СПОСОБ РЕВЕРСИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ СТАРТЕРОМ И МЕХАНИЗМОМ ПРИВОДА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА И ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ С ЗАРЯДКОЙ ЕГО ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРА СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ Российский патент 2014 года по МПК F02D27/00 F01L9/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший аналог заявленного изобретения - патент 2403409 «Клапан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания». Система пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с клапаном-отсечкой действует следующим образом. Поршень двигателя внутреннего сгорания 1 (фиг.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 ДВС (на фигуре не показана) отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник управления потоком жидкости 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 управления потоком жидкости 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, и он 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, по соображениям экономии топлива подается в воздухозаборный тракт двигателя. При рабочем такте (сгорание и расширение продуктов сгорания) давление в камере сгорания ДВС 2 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 6 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 из пневмоаккумулятора 6 по каналу 16 поступает в нижнюю полость поршня клапана-отсечки 17. 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.

Второй ближайший аналог заявленного изобретения патент 2392482 «Клапан-отсечка пневматического привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания». Привод действует следующим образом. Поршень ДВС 1 (фиг.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 плунжера топливной форсунки 10, и он, и соединенный с ним плунжер топливной форсунки 11 движутся вниз. Топливо через обратный клапан топливной 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 плунжера топливной форсунки 10. Поршень привода плунжера топливной форсунки 10 и плунжер топливной 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 топливной форсунки 11. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 9, 15 и 13, 16 выбрасывается в атмосферу или, если это топливная смесь, то 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. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 6 рабочим телом определяется жесткостью пружины 21. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 6.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель заявленного изобретения - создание механизма реверсирования вращения коленвала ДВС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ реверсирования вращения коленчатого вала ДВС базируется на механизме пневматического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой атмосферным воздухом общего для всех цилиндров ДВС пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре ДВС.

На фигуре 3 представлена схема механизма привода пневматического газораспределительного клапана и привода топливной форсунки атмосферным воздухом из общего для всех цилиндров пневмоаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре ДВС. Приводы действуют следующим образом. При пуске ДВС на такте сжатия воздуха или топливной смеси (в последующем и 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 и 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 ДВС 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 правую компрессорную полость поршня компрессора 3. 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. Поршень механизма стопора 9 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 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 отслеживает текущее положение его поршня. В момент времени, когда требуется впрыснуть плунжером форсунки 21 топливо в камеру сгорания, система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха 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 форсунки 22 в нижнее положение и воздух из пневмоаккумулятора 5 по каналам 23 и 27 поступает в нижнюю полость поршня привода плунжера форсунки 25, и плунжер форсунки 21 движется вверх. Одновременно через обратный клапан топливного бака 30 из топливного бака (на фигуре не показан) топливо всасывается в полость плунжера топливной форсунки 21. В обоих случаях отработавший воздух по каналам 24, 28 и 27, 29 выбрасывается в атмосферу.

Реверсирование вращения коленвала ДВС на основе реверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его пневмоаккумулятора сжатым воздухом энергией газов из цилиндра ДВС осуществляется следующим образом. Система управления соединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС и вращает его в задаваемом направлении вращения коленвала ДВС. Система управления на такте сжатия при закрытых газораспределительных клапанах в момент времени, когда над поршнем давление сжимаемого воздуха или топливной смеси увеличится до величины, обеспечивающей оптимальный для данных условий сгорания топлива уровень, система управления разъединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС, форсункой впрыскивает топливо в камеру сгорания и воспламеняет топливо свечой зажигания. Одновременно система управления устанавливает последовательность открытия и закрытия газораспределительных клапанов и срабатывания топливной форсунки в соответствии с заданным направлением вращения коленвала.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ реверсирования вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на основе реверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его пневмоаккумулятора сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, включающего систему управления, золотник управления потоком воздуха поршня привода топливной форсунки, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, обратный клапан пневмоаккумулятора, поршня привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, свечу зажигания, золотник управления потоком воздуха поршня привода выпускного газораспределительного клапана, обратный клапан выпускного газораспределительного клапана и поршень привода выпускного газораспределительного клапана, отличающийся тем, что при реверсировании вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания система управления соединяет вал реверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, устанавливает направление вращения вала реверсивного стартерного механизма в соответствующее задаваемому направлению вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания и на такте сжатия воздуха или топливной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки разъединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и устанавливает золотник управления потоком воздуха поршня привода топливной форсунки в положение, при котором сжатый воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении в которую поршень привода плунжера топливной форсунки и соединенный с ним плунжер топливной форсунки движутся и через обратный клапан плунжера топливной форсунки плунжер топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и воспламеняет его свечой зажигания, и в конце процесса расширения продуктов сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях нижней мертвой точки устанавливает золотник управления потоком воздуха поршня привода выпускного газораспределительного клапана в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан выпускного газораспределительного клапана поступает в ту полость поршня привода выпускного газораспределительного клапана, при поступлении в которую поршень привода выпускного газораспределительного клапана и соединенный с ним выпускной газораспределительный клапан движутся и выпускной газораспределительный клапан открывается, и после того как отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу, кинетическая энергия маховика и коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания вращают коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, система управления в дальнейшем механизмами привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой из пневмоаккумулятора сжатым воздухом за счет энергии газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания обеспечивает порядок срабатывания газораспределительных клапанов и топливной форсунки в соответствии с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном развитии электроники создание системы управления двигателем не более чем рутинная задача, являющаяся отдельной задачей проектирования ДВС.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура 1. Схема пневматического привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапаном-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 топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания с клапаном-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 топливной форсунки; 11 - плунжер топливной форсунки; 12 - обратный клапан топливной форсунки; 14 - обратный клапан топливного бака; 18 - поршень привода запорного клапана; 19 - запорный клапан. 21 - пружина запорного клапана.

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

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 управления 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 области управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности управления при реверсировании ДВС. Сущность изобретения заключается в том, что система управления соединяет вал реверсивного стартерного механизма с коленвалом ДВС и вращает его. В конце такта сжатия система управления направляет воздух из пневмоаккумулятора в полость привода плунжера топливной форсунки, и происходит впрыск топлива в камеру сгорания с воспламенением его свечой зажигания. После чего система и разъединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС. После сгорания система направляет воздух из пневмоаккумулятора в полость поршня привода выпускного клапана и открывает его. Пневматическая система управления газораспределением и впрыском топлива позволяет эффективно работать ДВС как в одном, так и в противоположном направлении вращения вала. 3 ил.

Способ реверсирования вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на основе реверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его пневмоаккумулятора сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, включающего систему управления, золотник управления потоком воздуха поршня привода топливной форсунки, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятор с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, обратный клапан пневмоаккумулятора, поршня привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, свечу зажигания, золотник управления потоком воздуха поршня привода выпускного газораспределительного клапана, обратный клапан выпускного газораспределительного клапана и поршень привода выпускного газораспределительного клапана, отличающийся тем, что при реверсировании вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания система управления соединяет вал реверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, устанавливает направление вращения вала реверсивного стартерного механизма в соответствующее задаваемому направлению вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, и на такте сжатия воздуха или топливной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки, разъединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и устанавливает золотник управления потоком воздуха поршня привода топливной форсунки в положение, при котором сжатый воздух из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания пневмоаккумулятора с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении в которую поршень привода плунжера топливной форсунки и соединенный с ним плунжер топливной форсунки движутся и через обратный клапан плунжера топливной форсунки плунжер топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и воспламеняет его свечой зажигания, и в конце процесса расширения продуктов сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях нижней мертвой точки устанавливает золотник управления потоком воздуха поршня привода выпускного газораспределительного клапана в положение, при котором сжатый воздух из пневмоаккумулятора с зарядкой его сжатым воздухом за счет энергии газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан выпускного газораспределительного клапана поступает в ту полость поршня привода выпускного газораспределительного клапана, при поступлении в которую поршень привода выпускного газораспределительного клапана и соединенный с ним выпускной газораспределительный клапан движутся и выпускной газораспределительный клапан открывается, и после того как отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу, кинетическая энергия маховика и коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания вращают коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, система управления в дальнейшем механизмами привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой их пневмоаккумулятора сжатым воздухом за счет энергии газов из цилиндра двигателя внутреннего сгорания обеспечивает порядок срабатывания газораспределительных клапанов и топливной форсунки в соответствии с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.