СПОСОБ ЗАРЯДКИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТЬЮ ГИДРОАККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА И ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ ЭНЕРГИЕЙ ГАЗОВ ИЗ ДВУХ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F16K31/122 F01L9/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Энергия сжимаемого в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС) рабочего тела - воздуха, топливной смеси, продуктов может напрямую использоваться для привода различных механизмов, например для привода газораспределительного механизма двигателя, патент 2403409, или привода топливной форсунки, патент 2392482 - ближайшие аналоги заявленного изобретения. Принцип действия привода воздушного компрессора с рабочим телом из цилиндра ДВС поясняется на основе патента 2403409 «Клапан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания».

Поршень двигателя внутреннего сгорания 1 при такте сжатия сжимает рабочее тело - воздух или топливную смесь - в камере сгорания 2. При этом часть рабочего тела из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3 через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления ЛВС пневматическим приводом газораспределительных клапанов (система управления на фигуре не показана) отслеживает текущее положение поршня ЛВС 1 и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник 8 в положение, как показано на фигуре. Рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 10 поступает в верхнюю полость поршня привода клапана 11, в результате чего газораспределительный клапан 7, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 12 поступать в камеру сгорания 2, или если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2. Для закрывания газораспределительного клапана 7 система управления устанавливает золотник 8 в нижнее положение, и рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 13 поступает в нижнюю полость поршня привода 11, газораспределительный клапан 7 закрывается. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 10, 13, 14, 15 выбрасывается в атмосферу, а в карбюраторном двигателе, где рабочее тело представляет собой топливную смесь, по соображениям экономии топлива подается в воздухозаборный тракт двигателя. При рабочем такте (сгорание и расширение отработавших газов) давление в камере сгорания ДВС может достигать десятков атмосфер, а температура сотен и более градусов. Но для обеспечения работоспособности пневматического привода достаточно давления рабочего тела на порядок меньше. Ограничение давления рабочего тела в пневмоаккумуляторе до оптимального значения обеспечивает клапан-отсечка 4. Если давление поступающего из камеры сгорания 2 рабочего тела меньше оптимального, оно беспрепятственно проходит через клапан-отсечку 4 в пневмоаккумулятор 6. При повышении давления рабочего тела сверх оптимального рабочее тело по каналу 16 поступает в нижнюю полость поршня 17 клапана-отсечки. Под его воздействием поршень клапана-отсечки 17 и соединенный с ним запорный клапан 18 перемещаются вверх, и канал 19 перекрывается, зарядка пневмоаккумулятора 6 прекращается. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 6 рабочим телом определяется жесткостью пружины 20. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 6.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель заявленного изобретения - создание автоматизированной системы гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки рабочим телом из двух цилиндров двигателя внутреннего сгорания - унифицировать привод газораспределительного клапана и привода топливной форсунки таким образом, чтобы он подходил для всех типов ДВС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фигуре 2 представлена схема системы гидравлического привода газораспределительного клапана ДВС и топливной форсунки рабочим телом из двух цилиндров ДВС. Система действует следующим образом. При пуске ДВС поршень первого цилиндра ДВС 1 (далее - поршень 1) на такте сжатия сжимает рабочее тело - воздух или топливную смесь - в камере сгорания первого цилиндра ДВС 2 (далее - камера сгорания 2). Сжимаемое рабочее тело давит на левую (по рисунку) торцевую поверхность поршня привода компрессора 3, и он движется вправо (по рисунку). Находящаяся в правой полости поршня компрессора 4 рабочая жидкость (далее - жидкость) через обратный клапан 5 поступает в гидроаккумулятор 6. Одновременно жидкость из компенсационного бачка 7 через обратный клапан 8 поступает в левую полость поршня компрессора 4. После прибытия поршня 1 в верхнюю мертвую точку на такте сжатия в камере сгорания второго цилиндра ДВС 9 (далее - камера сгорания 9) сжимаемое рабочее тело давит на правую торцевую поверхность поршня привода компрессора 10 и толкателем 11 перемещает поршень компрессора 4 влево. Находящаяся в левой полости поршня компрессора 4 жидкость через обратный клапан 12 поступает в гидроаккумулятор 6. Одновременно жидкость из компенсационного бачка 7 через обратный клапан 13 поступает в правую полость поршня компрессора 4. В интересах оптимальной компоновки системы гидравлического привода между поршнем привода компрессора 10 и поршнем компрессора 4 может помещаться компенсирующий элемент 14. На схеме он изображен в шариковом исполнении. Когда давление жидкости в гидроаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающего оптимальное функционирование газораспределительного клапана первого цилиндра 15 (далее - газораспределительный клапан 15), жидкость из гидроаккумулятора 6 по трубопроводу 16 поступает в нижнюю полость поршня стопора 17. Поршень стопора 17 и соединенный с ним стопор 18 занимают верхнее положение. Стопор 18 входит в контакт с одной из боковых поверхностей поршня компрессора 4, блокирует движение поршня компрессора 4 и поступление жидкости в пневмоаккумулятор 6 прекращается.

Управление газораспределительным клапаном системы гидравлического привода газораспределительного клапана осуществляется следующим образом. Для открытия газораспределительного клапана 15 система управления отслеживает текущее положение поршня 1 и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 15, устанавливает золотник управления потоком жидкости 19 в положение как показано на фигуре. Жидкость из гидроаккумулятора 6 по каналам 20 и 21 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 22, соединенного штоком 23 с газораспределительным клапаном 15. Под действием давления жидкости газораспределительный клапан 15 открывается и, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 24 поступать в камеру сгорания 2 или, если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2 в атмосферу. Жидкость из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 22 по каналам 25 и 26 поступает в компенсационный бачок 7. Для закрытия газораспределительного клапана 15 система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости 19 в нижнее положение. Теперь жидкость из гидроаккумулятора 6 по каналам 20 и 25 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 15, и он закрывается. Отработавшая жидкость из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 15 по каналам 21 и 26 поступает в компенсационный бачок 7. При понижении давления жидкости в гидроаккумуляторе 6 в результате срабатывания газораспределительного клапана 15 меньше величины, обеспечивающей его оптимальное функционирование, пружина стопора 27 переводит поршень стопора 17 и стопор 18 в нижнее положение. Поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 готовы к очередному циклу подзарядки гидроаккумулятора 6.

Управление газораспределительным клапаном второго цилиндра происходит аналогичным образом. Для закрытия газораспределительного клапана второго цилиндра 28 (далее - газораспределительный клапан 28) система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости 29 в положение как показано на фигуре. Жидкость из пневмоаккумулятора 6 по каналам 30 и 31 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 32, и газораспределительный клапан 28 закрывается. Жидкость из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 32 по каналам 33 и 34 поступает в компенсационный бачок 7. Для открытия газораспределительного клапана 28 система управления переводит золотник управления потоком жидкости 29 в верхнее положение. Теперь жидкость из пневмоаккумулятора 6 по каналам 30 и 33 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 32, и газораспределительный клапан 28 открывается. Отработавшая жидкость из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 32 по каналам 31 и 35 поступает в компенсационный бачок 7. Подзарядка гидроаккумулятора 6 может происходить как при такте сжатия воздуха в камере сгорания 9, так и при такте сгорания топлива и расширении продуктов сгорания в обоих цилиндрах. Проблемы предотвращения выноса жидкости штоками 23, 36, поршнем привода компрессора 3 и толкателем 11 могут решаться различными способами. Например, на схеме показаны сильфоны 37, 38, 39 и 40, исключающие утечку жидкости из системы гидропривода. Таким образом, заявленный способ зарядки гидроаккумулятора жидкостью обеспечивает работоспособность системы гидравлического привода газораспределительного клапана

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ зарядки рабочей жидкостью гидроаккумулятора системы гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки энергией газов из двух цилиндров двигателя внутреннего сгорания, включающей поршни привода компрессора первого и второго цилиндра с установленным между ними поршнем компрессора, впускные и выпускные обратные клапаны правой и левой полостей поршня компрессора, гидроаккумулятор и компенсационный бачок, отличающийся тем, что на такте сжатия воздуха или топливной смеси в первом цилиндре двигателя внутреннего сгорания воздух или топливная смесь давит на торцевую поверхность поршня привода компрессора первого цилиндра, под их воздействием поршень привода компрессора начинает движение и соединенным с ним поршнем компрессора подает рабочую жидкость из правой полости поршня компрессора через обратный клапан правой полости поршня компрессора в гидроаккумулятор, одновременно жидкость из компенсационного бачка через обратный клапан левой полости поршня компрессора поступает в левую полость поршня компрессора, а затем после прибытия поршня первого цилиндра двигателя внутреннего сгорания в верхнюю мертвую точку во втором цилиндре двигателя внутреннего сгорания на такте сжатия воздух или топливная смесь или на такте сгорания топлива и расширения продуктов сгорания продукты сгорания давят на торцевую поверхность поршня привода компрессора второго цилиндра, под их воздействием поршень привода компрессора начинает движение и соединенным с ним поршнем компрессора подает рабочую жидкость из левой полости поршня компрессора через обратный клапан левой полости поршня компрессора в гидроаккумулятор, одновременно жидкость из компенсационного бачка через обратный клапан правой полости поршня компрессора поступает в правую полость поршня компрессора.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура 1.

Схема пневматического привода газораспределительного механизма и топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания с клапаном-отсечкой.

1 - поршень двигателя внутреннего сгорания; 2 - камера сгорания; 3, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 19 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - газораспределительный клапан; 8 - золотник; 11 - поршень привода газораспределительного клапана; 17 - поршень привода клапана-отсечки; 18 - запорный клапан; 20 - пружина.

Фигура 2. Схема системы гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки ДВС рабочим телом из двух цилиндров ДВС.

1 - поршень первого цилиндра ДВС; 2 - камера сгорания первого цилиндра ДВС; 3 - поршень привода компрессора; 4 - поршень компрессора; 5, 8, 12, 13 - обратный клапан; 6 - гидроаккумулятор; 7 - компенсационный бачок; 9 - камера сгорания второго цилиндра ДВС; 10 - поршень привода компрессора второго цилиндра; 11 - толкатель; 14 - компенсирующий элемент; 15 - газораспределительный клапан первого цилиндра; 16, 20, 21, 24, 25, 26, 30, 31, 33, 34, 35 - трубопроводы и каналы; 17 - поршень стопора; 18 - стопор; 19, 29 - золотник управления потоком жидкости; 22 - поршень привода газораспределительного клапана; 23, 36 - шток; 27 - пружина стопора; 28 - газораспределительный клапан второго цилиндра; 32 - поршень привода газораспределительного клапана второго цилиндра; 36 - шток; 37, 38, 39, 40 - сильфон.

Изобретение относится к области гидроприводов, в частности органов газораспределения. Техническим результатом является унификация привода для управления одним рабочим телом клапанов и топливной форсунки. Сущность изобретения заключается в том, что на такте сжатия в первом цилиндре воздух или топливная смесь давит на торцевую поверхность поршня привода компрессора, который приводит соединенный с ним поршень компрессора, и вытесняет в гидроаккумулятор рабочую жидкость через обратный клапан. Одновременно жидкость из компенсационного бачка через обратный клапан поступает в противоположную полость. Затем после прибытия поршня первого цилиндра двигателя внутреннего сгорания в верхнюю мертвую точку во втором цилиндре двигателя на такте сжатия или на такте сгорания топлива и расширения продуктов сгорания воздух, смесь или продукты сгорания давят на торцевую поверхность поршня привода компрессора второго цилиндра. Под их воздействием поршень привода компрессора перемещает соединенный с ним поршень компрессора, который подает рабочую жидкость из противоположной полости через обратный клапан в гидроаккумулятор. После чего цикл повторяется. 2 ил.

Способ зарядки рабочей жидкостью гидроаккумулятора системы гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки энергией газов из двух цилиндров двигателя внутреннего сгорания, включающей поршни привода компрессора первого и второго цилиндра с установленным между ними поршнем компрессора, впускные и выпускные обратные клапаны правой и левой полостей поршня компрессора, гидроаккумулятор и компенсационный бачок, отличающийся тем, что на такте сжатия воздуха или топливной смеси в первом цилиндре двигателя внутреннего сгорания воздух или топливная смесь давит на торцевую поверхность поршня привода компрессора первого цилиндра, под их воздействием поршень привода компрессора начинает движение и соединенным с ним поршнем компрессора подает рабочую жидкость из правой полости поршня компрессора через обратный клапан правой полости поршня компрессора в гидроаккумулятор, одновременно жидкость из компенсационного бачка через обратный клапан левой полости поршня компрессора поступает в левую полость поршня компрессора, а затем после прибытия поршня первого цилиндра двигателя внутреннего сгорания в верхнюю мертвую точку во втором цилиндре двигателя внутреннего сгорания на такте сжатия воздух или топливная смесь или на такте сгорания топлива и расширения продуктов сгорания продукты сгорания давят на торцевую поверхность поршня привода компрессора второго цилиндра, под их воздействием поршень привода компрессора начинает движение и соединенным с ним поршнем компрессора подает рабочую жидкость из левой полости поршня компрессора через обратный клапан левой полости поршня компрессора в гидроаккумулятор, одновременно жидкость из компенсационного бачка через обратный клапан правой полости поршня компрессора поступает в правую полость поршня компрессора.