СПОСОБ ПРИВОДА КЛАПАНОВ ТРЁХКЛАПАННОГО ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПРИВОДА С ЗАРЯДКОЙ ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ ПРИВОДА ГАЗОМ ИЗ КОМПЕНСАЦИОННОГО ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРА Российский патент 2015 года по МПК F01L1/28 F01L25/04 F16K31/122 F01L9/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения - авторское свидетельство 1744279 «Система одноклапанного газораспределения двигателя внутреннего сгорания», которая содержит закрепленные на боковой поверхности головки цилиндров и расположенные друг над другом впускной и выпускной коллекторы. В перемычке между ними установлена на шарнире заслонка. Полость выпускного коллектора, расположенная под заслонкой, связана с нижней частью надпоршневого пространства цилиндра импульсным каналом. При работе двигателя в процессе впуска заслонка под действием разрежения и собственного веса находится в нижнем положении и перекрывает выпускной коллектор. При расширении поршень, двигаясь вниз, открывает импульсный канал. Под импульсным воздействием давления отработавших газов заслонка откидывается и прижимается к впускному каналу коллектора. В этот момент открывается тарельчатый клапан, и отработавшие газы под действием избыточного давления выходят в выпускной коллектор, поддерживая при этом заслонку в верхнем положении.

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система одноклапанного газораспределения двигателя внутреннего сгорания по авторскому свидетельству 1744279 не позволяет оптимизировать процесс газораспределения в зависимости от нагрузки на двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Цель заявленного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить управление моментами открытия, закрытия и длительностью открытия и закрытия газораспределительного клапана и увеличить их время-сечения с целью оптимизации процессов газообмена во всем диапазоне нагрузок на ДВС.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется описанием принципа действия привода трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора. Для впуска воздуха или топливной смеси в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и впускной клапан в открытое положение, а выпускной клапан - в закрытое положение, для выпуска отработавших продуктов сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и выпускной клапан в открытое положение, а впускной клапан - в закрытое положение. Управление клапанами трехклапанного газораспределителя ДВС осуществляется следующим образом (см. фигуру). При пуске ДВС поршень ДВС 1 на такте сжатия сжимает воздух или топливную смесь в камере сгорания ДВС 2, которая давит на левую торцевую поверхность поршня привода компрессора 3, в результате чего он движется вправо (по рисунку). Находящееся в правой полости поршня компрессора 4 газообразное рабочее тело (далее - газ) через обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор системы привода 6 (далее - пневмоаккумулятор 6) и заряжает его. Зарядка пневмоаккумулятора 6 происходит при первом пуске ДВС, а дальнейшая подзарядка на рабочих тактах. Когда давление газа в пневмоаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающего оптимальное функционирование трехклапанного газораспределителя в составе впускного клапана 7, газораспределительного клапана 8 и выпускного клапана 9, газ из пневмоаккумулятора 6 по каналу 10 поступает в нижнюю полость поршня стопора 11. В результате поршень стопора 11 перемещается в верхнее положение, и соединенный с ним стопор 12 входит в выточку поршня компрессора 4, блокирует его движение и поступление газа в пневмоаккумулятор 6 прекращается. Для открытия газораспределительного клапана 8 система управления устанавливает золотник 13 в положение, как показано на фигуре. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14 и 15 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, соединенного штоком 17 с газораспределительным клапаном 8, в результате чего он занимает нижнее положение - открывается. Воздух или топливная смесь через канал впуска воздуха 18 и открытый газораспределительный клапан 8 поступает в камеру сгорания ДВС 2. Из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 отработавший газ по каналам 19, 20, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. При понижении давления газа в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей оптимальное функционирование привода впускного клапана 7, газораспределительного клапана 8 и выпускного клапана 9, пружина стопора 24 переводит поршень стопора 11 и стопор 12 в нижнее положение. На одном из последующих тактах всасывания воздуха или топливной смеси в камеру сгорания ДВС 2 пружина поршня компрессора 25 переводит поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6, положение. Газ из компенсационного пневмоаккумулятора 23 через обратный клапан 26 подается в правую полость поршня компрессора 4. Компрессор готов к очередному циклу подзарядки пневмоаккумулятора 6. По прибытии поршня ДВС 1 в нижнюю мертвую точку система управления переводит золотник 13 в правое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14 и 19 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 8 закрывается. Отработавший газ из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 клапана 16 по каналам 15, 27, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Перед тактом выпуска отработавших продуктов сгорания система управления закрывает впускной клапан 7 и открывает выпускной клапан 9. Для закрытия впускного клапана 7 система управления переводит золотник 28 в левое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 29, 30 поступает в левую полость поршня привода впускного клапана 31 и перемещает соединенный с ним штоком 32 впускной клапан 7 вправо, и он закрывается. Газ из правой полости поршня привода впускного клапана 31 по каналам 33, 34, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Для открытия выпускного клапана 9 система управления переводит золотник 35 в правое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 36 и 37 поступает в правую полость поршня привода выпускного клапана 38 и перемещает соединенный с ним штоком 39 выпускной клапан 9 влево, и он открывается. Отработавший газ из левой полости поршня привода выпускного клапана 38 по каналам 40, 41, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Для выпуска отработавших продуктов сгорания из камеры сгорания ДВС 2 система управления в начале такта выпуска продуктов сгорания переводит золотник 13 в левое положение и, как было показано выше, газораспределительный клапан 8 открывается. Из камеры сгорания ДВС 2 отработавшие продукты сгорания через канал выпуска отработавших продуктов сгорания 42 выбрасываются в выпускной коллектор. Проблемы предотвращения утечки газа через зазоры по образующим поверхностей штока газораспределительного клапана 17, штока впускного клапана 32, штока выпускного клапана 39 и штока поршня привода компрессора 43 решаются сильфонами 44, 45, 46, 47. Таким образом, заявленный способ привода трехклапанного газораспределителя ДВС гидравлической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора позволяет управлять моментами открытия, закрытия и временем нахождения в открытом положении каждого из этих клапанов в интересах оптимизации процессов газообмена во всем диапазоне нагрузок на ДВС. Замена впускного и выпускного клапанов на один трехклапанный газораспределитель в результате увеличения его время-сечения в силу интенсификации газообмена позволит при прочих равных условиях увеличить максимальное число оборотов ДВС.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ привода клапанов трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающего систему управления, газораспределительный клапан, впускной клапан, выпускной клапан, золотник управления потоком газа газораспределительного клапана, золотник управления потоком газа впускного клапана, золотник управления потоком газа выпускного клапана, компенсационный пневмоаккумулятор, поршень компрессора, пневмоаккумулятор системы привода, поршень привода газораспределительного клапана, поршень привода впускного клапана и поршень привода выпускного клапана, отличающийся тем, что для впуска воздуха или топливной смеси в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и впускной клапан в открытое положение, а выпускной клапан - в закрытое положение, для выпуска отработавших продуктов сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и выпускной клапан в открытое положение, а впускной клапан - в закрытое положение, для чего система управления отслеживает текущее положение поршней двигателя внутреннего сгорания и в соответствии с нагрузкой на двигатель внутреннего сгорания определяет для каждого клапана трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания моменты времени их открытия, закрытия и нахождения в открытом положении, после чего для открытия газораспределительного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа газораспределительного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан открывается, для закрытия газораспределительного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа газораспределительного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан закрывается, для открытия впускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие впускного клапана, и впускной клапан открывается, для закрытия впускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие впускного клапана, и впускной клапан закрывается, для открытия выпускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие выпускного клапана, и выпускной клапан открывается, для закрытия выпускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, при открытии и закрытии газораспределительного клапана, впускного клапана, выпускного клапана отработавший газ из противоположной полости поршня привода газораспределительного клапана, поршня привода впускного клапана, поршня привода выпускного клапана поступает в компенсационный пневмоаккумулятор, на такте всасывания воздуха или топливной смеси или на такте выпуска продуктов сгорания поршень компрессора перемещается в исходное для сжатия газа положение, и газ из компенсационного пневмоаккумулятора засасывается в полость поршня компрессора, на такте сжатия воздуха или топливной смеси сжимаемый в камере сгорания воздух или топливная смесь или на рабочем такте продукты сгорания приводят в действие поршень привода компрессора, и газ из полости поршня компрессора заряжает пневмоаккумулятор системы привода.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития систем автоматического управления создание системы управления для заявленного изобретения является вполне ординарной задачей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора:

1 - поршень ДВС 1; 2 - камера сгорания ДВС 2; 3 - поршень привода компрессора; 4 - поршень компрессора; 5, 22, 26 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - впускной клапан; 8 - газораспределительный клапан; 9 - выпускной клапан, 10, 14, 15; 19, 20, 21, 27, 29, 30, 33, 34, 36, 37, 40, 41 - канал; 11 - поршень стопора; 12 - стопор; 13, 28, 35 - золотник; 16 - поршень привода газораспределительного клапана; 17, 32, 39 - шток; 18 - канал впуска воздуха; 23 - компенсационный пневмоаккумулятор; 24 - пружина стопора; 25 - пружина поршня компрессора; 31 - поршень привода впускного клапана; 38 - поршень привода выпускного клапана; 42 - канал выпуска отработавших продуктов сгорания; 43 - шток поршня привода компрессора; 44, 45, 46, 47 - сильфон.

Изобретение относится к газораспределению двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности газообмена. Сущность изобретения заключается в том, что система содержит газораспределительный клапан, впускной клапан и выпускной клапан. При впуске в ДВС система управления устанавливает газораспределительный и впускной клапаны в открытое, а выпускной клапан - в закрытое положение, при выпуске газораспределительный и выпускной клапаны в открытое, а впускной клапан - в закрытое положение. Система управления отслеживает текущее положение поршней ДВС и, в соответствии с нагрузкой на ДВС, определяет для каждого клапана момент их открытия и закрытия. Для управления клапаном система устанавливает золотник управления соответствующего клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода этого клапана. Отработавший газ из противоположной полости поршня привода соответствующего клапана поступает в компенсационный пневмоаккумулятор, а затем - в полость поршня компрессора, приводимого сжимаемым в камере сгорания воздухом, или топливной смесью, или продуктами сгорания. 1 ил.

Способ привода клапанов трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающего систему управления, газораспределительный клапан, впускной клапан, выпускной клапан, золотник управления потоком газа газораспределительного клапана, золотник управления потоком газа впускного клапана, золотник управления потоком газа выпускного клапана, компенсационный пневмоаккумулятор, поршень компрессора, пневмоаккумулятор системы привода, поршень привода газораспределительного клапана, поршень привода впускного клапана и поршень привода выпускного клапана, отличающийся тем, что для впуска воздуха или топливной смеси в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и впускной клапан в открытое положение, а выпускной клапан - в закрытое положение, для выпуска отработавших продуктов сгорания система управления устанавливает газораспределительный клапан и выпускной клапан в открытое положение, а впускной клапан - в закрытое положение, для чего система управления отслеживает текущее положение поршней двигателя внутреннего сгорания и в соответствии с нагрузкой на двигатель внутреннего сгорания определяет для каждого клапана трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания моменты времени их открытия, закрытия и нахождения в открытом положении, после чего для открытия газораспределительного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа газораспределительного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан открывается, для закрытия газораспределительного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа газораспределительного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие газораспределительного клапана, и газораспределительный клапан закрывается, для открытия впускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие впускного клапана, и впускной клапан открывается, для закрытия впускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие впускного клапана, и впускной клапан закрывается, для открытия выпускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается открытие выпускного клапана, и выпускной клапан открывается, для закрытия выпускного клапана в момент времени, определенный системой управления, система управления устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении газа в которую обеспечивается закрытие выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, при открытии и закрытии газораспределительного клапана, впускного клапана, выпускного клапана отработавший газ из противоположной полости поршня привода газораспределительного клапана, поршня привода впускного клапана, поршня привода выпускного клапана поступает в компенсационный пневмоаккумулятор, на такте всасывания воздуха или топливной смеси или на такте выпуска продуктов сгорания поршень компрессора перемещается в исходное для сжатия газа положение, и газ из компенсационного пневмоаккумулятора засасывается в полость поршня компрессора, на такте сжатия воздуха или топливной смеси сжимаемый в камере сгорания воздух или топливная смесь или на рабочем такте продукты сгорания приводят в действие поршень привода компрессора, и газ из полости поршня компрессора заряжает пневмоаккумулятор системы привода.