Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для перепуска отработавших газов

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: перепускной клапан 6 двигателя внутреннего сгорания с гидроприводом осуществляет импульсный автоматический перепуск газов порциями из выпускного патрубка 4 во впускной 3 около нижней мертвой точки поршня, где давления близки и перепуск не сопровождается потерями энергии перепускаемых газов. Перепуск осуществляется перепускным клапаном 6 с регулируемым гидравлическим приводом. Перепускной клапан 6 кинематически связан с плунжером 16, установленным в гидравлическом цилиндре 10. Толкатель 11 установлен в гидравлическом цилиндре и кинематически связан с кулачковым валом 21. Количество перепускаемых отработавших газов определяется фазами открытия и закрытия перепускного клапана 6. 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобилестроении.

Известен способ регулирования мощности ДВС за счет перепуска газа из цилиндра на части хода сжатия во всасывающий патрубок (патент США N 3986351, кл. F 01 L 1/34, 1976).

Известен гидравлический привод впускного клапана, реализующий указанный способ регулирования путем изменения фазы хода движения клапана, использующий поворотный толкатель со скошенной кромкой (патент США N 2602434, кл. 123-90.12, 1947).

Недостатком известного способа является повышенная токсичность выпускных газов ДВС.

Известен способ работы ДВС и устройство для его осуществления, заключающийся в перепуске отработавших газов из выпускного патрубка ДВС во впускной патрубок при помощи перепускного клапана с гидравлическим приводом (авторское свидетельство СССР N 985378, кл. F 02 D 21/08, 1981 г. ). Указанное техническое решение принято за прототип.

Недостатком этого способа является низкая экономичность, так как на сжатие газа в цилиндре и на обратное вытеснение его во впускной патрубок затрачивается значительная энергия.

Целью изобретения является повышение экономичности ДВС на режимах частичной мощности и снижение токсичности выпускных газов.

Это достигается тем, что при способе работы ДВС, заключающемся во всасывании рабочего тела в цилиндр, сжатии его, организации регулируемого перепуска рабочего тела из цилиндра во впускной патрубок на такте сжатия, осуществляется импульсный перепуск газов из выпускного патрубка во впускной на такте расширения около НМТ.

Устройство для осуществления способа, содержащее корпус, размещенные в нем кулачковый вал, гидроцилиндр с отводящими и подводящими каналами, толкатель, плунжер, пружину, впускной и выпускной патрубки ДВС и цилиндр со всасывающим клапаном, снабжено дополнительным перепускным клапаном, установленным между выпускным и впускным патрубками ДВС, толкателем, выполненным с возможностью поворота. На толкателе выполнена шестерня и винтовые отсечные кромки; он снабжен втулкой с отсечным каналом, которая надета на толкатель. На плунжере выполнены винтовая отсечная кромка и шестерня.

Сравнительный анализ способа работы ДВС и перепускного клапана ДВС с гидроприводом с аналогичными техническими решениями позволяет установить в них наличие отдельных признаков, однако заявляемая совокупность приобрела новые свойства, заключающиеся в повышении экономичности ДВС на режимах частичной мощности и снижении токсичности выпускных газов.

Традиционный способ работы ДВС заключается в том, что на режимах работы частичной мощности, например в дизелях с турбонаддувом, увеличивается относительная доля потерь работы на компенсацию насосных потерь, так как количество поступающего в цилиндр воздуха намного больше необходимого количества для качественного процесса сгорания. Увеличение воздушно-топливного соотношения на частичных режимах работы приводит также к снижению температур в цилиндре и снижению эффективного КПД.

Предлагаемый способ работы ДВС состоит в том, что синхронно с движением поршня осуществляется импульсный перепуск выпускных газов из выпускного патрубка во впускной около НМТ, когда открывается выпускной клапан и давление в выпускном патрубке становится выше, чем во впускном. Поступление горячих выпускных газов во впускной трубопровод приводит к увеличению давления в последнем, возвращению части работы на ходу всасывания, повышению температур в цилиндре и интенсификации сгорания при некотором снижении воздушно-топливного соотношения, а также увеличению эффективного КПД. Одновременно улучшение процесса сгорания и возрастание доли инертных газов в цилиндре за счет поступления двуокиси углерода с перепускаемыми газами приводит к снижению доли токсичных компонентов в выпускных газах. Импульсный перепуск газов необходим для улучшения управления процессом перепуска, так как эффективность перепуска наблюдается только около НМТ, где давление в выпускном трубопроводе выше. Одновременно мощность и усилие импульсных систем на порядок ниже, чем у непрерывных систем, что повышает точность регулирования количества перепускаемых газов в соответствии с мощностью ДВС.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа работы ДВС - перепускной клапан с гидроприводом.

Дизель 1 соединен с турбокомпрессором 2, впускным 3 и выпускным 4 патрубками, впускной 3 и выпускной 4 патрубки соединены каналом 5, перекрываемым перепускным клапаном 6 с пружиной 7, который упирается в коромысло 8, опирающееся на плунжер 9 гидроцилиндрический цилиндр 10, плунжер 9 и толкатель 11 образуют гидравлическую полость 12, в которую выходят отсечные отверстия 13 и 14, через которые происходит опорожнение и заполнение полости 12 рабочей жидкостью. Отверстие 13 перекрывается косой кромкой 15 толкателя, отверстие 14 - косой кромкой 16 плунжера 9. На плунжере 9 выполнена дополнительная шестерня 17, входящая в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой 18, управляющей ходом и фазой окончания движения подъема перепускного клапана 6. На толкателе 11 расположена шестерня 13, входящая в зацепление с зубчатой рейкой 20, управляющей фазой начала подъема перепускного клапана 6. Толкатель 11 опирается на кулачковый вал 21, между толкателем 11 и гидравлическим цилиндром 10 заключена пружина 22, а между толкателем 11 и плунжером 9 - пружина 23.

На фиг. 2, 3 изображена схема варианта гидропривода перепускного клапана с управлением фазой движения закрытия при помощи втулки. Коромысло 8, опирающееся на плунжер 9, и 11 - толкатель образуют гидравлическую полость 12, в которую имеют выход отсечные отверстия 13 и 14, перекрываемые отсечными кромками 15 и 16. На фиг. 2 управляющие фазой конца открытия перепускного клапана 6 движение является поступательным, обозначенным индексом "Y". На фиг. 3 управляющее движение фазы открытия перепускного клапана 6 - вращательное с помощью рейки 18. На толкателе 11 выполнена шестерня 19, входящая в зацепление с рейкой 20, управляющей фазой начала открытия перепускного клапана 6. Привод всех трех устройств гидропривода перепускного клапана осуществляется с помощью кулачкового вала 21, на которой опирается толкатель 11 с помощью пружины 22, заключенной между толкателем 11 и гидравлическим цилиндром 10. Пружина 23 заключена между толкателем 11 и плунжером 8.

На фиг. 2 и 3 толкатель 11 имеет кольцевую отсечную канавку 24, соединенную с гидравлической полостью 12 клапана 25, на канавке 24 толкателя 11 выполнена винтовая отсечная кромка 26. Канавка 24 закрыта снаружи подвижной втулкой 27, надетой на толкатель 11, на втулке 27 выполнена шестерня 28, входящая в зацепление с рейкой 18, управляющей фазой движения закрытия перепускного клапана 6. В подвижной втулке 27 выполнено отсечное отверстие 29, перекрываемое отсечной кромкой 26 плунжера 11.

Устройство работает следующим образом.

Вращение кулачкового вала 21 периодически вызывает подъем и опуcкание толкателя 11, движение которого вверх вначале вызывает вытеснение рабочей жидкости на слив до перекрытия отсечного отверстия 13 отсечной кромкой 15 толкателей 11. После перекрытия отверстия 13 кромкой 15 начинается движение плунжера 9 вверх под действием давления в герметичной полости 12 до тех пор, пока не откроется отсечное отверстие 14 или 29 отсечной кромкой 16, выполненной на плунжере (см. фиг. 1) или кромкой 26, выполненной на втулке 27 (см. фиг. 2, 3). Движение плунжера 9 вверх приводит к открытию перепускного клапана 6 и перепуску выпускных газов. Открытие отсечного отверстия 14 или 26 приводит к отключению окончания открытия клапана 6 и к дальнейшему его закрытию. Количество перепускаемых выпускных газов определятся фазами открытия и закрытия перепускного клапана 6. Управление рейками 18 и 20, связанными плунжером 11 или втулкой 27, приводит к повороту последних и изменению положения отсечных кромок 26 или 16, т. е. к изменению начала открытия и конца закрытия перепускного клапана 6. Опускание толкателя 11 приводит к заполнению гидравлической полости 12 через отверстие 13 и приведению гидропривода к исходному состоянию перед следующим открытием перепускного клапана 6.

Таким образом, при изменении управляющего воздействий на начало открытия и конца закрытия перепускного клапана 6 дизеля с турбонаддувом меняется количество перепускаемых газов и соотношение выпускных газов и воздуха, поступающих в цилиндр, и давление во впускном патрубке, в результате ДВС становится многомерным объектом, подбирая оптимальные фазы движения перепускного клапана 6 можно повысить экономичность ДВС и снизить токсичность выпускных газов, что подтверждается и экспериментальными исследованиями. (56) Авторское свидетельство СССР N 985378, кл. F 02 D 21/08, 1981.

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся во всасывании рабочего тела в цилиндр, сжатии рабочего тела в цилиндр, сгорании топлива в цилиндре, подаче отработавших газов в выпускной патрубок и перепуске отработавших газов во впускной патрубок, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности на режимах частичных нагрузок и снижения токсичности отработавших газов, перепуск последних осуществляют из выпускного патрубка во впускной патрубок того же цилиндра на такте расширения при положении поршня цилиндра в районе нижней мертвой точки.

2. Устройство для перепуска отработавших газов, содержащее впускные и выпускные патрубки с впускным и выпускными клапанами, кулачковый вал, перепускной канал, сообщающий впускной и выпускной патрубки, перепускной клапан, установленный в перепускном канале, гидравлический цилиндр, подпружиненный плунжер, установленный в гидравлическом цилиндре с образованием гидравлической полости, отсечные отверстия, выполненные в гидроцилиндре, причем плунжер кинематически связан с перепускным клапаном, отличающееся тем, что устройство снабжено толкателем с шестерней и зубчатой рейкой, установленным в гидравлическом цилиндре с возможностью взаимодействия с кулачковым валом, причем гидравлическая полость образована внутренней поверхностью гидроцилиндра, ограниченной торцами плунжера и толкателя, толкатель установлен с возможностью возвратно-поступательного и поворотного перемещения в гидравлическом цилиндре, а на толкателе выполнены винтовые отсечные кромки с возможностью перекрытия отсечного отверстия.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что снабжено втулкой с отсечным каналом, установленной коаксиально толкателю.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что плунжер снабжен дополнительной шестерней с дополнительной зубчатой рейкой и установлен с возможностью поворота в гидравлическом цилиндре, причем на плунжере выполнена винтовая отсечная кромка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2