СПОСОБ ПРИВОДА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА И ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ АТМОСФЕРНЫМ ВОЗДУХОМ ИЗ ОБЩЕГО ДЛЯ ВСЕХ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРА Российский патент 2014 года по МПК F16K31/122 F01L9/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Первый ближайший аналог заявленного изобретения - патент 2403409 «Капан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания». Действует она следующим образом. Поршень ДВС 1 (Фигура 1) при такте сжатия сжимает рабочее тело (воздух или топливную смесь) в камере сгорания 2. При этом часть его из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3, через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления (на фигуре не показана) отслеживает текущее положение поршня ДВС 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 газораспределительного клапана 11, и газораспределительный клапан 7 закрывается. И, 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, и газораспределительный клапан 7 закрывается. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 10, 13, 14, 15 выбрасывается в атмосферу, а в бензиновом двигателе, где рабочее тело представляет собой топливную смесь, в воздухозаборный тракт двигателя. Когда давление рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 превысит рабочий уровень, воздух из пневмоаккумулятора 6 по трубопроводу 16 поступает в нижнюю полость поршня привода запорного клапана 17, в результате чего запорный клапан 18 перекрывает канал 19 и поступление воздуха в пневмоаккумулятор 6 прекращается. Уровень давления рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 определяется жесткостью пружины запорного клапана 20. Чем больше жесткость ее, тем выше давление рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6.

Второй ближайший аналог заявленного изобретения - патент 2392482, «Клапан-отсечка пневматического привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания». Привод действует следующим образом. Поршень ДВС 1 (Фигура 2) при такте сжатия сжимает рабочее тело в камере сгорания 2. При этом часть его из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3, через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и в момент времени, когда требуется подать топливо в камеру сгорания 2, устанавливает золотник 7 в положение, как показано на Фигуре 1. Рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 8 и 9 поступает в верхнюю полость поршня привода форсунки 10, и он, и соединенный с ним плунжер топливной форсунки 11 движутся вниз. Топливо через обратный клапан форсунки 12 впрыскивается в камеру сгорания 2. Затем система управления переводит золотник 7 в нижнее положение, и рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 8 и 13 поступает в нижнюю полость поршня привода форсунки 10. Поршень привода форсунки 10 и плунжер форсунки 11 перемещаются в верхнее положение, и топливо из топливного бака (на фигуре не показан) через обратный клапан топливного бака 14 засасывается в полость плунжера форсунки 11. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 9, 15 и 13, 16 выбрасывается в атмосферу или, если это топливная смесь, во впускной коллектор. Когда давление рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 превысит рабочий уровень, рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по трубопроводу 17 поступает в нижнюю полость поршня привода запорного клапана 18, в результате чего запорный клапан 19 перекрывает канал 20 и поступление рабочего тела в пневмоаккумулятор 6 прекращается.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель заявленного изобретения - создание системы пневматического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки, способной управлять степенью сжатия воздуха в цилиндре ДВС, рециркуляцией выхлопных газов и реверсом за счет энергии газов в цилиндре ДВС в зависимости от нагрузки на ДВС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фигуре 3 представлена схема системы пневматического газораспределительного клапана и привода топливной форсунки атмосферным воздухом из общего для всех цилиндров ДВС пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре. Привод действует следующим образом. При пуске ДВС на такте сжатия воздуха или топливной смеси (в последующем на рабочем такте - продукты сгорания) поршнем ДВС 1 газы в камере сгорания ДВС 2 (далее - камера сгорания 2) давят на левую торцевую поверхность поршня компрессора 3. В результате поршень компрессора 3 движется вправо (по рисунку). Сжимаемый находящийся в правой торцевой компрессорной полости поршня компрессора 3 воздух через обратный клапан пневмоаккумулятора 4 поступает в общий для всех цилиндров пневмоаккумулятор 5 (далее - пневмоаккумулятор 5). Полная зарядка пневмоаккумулятора 5 происходит при пуске ДВС за один или несколько тактов сжатия воздуха или топливной смеси в камере сгорания 2, а дозарядка может и на такте расширения продуктов сгорания.

На такте всасывания воздуха в камеру сгорания 2 давление воздуха в ней уменьшается, пружина поршня компрессора 6 перемещает поршень компрессора 3 влево и воздух из атмосферы через впускной обратный клапан 7 засасывается в его правую компрессорную полость. Как только давление воздуха в пневмоаккумуляторе 5 возрастет до величины, обеспечивающей оптимальное функционирование газораспределительного клапана и топливной форсунки, воздух из пневмоаккумулятора 5 по трубопроводу 8 поступает в нижнюю полость поршня механизма стопора 9, в результате чего он перемещается вверх и стопором 10 входит в проточку поршня компрессора 3, и стопорит его. Поступление сжатого воздуха в пневмоаккумулятор 5 прекращается. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 5 определяется жесткостью пружины поршня механизма стопора 11. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 5. Для открытия газораспределительного клапана система управления ДВС отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и, в момент времени, когда требуется его открыть, устанавливает золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана 12 в положение, как показано на фигуре. Сжатый воздух из пневмоаккумулятора 5 по каналам 13 и 14 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 15. Под его воздействием газораспределительный клапан 16 открывается и, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 17 поступать в камеру сгорания 2 или, если он выпускной, вытекать в атмосферу продуктам сгорания из камеры сгорания 2. Для закрытия газораспределительного клапана 16 система управления устанавливает золотник управление потоком воздуха газораспределительного клапана 12 в нижнее положение, и воздух из пневмоаккумулятора 5 по каналам 13 и 18 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 15, и газораспределительный клапан 16 закрывается. В обоих случаях отработавший воздух по каналам 14, 19 и 18, 20 выбрасывается в атмосферу. Для подачи топлива в камеру сгорания, например, того цилиндра, который показан в правой нижней части рисунка, система управления ДВС отслеживает текущее положение его поршня. В момент времени, когда требуется впрыснуть плунжером топливной форсунки 21 топливо в камеру сгорания, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки 22 в положение, как показано на фигуре. Сжатый воздух из пневмоаккумулятора 5 по каналам 23 и 24 поступает в верхнюю полость поршня привода плунжера форсунки 25. Под его воздействием поршень привода плунжера топливной форсунки 25 движется вниз и соединенным с ним плунжером форсунки 21 через обратный клапан плунжера форсунки 26 впрыскивает дозу топлива в камеру сгорания. Для подготовки плунжера форсунки 21 к очередному впрыску топлива система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки 22 в нижнее положение, и воздух из пневмоаккумулятора 5 по каналам 23 и 27 поступает в нижнюю полость поршня привода плунжера топливной форсунки 25, и плунжер плунжера форсунки 21 движется вверх. В обоих случаях отработавший воздух по каналам 24, 28 и 27, 29 выбрасывается в атмосферу. Одновременно через обратный клапан топливного бака 30 из топливного бака (на фигуре не показан) топливо всасывается в полость плунжера топливной форсунки 21.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ привода газораспределительного клапана и привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания системой пневматического привода газораспределительного клапана и привода топливной форсунки атмосферным воздухом из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащей поршень компрессора, обратный клапан пневмоаккумулятора, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор, пружину поршня компрессора, впускной обратный клапан, газораспределительный клапан, систему управления, золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана, поршень привода газораспределительного клапана, золотник управления потоком воздуха топливной форсунки, поршень привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, обратный клапан плунжера топливной форсунки и обратный клапан топливного бака, отличающийся тем, что газы в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (сжимаемый воздух, или топливная смесь, или продукты сгорания) давят на торцевую поверхность поршня компрессора и в противоположной торцевой полости поршень компрессора сжимает находящийся там воздух, который через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор, и после окончания движения поршня компрессора на такте всасывания воздуха в цилиндр двигателя внутреннего сгорания пружина поршня компрессора, расположенная в противоположной торцевой полости поршня компрессора, перемещает поршень компрессора в исходное положение, в результате чего воздух из атмосферы через впускной обратный клапан всасывается в противоположную торцевую полость поршня компрессора и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении в которую обеспечивается движение поршня привода газораспределительного клапана для открытия соединенного с ним газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан открывается, а для закрытия газораспределительного клапана система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода газораспределительного клапана и соединенного с ним газораспределительного клапана в закрытое положение, и газораспределительный клапан закрывается, и в момент времени, когда требуется подать топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода топливной форсунки и соединенного с ним плунжера топливной форсунки, и плунжер топливной форсунки через обратный клапан топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, а затем система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода топливной форсунки и соединенного с ним плунжера топливной форсунки в исходное положение, при котором плунжер топливной форсункой через обратный клапан топливного бака всасывает топливо из топливного бака.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Требования к материалам и технологиям для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития электроники создание системы управления пневматическим приводом газораспределительного клапана и топливной форсунки не более чем рутинная задача, являющаяся отдельной темой проектирования ДВС.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура 1. Схема пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с капаном-отсечкой.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3, 8, 9, 13, 15, 16, 17, 20 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - золотник; 10 - поршень привода плунжера форсунки; 11 - плунжер форсунки; 12 - обратный клапан форсунки; 14 - обратный клапан топливного бака; 18 - поршень привода запорного клапана; 19 - запорный клапан; 21 - пружина запорного клапана.

Фигура 2. Схема пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с капаном-отсечкой.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3, 8, 9, 13, 15, 16, 17, 20 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - золотник; 10 - поршень привода плунжера форсунки; 11 - плунжер форсунки; 12 - обратный клапан форсунки; 14 - обратный клапан топливного бака; 18 - поршень привода запорного клапана; 19 - запорный клапан; 21 - пружина запорного клапана.

Фигура 3. Схема системы пневматического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки атмосферным воздухом из общего для всех цилиндров ДВС пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3 - поршень компрессора; 4 - обратный клапан пневмоаккумулятора; 5 - общий для всех цилиндров пневмоаккумулятор; 6 - пружина поршня компрессора; 7 - впускной обратный клапан; 8, 13, 14, 17, 18, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 29 - каналы и трубопроводы; 9 - поршень механизма стопора; 10 - стопор; 11 - пружина поршня механизма стопора; 12 - золотник управление потоком воздуха газораспределительного клапана; 15 - поршень привода газораспределительного клапана; 16 - газораспределительный клапан; 21 - плунжер топливной форсунки; 22 - золотник управления потоком воздуха топливной форсунки; 25 - поршень привода плунжера топливной форсунки; 26 - обратный клапан плунжера топливной форсунки; 30 - обратный клапан топливного бака.

Изобретение относится к системам приводов, в частности газораспределительных клапанов и форсунок. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) за счет регулирования газораспределения. Сущность изобретения заключается в том, что газы в цилиндре перемещают поршень компрессора, который закачивает атмосферный воздух через обратный клапан в общий для всех цилиндров пневмоаккумулятор. На такте всасывания в цилиндре пружина компрессора перемещает его поршень в исходное положение, и воздух из атмосферы через обратный клапан засасывается в компрессорную полость. Для открытия клапана ДВС система управления устанавливает его золотник в положение, при котором воздух из общего пневмоаккумулятора поступает в полость привода клапана и открывает его. Закрытие происходит в обратном порядке. Для подачи топлива в камеру сгорания система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха форсунки в положение, при котором воздух из общего пневмоаккумулятора поступает в полость привода плунжера форсунки. Поршень привода форсунки приводит плунжер и осуществляет впрыск. Подготовка плунжера форсунки к очередному впрыску происходит в обратном порядке, в результате топливо из бака через обратный клапан всасывается в полость плунжера форсунки. 3 ил.

Способ привода газораспределительного клапана и привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания системой пневматического привода газораспределительного клапана и привода топливной форсунки атмосферным воздухом из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, содержащей поршень компрессора, обратный клапан пневмоаккумулятора, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор, пружину поршня компрессора, впускной обратный клапан, газораспределительный клапан, систему управления, золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана, поршень привода газораспределительного клапана, золотник управления потоком воздуха топливной форсунки, поршень привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, обратный клапан плунжера топливной форсунки и обратный клапан топливного бака, отличающийся тем, что газы в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (сжимаемый воздух, или топливная смесь, или продукты сгорания) давят на торцевую поверхность поршня компрессора и в противоположной торцевой полости поршень компрессора сжимает находящийся там воздух, который через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор, и после окончания движения поршня компрессора на такте всасывания воздуха в цилиндр двигателя внутреннего сгорания пружина поршня компрессора, расположенная в противоположной торцевой полости поршня компрессора, перемещает поршень компрессора в исходное положение, в результате чего воздух из атмосферы через впускной обратный клапан всасывается в противоположную торцевую полость поршня компрессора и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении в которую обеспечивается движение поршня привода газораспределительного клапана для открытия соединенного с ним газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан открывается, а для закрытия газораспределительного клапана система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода газораспределительного клапана и соединенного с ним газораспределительного клапана в закрытое положение, и газораспределительный клапан закрывается, и в момент времени, когда требуется подать топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода топливной форсунки и соединенного с ним плунжера топливной форсунки, и плунжер топливной форсунки через обратный клапан топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, а затем система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха топливной форсунки в положение, при котором воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении сжатого воздуха в которую обеспечивается движение поршня привода топливной форсунки и соединенного с ним плунжера топливной форсунки в исходное положение, при котором плунжер топливной форсункой через обратный клапан топливного бака всасывает топливо из топливного бака.