ШАРОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F01L7/10 F01L7/16 

Изобретение относится к области применения шаровых клапанов.

Известны многие конструкции шаровых клапанов, н-р патент 2593730, содержащие корпус, шаровой затвор, седла тонкостенные для обеспечения герметичности, привод, контактирующий с шаровым затвором для осуществления его поворота.

Также известен шаровой кран по патенту 2310787, содержащий те же вышеуказанные элементы.

Известны еще ряд патентов (н-р патенты 2648138, 2667301, 2486395, 2599405, которые имеют ниже указанные недостатки.

Недостатками данных конструкций является невозможность их применения в качестве впускных или выпускных клапанов в двигателях внутреннего сгорания по следующим причинам: ввиду больших температур применение вкладышей из эластичных материалов неприемлимо; значительный вращающий момент для поворота за счет трения на седла от высокого давления при необходимости поворота шарового затвора за короткий промежуток времени (порядка нескольких миллисекунд), небольшое проходное сечение при тех же габаритах шара, значительный угол поворота (порядка 90 градусов), что приводит к большим инерционным нагрузкам и требуется значительное усилие для поворота шара, не решена проблема смазки.

Применение предлагаемой конструкции шарового клапана в качестве впускного и выпускного в ДВС имеет ряд преимуществ по сравнению с применяемыми в настоящее время тарельчатыми клапанами. Так площадь контакта шарового затвора с седлами на порядок выше, чем у тарельчатых клапанов (которые имеют малую площадь контакта), что значительно облегчает теплообмен и охлаждение шарового затвора при контакте с седлами, по сравнению с тарельчатыми, которые находятся постоянно в контакте с горячими газами и более подвержены перегреву и образованию нагара, при этом уменьшается сопротивление выходящим газам (тарелки образуют как бы заслонку, что создает дополнительно сопротивление выходу газов). Также нужно учитывать, что в данной конструкции нет выступающих частей и контакт с днищем поршня исключен., что позволяет увеличить компрессию в цилиндрах.

Предлагаемое изобретение предусматривает устранение выше указанных недостатков.

Эти недостатки устраняются тем, что клапан выполнен в виде пустотелого шарового затвора с бобышками, установленными на подшипниках качения, при этом на одной из бобышек смонтирован привод с рычагом, а на другой выполнены отверстия для подачи смазки в полукольцевую канавку, а на сфере шарового затвора выполнены канавки для установки компрессионных колец и отверстия для подачи смазки со сквозным отверстием в шаровом затворе для прохождения газов, при этом шаровой затвор выполнен в контакте с седлами, образующие внутреннюю замкнутую сферу с отверстиями для центровки бобышек и сквозными отверстиями повторяющие контур отверстия шарового затвора.(зазор между сферами шарового затвора и седел в пределах 0,05-0,07 мм), при этом для уменьшения угла поворота шарового затвора при сохранении максимального проходного сечения шарового затвора сквозное отверстие выполнено в виде прямоугольника, причем меньшая сторона прямоугольника расположена в направлении вращения.

Пояснения

на фиг. 1 (общий вид),

на фиг. 2 (седла в сборе),

на фиг. 3 (шаровой затвор в сборе),

на фиг. 4 (элемент 1),

на фиг. 5 (вариант механизма поворота толкателя).

Шаровой клапан состоит из следующих частей; (фиг. 1) - корпус разъемный 1 из двух частей с прокладкой 3, отвод для газов 2, (фиг. 2) - седло 4 с отверстиями 5 и 6, седло 7 с отверстиями 8 и 9, внутренняя замкнутая сфера 10, (фиг. 3) - пустотелый шаровой затвор 11 с бобышками 12 и 13, компрессионными кольцами 14 и 15, шарикоподшипниками 16 и 17, (фиг. 4) - канавки 18 и 19 для компрессионных колец, отверстия 20 и 21 для подачи смазки в в полукольцевую канавку 22, (фиг. 5) - толкатель 23 с ограничительной крышкой 24, рычаг 25, плунжер 26 с пружиной 27 и резьбовой пробкой 28.

Работает устройство следующим образом. В исходном положении шаровой клапан постоянно закрыт. При воздействием кулачка или другого устройства толкатель 23 приводит в движение рычаг 25, плунжер 26 с пружиной 27 и поворачивает шаровой затвор 11 против часовой стрелки, открывая доступ к выходу, например, выхлопных газов, затем при обратном ходе толкателя 23 под воздействием усилия пружины 27 посредством плунжера 26 шаровой клапан 11 возвращается в исходное положение, перекрывая выход газов. В данной конструкции за счет применения компрессионных колец сила трения их относительно шарового затвора незначительна и зависит только от упругости колец.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложен шаровой клапан, содержащий пустотелый шаровой затвор 11 с бобышкой 12, установленной на подшипнике 16, и с рычагом привода 25. С другой стороны шарового затвора бобышкой 13, установленной на подшипнике 17, имеющей отверстия для смазки 20 и 21, соединенные с канавкой 22. При этом на шаровом затворе 11 сделаны канавки 18 и 19 для установки компрессионных колец 14 и 15, а в сфере шарового затвора выполнено сквозное отверстия 18 прямоугольной формы с меньшей стороной в направлении вращения шара, а седла 4 и 7 при сборке образуют внутреннюю замкнутую сферу 10 с отверстиями 5 и 8 для центровки бобышек 12 и 13 и со сквозными отверстиями 6 и 9, повторяющими контур сквозного отверстия 18 шарового затвора 11. Применение предложенного шарового клапана в качестве впускного или выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания позволяет улучшить охлаждение клапана, уменьшить сопротивление проходящим газам, а также исключить контакт клапана с днищем поршня и увеличить компрессию в цилиндрах. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шаровой клапан, содержащий корпус, шаровой затвор, седла, элементы привода, отличающийся тем, что для использования его в качестве впускных и выпускных клапанов в двигателях внутреннего сгорания шаровой клапан выполнен в виде пустотелого шарового затвора с бобышками, установленными на подшипниках качения, при этом на одной из бобышек смонтирован привод с рычагом, а на другой выполнены отверстия для подачи смазки в полукольцевую канавку, а на сфере шарового затвора выполнены канавки для установки компрессионных колец и отверстия для подачи смазки со сквозным отверстием в шаровом затворе для прохождения газов, при этом шаровой затвор выполнен в контакте с седлами, образующими внутреннюю замкнутую сферу с отверстиями для центровки бобышек и сквозными отверстиями, повторяющими контур отверстия шарового затвора.

2. Шаровой клапан по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения угла поворота при сохранении максимального проходного сечения шарового затвора сквозное отверстие выполнено в виде прямоугольника, причем меньшая сторона прямоугольника расположена в направлении вращения.