Впускной клапан дизеля Российский патент 2024 года по МПК F01L3/06 F16K1/36 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к системе впуска дизеля.

Известен способ создания воздушного потока на впуске дизеля [Электронное управление дизельными двигателями. Перевод с английского. Учебное пособие – М.: ЗАО «Легион-Автодата», 2006. – с. 73]. Способ базируется на создание тангенциального впускного канала перед впускным клапаном. Впускной канал создаёт поток воздуха в виде вихря, движущегося вдоль цилиндра и по радиальному направлению.

Данный способ является относительно эффективным, но получение такого канала литьём - это сложный, энергоёмкий процесс, что приводит к увеличению стоимости головки блока цилиндров.

Известен впускной клапан [US 4744340, F01L 3/06] для бензинового двигателя со средствами создания вращательного движения топливовоздушной смеси. Данный клапан используется в бензиновом двигателе и предназначен для улучшения распределения топливовоздушной смеси в камере сгорания и способствует улучшению испарения топливовоздушной смеси.

Недостатком является отсутствие плавных переходов элементов конструкции клапана и сложность изготовления радиальных направляющих ребер.

Известен клапан механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания [RU 2502881, F01L 3/06]. Клапан механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, состоящий из стержня, плавно переходящего по образующей усеченного конуса в головку, снабженную рабочей поверхностью, взаимодействующей с седлом, установленным в блоке цилиндров, причем на образующей усеченного конуса по его высоте выполнен ряд пазов, разделенных относительно друг друга криволинейной формы ребрами. Пазы имеют по своей длине различный по величине радиус, уменьшающийся в сторону стержня клапана. Данный клапан увеличивает проходное сечение, что позволяет улучшить продувку камеры сгорания и равномерно распределить тепловые поля по всему объёму головки клапана. При этом наиболее эффективно работает данная конструкция как выпускной клапан. Недостатком является сложность изготовления пазов и рёбер криволинейной формы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является патент CN 106224046 [F01L 3/06, опубл. 14.12.2016].

Ленточный спирально-рифлёный впускной клапан создаёт завихрение на впуске и состоит из штока клапана и тарелки клапана, шток клапана переходит к тарелке по образующей усеченного конуса, при этом на образующей расположено множество дуг с одинаковым направлением изгиба. Изгиб выполнен по спирали Архимеда, или по эвольвенте. Множество дуг образует вихретоковый дефлектор потока наддувочного воздуха. Благодаря такой конструкции при небольшом подъёме впускного клапана организуется сильное завихрение наддувочного воздуха на впуске при малых оборотах и нагрузке на двигатель. При увеличении оборотов и нагрузки обеспечивается высокий подъём впускного клапана, благодаря чему уменьшается сопротивление на впуске. Кроме того, длина дуги, образующей вихретоковый дефлектор, не превышает ¾ радиуса клапана. Общий вес клапана данной конструкции увеличивается на 10% по отношению к весу типового впускного клапана.

Противопоставленное изобретение относится в основном для бензиновых двигателей, так как отмечено, что создаётся вихревой поток на впуске для улучшения перемешивания и испарения, особенно бензина. Это характерно для двигателей с искровым зажиганием. Кроме того, изобретение направлено на гомогенизацию заряда перед сгоранием. При этом направляющие, профиль которых прямоугольный, расположены в осевом направлении клапана и только в конце, на 1/3 своей длины, имеют переход на тарелку. Описание изобретения предполагает две стадии подачи воздуха в цилиндр. Сначала с небольшим временем подъёма клапана при наддуве воздуха, когда поток воздуха проходит через дефлектор, образуя вихри, а затем при большем открытии клапана большая часть потока наддувочного воздуха проходит без дефлектора, снижая сопротивление на впуске. Это позволяет интенсифицировать смесеобразование, но не разрушает зоны влияния топливных факелов в камере сгорания дизеля. Более того, дефлекторы отстоят от штока клапана на ¼ радиуса тарелки клапана.

Задача изобретения – создание турбулентных потоков воздуха в цилиндре дизеля в процессе сгорания для разрушения зон влияния топливных факелов.

Поставленная задача решается за счет того, что впускной клапан дизеля, состоящий из стержня, плавно переходящего по образующей усеченного конуса в головку, снабженную рабочей поверхностью, взаимодействующей с седлом, установленным в блоке цилиндров. На образующей усеченного конуса расположены 3 спиральных направляющих, выполненных по клотоиде с высотой, не превышающей высоты подъёма клапана, создающих турбулентный поток воздуха в цилиндре дизеля в процессе сгорания для разрушения зон влияния топливных факелов.

Новые существенные признаки:

- создание турбулентных потоков воздуха в цилиндре дизеля в процессе сгорания для разрушения зон влияния топливных факелов;

- на поверхности между фаской и стержнем клапана три спиральные направляющие, имеющие радиальное расположение, и выполненные по клотоиде;

- направляющие очерчены по клотоиде, с высотой, не превышающей высоты подъёма клапана,

- профиль направляющих представляет собой прямоугольник, завершающийся сверху полукругом;

- направляющие начинаются сразу от штока клапана.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Технический результат

Технический результат заключается в изменении конструкции впускного клапана дизеля, где он будет формировать турбулентные потоки воздуха тремя спиральными направляющими, описанными по клотоиде. При этом, в конструкции клапанного механизма не появятся дополнительные сборочные единицы.

При движении потока по клотоиде обеспечивается условие, что произведение пути на радиус скругления спирали есть величина постоянная. Это обстоятельство позволяет снизить диссипацию энергии поступающего воздушного заряда, уменьшить вихреобразование в клапанной щели, снизить импульс воздушного заряда при прохождении узкого места. За счёт этого воздушный заряд, поступивший в цилиндр, будет обладать большей энергией и упорядоченностью. Его движение по спирали продолжается вплоть до фазы догорания, когда перемешивание заряда особенно актуально для полного выгорания смеси.

Изготовление такого клапана возможно способом горячей штамповки, существенно не меняя при этом технологии производства, оборудования, сборочного процесса. Таким образом, создавая наиболее благоприятные условия для полноты сгорания дизельного топлива, и как следствие снижение токсичности отработавших газов. Использование впускных клапанов с тремя спиральными направляющими, выполненными по клотоиде, возможно только в дизелях автотракторной техники.

На фиг. 1 схематично изображен впускной клапан дизеля.

На фиг. 2 схематично изображен впускной клапан дизеля; вид на тарелку клапана.

На фиг. 3 представлена сравнительная индикаторная диаграмма.

Плоский тарельчатый впускной клапан дизеля состоит из стержня 1 клапана, образующей усеченного конуса 2 от стержня 1 клапана к тарелке 3 клапана с плоским торцом (фиг.1). На поверхности образующей 5 усеченного конуса 2 между фаской тарелки 3 и стержнем 1 клапана выполнены три спиральные полукруглые направляющие 4 воздушного потока, выполненные по клотоиде. При закрытом клапане фаска тарелки 3 клапана плотно садится на седло 6 (фиг.1, 2).

Для подтверждения технического результата были проведены сравнительные испытания дизеля. После прогрева, обкатки и работы на номинальном режиме в течение 4 часов на дизеле 2Ч 10,5/12 была снята индикаторная диаграмма со штатным впускным клапаном. Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен впускной клапан с тремя направляющими для дизеля 2Ч 10,5/12. Затем на дизель 2Ч 10,5/12 вместо штатного впускного клапана был установлен впускной клапан с тремя направляющими и также снята индикаторная диаграмма (фиг.3).

По полученным результатам анализа индикаторной диаграммы можно сделать вывод, что в отличие от штатного клапана без направляющих, улучшились условия тепломассообмена в цилиндре, и время задержки самовоспламенения смеси уменьшилось. Вследствие улучшения процесса смесеобразования улучшились условия подвода теплоты на такте расширения. Это является прямым следствием того, что впрыск топлива происходит в активно перемешивающиеся, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении воздушные потоки, которые разрушают зоны влияния топливных факелов.

За счёт создания вихревого движения заряда уменьшился индукционный период задержки самовоспламенения из-за интенсификации смесеобразования и улучшения испарения впрыскиваемого топлива.

Изобретение относится к двигателестроению. Впускной клапан дизеля состоит из стержня (1), плавно переходящего по образующей усеченного конуса (2) в головку (3), снабженную рабочей поверхностью, взаимодействующей с седлом (6), установленным в блоке цилиндров. На образующей усеченного конуса (2) расположены 3 спиральных направляющих (4), выполненных по клотоиде с высотой, не превышающей высоты подъёма клапана, представляющих собой прямоугольник, завершающийся сверху полукругом, и начинающихся сразу от стержня (1) клапана, создающих турбулентный поток воздуха в цилиндре дизеля в процессе сгорания для разрушения зон влияния топливных факелов. Технический результат заключается в снижении диссипации энергии поступающего воздушного заряда, уменьшении вихреобразования в клапанной щели, снижении импульса воздушного заряда при прохождении узкого места. 3 ил.

Впускной клапан дизеля, состоящий из стержня, плавно переходящего по образующей усеченного конуса в головку, снабженную рабочей поверхностью, взаимодействующей с седлом, установленным в блоке цилиндров, отличающийся тем, что на образующей усеченного конуса расположены 3 спиральных направляющих, выполненных по клотоиде с высотой, не превышающей высоты подъёма клапана, представляющих собой прямоугольник, завершающийся сверху полукругом, и начинающихся сразу от стержня клапана, создающих турбулентный поток воздуха в цилиндре дизеля в процессе сгорания для разрушения зон влияния топливных факелов.