СПОСОБ ПРИВОДА КЛАПАНОВ ТРЁХКЛАПАННОГО ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПРИВОДА С ЗАРЯДКОЙ ПНЕВМОАККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ ПРИВОДА АТМОСФЕРНЫМ ВОЗДУХОМ 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». Реферат: «Сущность изобретения: система одноклапанного газораспределения 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 клапанов газораспределителя 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 воздухом из атмосферы. 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. чертеж).

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 чертежу). Находящийся в правой полости поршня компрессора 4 воздух 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 воздуха в пневмоаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающего оптимальное функционирование трехклапанного газораспределителя в составе впускного клапана 7, газораспределительного клапана 8 и выпускного клапана 9, воздух 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 воздуха в пневмоаккумулятор 6 прекращается. Для открытия газораспределительного клапана 8 система управления устанавливает золотник 13 в положение, как показано на чертеже. Воздух 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 воздух по каналам 19, 20 выбрасывается в атмосферу. При понижении давления воздуха в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей оптимальное функционирование привода впускного клапана 7, газораспределительного клапана 8 и выпускного клапана 9, пружина стопора 21 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 22 переводит поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6, положение. Воздух из атмосферы через обратный клапан 23 засасывается в правую полость поршня компрессора 4. Компрессор готов к очередному циклу подзарядки пневмоаккумулятора 6. По прибытию поршня ДВС 1 в нижнюю мертвую точку система управления переводит золотник 13 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14 и 19 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 8 закрывается. Отработавший воздух из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 по каналам 15, 24 выбрасывается в атмосферу. 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 25 в левое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 26 и 27 поступает в левую полость поршня привода впускного клапана 28 и перемещает соединенный с ним штоком 29 впускной клапан 7 вправо, и он закрывается. Воздух из правой полости поршня привода впускного клапана 28 по каналам 30, 31 выбрасывается в атмосферу. Для открытия выпускного клапана 9 система управления переводит золотник 32 в правое положение. Воздух из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 33 и 34 поступает в правую полость поршня привода выпускного клапана 35 и перемещает соединенный с ним штоком 36 выпускной клапан 9 влево, и он открывается. Воздух из левой полости поршня привода выпускного клапана 35 по каналам 37, 38 выбрасывается в атмосферу. 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. Отработавшие продукты сгорания через канал выпуска отработавших продуктов сгорания 39 выбрасываются в выхлопной коллектор.

Таким образом, заявленный способ привода трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы 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 позволяет 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 атмосферным воздухом, включающего систему управления, газораспределительный клапан, впускной клапан, выпускной клапан, золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана, золотник управления потоком воздуха впускного клапана, золотник управления потоком воздуха выпускного клапана, 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 воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха впускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха впускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха выпускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха выпускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении воздуха в которую обеспечивается закрытие выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, при открытии и закрытии газораспределительного клапана, впускного клапана, выпускного клапана отработавший воздух из противоположной полости поршня привода газораспределительного клапана, поршня привода впускного клапана, поршня привода выпускного клапана выбрасывается в атмосферу.

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

На чертеже представлена принципиальная схема трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы воздухом из атмосферы..

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

Изобретение относится к газораспределению двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности газообмена. Сущность изобретения заключается в том, что система газораспределения содержит газораспределительный клапан, впускной и выпускной клапаны. Для впуска в камеру ДВС система управления открывает газораспределительный и впускной клапаны, а выпускной клапан закрывает. Для выпуска отработавших продуктов сгорания система открывает газораспределительный и выпускной клапан, а впускной клапан закрывает. Система управления отслеживает текущее положение поршней ДВС и, в соответствии с нагрузкой ДВС, определяет для каждого клапана момент их открытия, закрытия и времени нахождения в открытом положении. Для открытия каждого клапана система управления устанавливает золотник управления потоком воздуха соответствующего клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода этого клапана, обеспечивая его движение. Отработавший воздух из противоположной полости поршня привода выбрасывается в атмосферу. Поршень компрессора, приводимый в действие сжимаемым в камере сгорания воздухом или топливной смесью на такте сжатия, или продуктами сгорания на такте расширения, подает воздух в пневмоаккумулятор и заряжает его. 1 ил.

Способ привода клапанов трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода атмосферным воздухом, включающего систему управления, газораспределительный клапан, впускной клапан, выпускной клапан, золотник управления потоком воздуха газораспределительного клапана, золотник управления потоком воздуха впускного клапана, золотник управления потоком воздуха выпускного клапана, 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 воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха впускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха впускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода впускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха выпускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении воздуха 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 воздуха выпускного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора системы привода поступает в полость поршня привода выпускного клапана, при поступлении воздуха в которую обеспечивается закрытие выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, при открытии и закрытии газораспределительного клапана, впускного клапана, выпускного клапана отработавший воздух из противоположной полости поршня привода газораспределительного клапана, поршня привода впускного клапана, поршня привода выпускного клапана выбрасывается в атмосферу.