Клапанные органы газораспределения двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01L3/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапа- ными устройствами в качестве органов газораспределения, и может быть использовано в двигателях, работающих как по четырехтактному, так и по двухтактному циклу, а также в компрессорах поршневого типа с распределительными органами, подобными клапанным органам

две.

Известны клапанные органы газораспределения четырехтактного двигателя, состоящие из клапана и седла, имеющие конические посадочные поверхности. Недостатком этих устройств являются большие потери при течении рабочего тела, что приводит к уменьшению эффективного проходного сечения органа и повышенному расходу топлива.

Клапанные органы газораспределения ДВС по европейскому патенту ЕР

№ 0289675 приняты за прототип. Диаграмма проходной и эффективной ц F площадей для выпускных органов представлена на фиг. 1 (графики соответствующих площадей для впускных органов в настоящем описании не приводятся: положительный эффект от технического решения для них и качественно, и количественно таков же,как для выпускных, вне зависимости от размеров органов и направленности течения рабочего тела). Величина F получена расчетом на основе геометрии и закона открывания клапанного устройства; величина/fF методом статической продувки. Как следует из фиг. 1, при малых подъемах клапана имеет место соотношение i F F , что объясняется частичным восстановлением давления за щелевым каналом; при больших подъемах клапана /л F F, что связано с потерями механической энергии рабочего тела в органах.

XI

Ю

Ьь

Недостатком клапанных органов, взятых в качестве прототипа, является существенное отставание эффективной площади JU.F от проходной F в периоды А принудительных впуска и выпуска (фиг. 2). В результате за счет существенного увеличения работы насосных ходов, наблюдается повышенный расход топлива.

Цель изобретения - повышение пропускной способности клапанных органов для снижения расхода топлива за счет уменьшения работы насосных ходов в периоды принудительных впуска и выпуска. Ожидаемый положительный эффект увеличения эффективной площади клапанных органов газораспределения от использования настоящего изобретения 22...25%.

На фиг. 1 представлена диаграмма проходной F и эффективной (л F площадей органов выпуска прототипа, в периоды принудительных впуска и выпуска; на фиг. 2 - диаграмма результатов экспериментального исследования по достижению положи- тельного эффекта (и - изобретение, п-1,рототип); на фиг. 3 - клапанные органы; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3.

Прямоугольный профиль кольцевых канавок на конических посадочных поверхностях клапана и седла имеет размеры ,8х0.6. а количество канавок - по две на каждой из сопрягаемых поверхностей. Длина образующей посадочного конуса мм, диаметр тарели клапана .0, максимальный ход клапана Г1Макс 11, 22. Величины эффективного проходного сечения клапанных органов прототипа и предлагаемых получены экспериментальным путем на специальной опытной установке, основанной на базе головки цилиндров дизеля 64 12/14, где источником сжатого воздуха - компрессор РУТС (максимальные давление и расход в ходе экспериментов Рмакс 80 кПа. Смакс 0,05 кг/с). Измерительная база подобрана из требований высокой точности расчетно-экспериментального исследования; давления замерялись дифференциальными манометрами ДТ-50, причем рабочим телом были либо вода, либо ртуть - в зависимости от величины параметра; температуры регистрировались ртутными термометрами ТЛ-4; измерение расхода осуществлялось при помощи стандартных диафрагм модулей ,0625 и ,16 - в зависимости от величины расхода; перемещения клапанов - индикаторами часового типа ИЧ-10. По результатам опытов и обработки экспериментальных данных построены графики F(h).

В области А принудительных впуска и выпуска наблюдается существенное увели- чение эффективного проходного сечения при нанесении кольцевых канавок прямоугольного профиля как на конической посадочной поверхности клапана, так и седла (кривая и) в сравнении с вариантом прототипа (кривая п). Пример конкретного исполнения характеризуется положительным

эффектом увеличения эффективной проходной площади, величина которого в интегральном выражении (эффективный угол - сечение) составила 22%, что благоприятно для рабочего процесса двигателя и его экономичности.

Результаты экспериментального исследования по выявлению положительного эффекта представлены в таблице.

Для оценки влияния предлагаемых по

изобретению клапанных органов на показатели двигателя и выявления пределов положительного эффекта выполнен численный эксперимент с помощью ЭЦВМ. Использована физико-экономическая модель рабочего цикла, которая включает пять дифференциальных уравнений для расчета основных параметров рабочего тела; обье- ма V, массы т, массы продуктов сгорания т0, температуры Т и давления Р. Уравнение

баланса энергии включает слагаемое тепловыделения при сгорании по Вибе и слагаемое теплообмена со стенками по Пфлауму. Уравнение баланса массы предусматривает учет обратных течений. Законы изменения

эффективного проходного сечения // F органов газораспределения, полученные из экспериментов, заданы в форме таблицы. Система.уравнений решена численным методом Рунге-Кутта (погрешность циклового

массового баланса не превосходит 0.002%). Достоверность физико-математической модели подтверждена сравнением расчетной и опытной индикаторных диаграмм (отличие цикловых показателей - 0,6%). Расчетные

значения удельного индикаторного расхода топлива для прототипа и клапанных органов по настоящему изобретению соответственно составляют 186,70 и 185,75 г/кВт-ч. (относительное снижение - 0,51%).

Положительный эффект увеличения эффективного проходного сечения 4 F проверен также на реально существующем двигателе, где по фактору снижения удельного расхода топлива сделано заключение о достоверности расчетно-экспериментального исследования по выявлению влияния кольцевых канавок прямоугольного профиля на конических посадочных поверхностях клапана и седла: расхождение расчетных и экспериментальных значений удельного расхода топлива менее 0,25%.

Применение клапанных органов газораспределения с кольцевыми канавками прямоугольного профиля на конических посадочных поверхностях как клапана, так и седла позволяет существенно увеличить их эффективное проходное сечение в зоне принудительных впуска-выпуска и тем улучшить показатели экономичности двигателя в целом/ Кроме того, такие органы, вследствие их большой пропускной способности, позволяют несколько снизить теплонапря- женность деталей и узлов цилиндро-порш- невой группы, улучшить очистку цилиндра

от отработавших газов и, следовательно, повысить экономические возможности всей энергетической установки.

Ф о р м у л.а и з о б рете н и я

Клапанные органы газораспределения

двигателя внутреннего сгорания, содержащие клапан и седло с коническими посадоч- ными поверхностями, причем на поверхности клапана выполнены кольцевые

канавки, отличающиеся тем, что, с целью повышения пропускной способности, кольцевые канавки дополнительно выполнены на конической поверхности седла, при этом кольцевые канавки и седла,и клапана имеют прямоугольный профиль.

З глф Wy ZZV 01 6 9 I 9 S Ј2 /

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапанными устройствами в качестве органов газораспределения, и позволяет повысить пропускную способность этих органов и тем самым снизить расход топлива за счет уменьшения работы насосных ходов в периоды принудительных впуска и выпуска. Это достигается выполнением на конических посадочных поверхностях клапана и седла кольцевых канавок прямоугольного профиля, осуществляющих турбулизацию потока рабочего тела, за счёт которой уменьшаются общие потери в клапанных устройствах и, следовательно, увеличивается их пропускная способность. 4 ил.

f6A92Al

фигЛ