Способ дополнительного наполнения цилиндра двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью перекрытием фаз газораспределения системой привода трёхклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора Российский патент 2017 года по МПК F02B29/02 F02B27/02 F01L9/02 F01L25/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения патент 2126892 «Способ активного регулирования газораспределения в двигателе внутреннего сгорания и распределительный вал для его реализации».

Изобретение относится к области машиностроения и повышает надежность привода клапанов двигателей внутреннего сгорания и изменения фаз газораспределения. Способ активного регулирования газораспределения в двигателе внутреннего сгорания, каждый цилиндр которого оснащен как минимум тремя клапанами, включает угловые смещения кулачков распределительного вала, пропорциональные числу оборотов и нагрузке двигателя, причем кулачки одноименных клапанов общего цилиндра смещают в противоположных направлениях автономно от поворота коленчатого вала и независимо между собой. В составном распределительном валу рабочий профиль составлен из пакета втулок, кинематически связанных посредством шпонок с центральным стержнем, несущим приводное зубчатое колеса и упор. При этом центральный стержень с регулируемым упором установлен с возможностью продольных перемещений относительно зубчатого колеса и связан с приводом подачи, втулки кулачков выполнены в виде коаксиальных частей, связанных винтовым шлицевым соединением, направление сопрягаемых винтовых шлицев втулок для одноименных клапанов общего цилиндра разное, шаг спирали винтовых пар шлицевого соединения частей кулачковых втулок для одноименных клапанов выполнен разным, шлицевое соединение в виде винтовой пары выполнено только на одной кулачковой втулке для одноименных клапанов общего цилиндра.

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система одноклапанного газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) по патенту 2126892 не позволяет управлять перекрытием фаз газораспределения в ДВС. Целью заявленного изобретения является обеспечение дополнительного наполнения цилиндра ДВС воздухом или топливной смесью перекрытием фаз газораспределения системой привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора.

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. При пуске ДВС (см. чертеж) 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 (см. чертеж). 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 управления потоком газа 13 в положение, как показано на чертеже. 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 обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. При понижении давления газа в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающее 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 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 прибытию 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 по каналам 15, 27, 21 и 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 управления потоком газа 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 управления потоком газа 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.

Способ дополнительного наполнения цилиндра ДВС воздухом или топливной смесью перекрытием фаз газораспределения системой привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора состоит в следующем. В конечной фазе такта выпуска продуктов сгорания система управления открывает впускной клапан 7, для чего устанавливает золотник управления потоком жидкости 28 в положение, как показано на чертеже, и впускной клапан 7, для чего устанавливает золотник управления потоком газа 28 в положение, как показано на чертеже, и впускной клапан 7 открывается. Вытекающие продукты сгорания из канала выпуска отработавших продуктов сгорания 42 в полости между выпускным клапаном 9, впускным клапаном 7 и канале впуска воздуха 18 создают падение давления ниже атмосферного, и воздух или топливная смесь начинает движение в сторону выхлопного коллектора и заряжает цилиндр ДВС 2 воздухом или топливной смесью. В начале такта всасывания воздуха или топливной смеси система управления закрывает выпускной клапан 9, для чего устанавливает золотник управления потоком газа 35 в положение, как показано на чертеже, и выпускной клапан 9 закрывается. В результате кинетическая энергия потока воздуха или топливная смеси вследствие перекрытия фаз газораспределения дополнительно наполняет цилиндр ДВС 2 воздухом или топливной смесью.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ дополнительного наполнения цилиндра двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью перекрытием фаз газораспределения системой привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающего цилиндр двигателя внутреннего сгорания, канал выпуска отработавших продуктов сгорания, систему управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, впускной клапан, золотник управления потоком газа впускного клапана, пневмоаккумулятор, поршень привода впускного клапана, канал выпуска отработавших продуктов сгорания, выпускной клапан, канал впуска воздуха или топливной смеси, золотник управления потоком газа выпускного клапана, газораспределительный клапан, золотник управления потоком газа газораспределительного клапана и поршень привода газораспределительного клапана, отличающийся тем, что в конечной фазе такта выпуска продуктов сгорания система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора открывает впускной клапан, для чего система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора поступает в полость поршня привода впускного клапана, и впускной клапан открывается, продукты сгорания, вытекающие из канала выпуска отработавших продуктов сгорания в полости между выпускным клапаном, впускным клапаном и в канале впуска воздуха или топливной смеси, создают уменьшение давления воздуха или топливной смеси менее атмосферного и воздух или топливная смесь начинает движение в сторону канала выпуска отработавших продуктов сгорания, на последующем такте всасывания происходит наполнение цилиндра двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью, система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора закрывает выпускной клапан, для чего система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора поступает в полость поршня привода выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, кинетическая энергия потока воздуха или топливной смеси дополнительно наполняет цилиндр двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью.

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

Чертеж. Принципиальная схема трехклапанного газораспределителя ДВС пневматической системой привода с зарядкой гидроаккумулятора системы жидкостью 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 управления потоком газа; 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 области двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является увеличение наполнения цилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что в конечной фазе выпуска система управления золотником открывает впускной клапан трехклапанного газораспределителя. Для этого воздух из пневмоаккумулятора поступает в полость поршня привода клапана впуска. Вытекающие из канала выпуска отработавших продуктов сгорания в полости между выпускным клапаном, впускным клапаном и в канале впуска воздуха или топливной смеси создают уменьшение давления воздуха или топливной смеси ниже атмосферного. Воздух или топливная смесь начинает движение в сторону канала выпуска отработавших продуктов сгорания. На такте всасывания происходит наполнение цилиндра. При этом система устанавливает впускной клапан в открытое, а выпускной клапан в закрытое положение. Перекрытие фаз газораспределения и кинетическая энергия потока воздуха или топливной смеси дополнительно наполняет цилиндр ДВС воздухом или топливной смесью. 1 ил.

Способ дополнительного наполнения цилиндра двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью перекрытием фаз газораспределения системой привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающего цилиндр двигателя внутреннего сгорания, канал выпуска отработавших продуктов сгорания, систему управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, впускной клапан, золотник управления потоком газа впускного клапана, пневмоаккумулятор, поршень привода впускного клапана, канал выпуска отработавших продуктов сгорания, выпускной клапан, канал впуска воздуха или топливной смеси, золотник управления потоком газа выпускного клапана, газораспределительный клапан, золотник управления потоком газа газораспределительного клапана и поршень привода газораспределительного клапана, отличающийся тем, что в конечной фазе такта выпуска продуктов сгорания система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора открывает впускной клапан, для чего система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора устанавливает золотник управления потоком газа впускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора поступает в полость поршня привода впускного клапана, и впускной клапан открывается, продукты сгорания, вытекающие из канала выпуска отработавших продуктов сгорания в полости между выпускным клапаном, впускным клапаном и в канале впуска воздуха или топливной смеси, создают уменьшение давления воздуха или топливной смеси менее атмосферного и воздух или топливная смесь начинает движение в сторону канала выпуска отработавших продуктов сгорания, на последующем такте всасывания происходит наполнение цилиндра двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью, система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора закрывает выпускной клапан, для чего система управления приводом трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора устанавливает золотник управления потоком газа выпускного клапана в положение, при котором газ из пневмоаккумулятора поступает в полость поршня привода выпускного клапана, и выпускной клапан закрывается, кинетическая энергия потока воздуха или топливной смеси дополнительно наполняет цилиндр двигателя внутреннего сгорания воздухом или топливной смесью.