Целью изобретения является уменьшение износа деталей цилиндропоршневой группы путем ликвидации продувочных и выхлопных окон на стенках цилиндра 2-тактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой.

Указанная цель достигается установкой продувочного клапана чашечного типа в полости шаровой головки шатуна, сочлененной с поршнем, имеющем в днище одно или несколько отверстий для пропуска воздуха или рабочей смеси в рабочее пространство цилиндра двигателя. Клапан приводится в движение посредством толкателя, штанги и пружин кулачком, расположенным на шатунной шейке коленчатого вала двигателя.

С целью улучшения очистки рабочей полости цилиндра от отработанных газов и более равномерного распределения рабочей смеси (при продувке смесью) в центре полости головки шатуна установлен дефлектор, имеющий наклонные к оси головки каналы для прохода заряда, закручивающие рабочую смесь в спираль, и канавки для уплотнительных колец. Цилиндрическая поверхность дефлектора является направляющей для чашечного клапана.

Силовое замыкание привода чашечного клапана состоит из 2-х упругих элементов: цилиндрическая пружина открывает клапан при запуске двигателя, после запуска этому способствует сила инерции привода; тарельчатая пружина компенсирует износ привода и неточность сборки при закрытии клапана. Конструкция привода позволяет регулировать усилие, действующее на закрытый чашечный клапан, изменяя расстояние между седлом и рабочим профилем кулачка путем установки компенсаторных колец в соединение шаровой головки и шатуна.

Инерционные нагрузки в В.М.Т. воспринимает регулировочный винт, установленный в шаровой головке шатуна, а Н.М.Т. - рабочий профиль кулачка.

Интенсивное охлаждение головки шатуна и поршня способствует длительной и безаварийной работе двигателя.

Возможность вращения поршня вокруг своей оси на шаровой головке шатуна способствует хорошей приработке с гильзой цилиндра.

Такая форма выполнения клапана и механизма привода позволит ликвидировать боковые продувочные окна на зеркале цилиндра, улучшить охлаждение поршня и головки шатуна и, при наличии выхлопных клапанов в головке блока, применить наиболее экономичную схему продувки, прямоточную, что позволит снизить удельный расход топлива в 2 раза.

Кулачковый привод продувочного клапана изображен на чертежах, где на
фиг.1 - разрез по оси цилиндра двигателя,
фиг.2 - вид по стрелке А на головку поршня,
фиг.3 - дефлектор в 2-х проекциях,
фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1,
фиг.5 - разрез по В-В на фиг.4,
фиг.6 - положение чашечного клапана при положении поршня в В.М.Т.

Кулачковый привод продувочного клапана 2-тактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой содержит: кулачок 1, расположенный на шатунной шейке 2 коленчатого вала двигателя, толкатель 4, расположенный между 2-мя подшипниками 3, штангу 5, на другом конце которой установлен с возможностью осевого смещения, чашечный клапан 6, имеющий уплотнительный пояс по краю и отверстия в центре для сухарей 7, а также одно или несколько отверстий для отвода прорвавшихся через уплотнительные кольца 8 газов продуктов сгорания.

Конусный пояс по краю чашечного клапана 6 контактирует с седлом 9, имеющим ответную конусную поверхность, который закреплен в шаровой головке 10, шатуна 16, имеющей, со стороны рабочего пространства, отверстия для прохода продувочного воздуха.

В центре шаровой головки 10 шатуна 16 закреплен дефлектор 11 (см фиг.3, 6), на боковой поверхности которого установлены уплотнительные кольца 8 и который имеет радиально ориентированные, наклонные к оси головки 10 шатуна 16, каналы для прохода продувочного воздуха, перекрываемые чашечным клапаном 6.

Соосно со штангой 5 в дефлекторе 11 установлен на резьбе регулировочный винт 12 и контргайка 13. Штанга 5 своим буртиком воздействует на чашечный клапан 6 через втулку 14 и тарельчатую пружину 15.

В цилиндрических расточках шатуна 16 установлены также пружина сжатия 17, направляющая втулка 18. Шаровая головка 10 и шатун 16 соединены между собой через компенсаторные кольца 18, с помощью которых регулируется величина деформации тарельчатой пружины 15, т.е. усилие прижатия чашечного клапана 6 к седлу 9. Тепловой зазор S между регулировочным винтом 12 и верхним концом штанги 5 устанавливается при положении поршня в В.М.Т. в пределах 0,1-0,2 мм.

Поршень двигателя 19 и сочлененная с ним шаровая головка 10 шатуна 16 уплотняются между собой кольцами 20 и фиксируются резьбовой втулкой 21.

Кулачковый привод продувочного клапана поршневого 2-тактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой работает следующим образом.

При движении поршня 19 от В.М.Т. к Н.М.Т. в рабочем пространстве происходит расширение продуктов сгорания, при этом все клапаны закрыты, выпускной 22, продувочный 6, всасывающий 23, в картере при этом происходит сжатие свежего заряда воздуха. После поворота коленчатого вала на 120^o открывается выпускной клапан 22, и на 125^o открывается продувочный клапан 6 под действием пружин 15 и 17 и сил инерции механизма привода происходит продувка рабочего пространства цилиндра 24. На фиг.1 показан момент начала открытия продувочного клапана 6. Поток воздуха, проходя через дефлектор 11, закручивается в спираль, что способствует хорошей очистке рабочего пространства. После прохода Н.М.Т. продувочный клапан начинает закрываться, при этом кулачок 1, преодолевая силы инерции и, сжимая пружину 17, перемещает толкатель 4 и закрепленную на нем с помощью штифта 27 штангу 5, которая своим упорным буртом, действуя через втулку 14 и тарельчатую пружину 15, перемещает продувочный клапан 6 к седлу 8. На 230^o от В.М.Т. продувочный клапан закроется, кромка чашечного клапана 6 сядет на седло 9, штанга 5, продолжая движение, деформируя пружину 15, через 2÷2,5 мм верхним концом упрется в регулируемый упор 12, установленный на величину хода ее. Ход штанги 5 всегда больше хода чашечного клапана 6 на величину деформации тарельчатой пружины 15. Сила, прижимающая чашечный клапан к седлу, находится в прямой зависимости от величины деформации тарельчатой пружины 15 и регулируется установкой компенсаторных колец 18 в соединение шаровой головки 10 и фланца шатуна 16. Толщина компенсаторных колец 18 должна быть кратной 1/4 хода резьбового соединения с тем, чтобы после затяжки резьбового соединения шаровая головка 10 заняла определенное положение по отношении к плоскости качания шатуна 16.

На 235^o от В. М.Т. закроется выпускной клапан 22 и откроется впускной клапан 23, и при дальнейшем повороте коленчатого вала поршень 19 в рабочем пространстве сжимает заряд воздуха, а в картер двигателя засасывается новая порция воздуха. При подходе поршня к В.М.Т. через форсунку 25 подается порция топлива, свеча 26 воспламеняет смесь и цикл повторяется.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит клапан в поршне, кулачок, толкатель и штангу с элементами силового замыкания. Согласно изобретению кулачок закреплен на шатунной шейке коленчатого вала, а толкатель и штанга с элементами силового замыкания установлены в теле шатуна. При этом в полости шаровой головки шатуна, имеющей отверстия для пропуска продувочного воздуха, установлены дефлектор с уплотнительными кольцами, а боковая поверхность дефлектора служит направляющей для чашечного клапана, имеющего по краю уплотнительный конус, контактирующий с ответной конусной поверхностью седла. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кулачковый привод продувочного клапана поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, содержащий клапан, кулачок, толкатель и штангу с элементами силового замыкания, отличающийся тем, что кулачок закреплен на шатунной шейке коленчатого вала, толкатель и штанга с элементами силового замыкания установлены в теле шатуна, а в полости шаровой головки шатуна, имеющей отверстия для пропуска продувочного воздуха, установлены дефлектор с уплотнительными кольцами, боковая поверхность которого служит направляющей для чашечного клапана, имеющего уплотнительный конус по краю, контактирующий с седлом, имеющим ответную конусную поверхность.2. Кулачковый привод по п.1, отличающийся тем, что штанга воздействует на чашечный клапан через упругий элемент, например, тарельчатую пружину, прижимающую чашечный клапан к седлу.3. Кулачковый привод по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в дефлекторе установлен регулировочный винт с контргайкой.