Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: система подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном и воздушной форсункой с управляющим клапаном, установленной во впускном канале цилиндра двигателя и связанной с надпоршневой полостью сервоцилиндра посредством вышеназванного управляющего клапана. Такое выполнение механизма газораспределения позволяет улучшить наполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью на всех режимах его работы. 1 ил.

Изобретение относится к области двигательного машиностроения, а более конкретно, к распределительным механизмам двигателей внутреннего сгорания.

Известен механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий перекрывающий вход в полость цилиндра двигателя клапан, соединенный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, подпоршневая полость которого соединена с системой подачи сжатого воздуха, а надпоршневая с источником избыточного давления, а также распределитель, выполненный в виде золотникового узла, кинематически связанного с валом двигателя (а.с. СССР N 1636559 кл. F 01 L 9/02, 1988 г.).

В известном устройстве система подачи сжатого воздуха снабжена редукционным клапаном и блоком его управления, что дало возможность управляя давлением в зависимости от режима работы двигателя измерять усилие, действующее на поршень клапана при его закрытии.

Однако, в данном устройстве в качестве источника избыточного давления использована гидравлическая магистраль, соединенная надпоршневой полостью через распределитель, что отрицательно влияет на экономичность двигателя внизу традиционных недостатков гидравлических систем и потерей энергии, направленной на преодоление постоянного по величине усилия поджатия поршня клапана.

Указанного недостатка лишен механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий систему подачи сжатого воздуха, снабженную редукционным клапаном, блоком управления, распределительным устройством и источником сжатого воздуха, впускной клапан, связанный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, штоковая полость которого соединена каналом через распределительное устройство и редукционный клапан с источником сжатого воздуха (см. патент РФ N 2038488 кл. B 01 L 9/02, 1995).

Вышеназванный механизм газораспределения является наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату и предлагаемому, в связи с чем принят в качестве прототипа.

Недостатком вышеназванного механизма газораспределения является частичный выброс сжатого воздуха через открытый впускной клапан в момент перепускания воздуха из надпоршневой полости в цилиндр двигателя при такте впуска топливовоздушной смеси (ТВС). Кроме того, известный механизм не позволяет добиться полной корректировки фаз открытия-закрытия впускного клапана в зависимости от режимов работы двигателя и тем самым улучшить наполнение цилиндра двигателя ТВС.

Задача, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является улучшение мощностных и экономичных характеристик работы двигателя.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в улучшении наполнения двигателя топливовоздушной смесью на всех режимах работы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в механизме газораспределения, содержащем систему подачи сжатого воздуха, снабженную редукционным клапаном, блоком управления, распределительным устройством и источником сжатого воздуха, впускной клапан, связанный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, штоковая полость которого соединена каналом через распределительное устройство и редукционный клапан с источником сжатого воздуха, система подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном и воздушной форсункой с управляющим клапаном, установленной во впускном канале цилиндра двигателя и связанной с надпоршневой полостью сервоцилиндра посредством управляющего клапана, причем источник сжатого воздуха соединен другим каналом посредством дополнительного редукционного клапана и распределительного устройства с надпоршневой полостью сервоцилиндра.

Благодаря тому, что система подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном, появляется возможность более точной корректировки фаз открытия-закрытия впускного клапана в зависимости от режимов работы двигателя, в то время как наличие одного редукционного клапана на две полости не позволяет выдерживать оптимальные давления в штоковой и надпоршневой полости сервоцилиндра.

Установка воздушной форсунки во впускном канале двигателя дает возможность в момент наполнения цилиндра двигателя ТВС осуществлять эжекцию сжатым воздухом, поступающим из надпоршневой полости через управляющий клапан и тем самым улучшить наполнение цилиндра двигателя ТВС.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена схема механизма газораспределения.

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит впускной клапан 1 для перекрытия входного отверстия в полость цилиндра 3 двигателя. Шток 4 клапана 1 снабжен поршнем 5, размещенным в сервоцилиндре 6 с образованием штоковой полости 7 и надпоршневой полости 8. Поршень 9 двигателя внутреннего сгорания размещен в цилиндре 3, полость 2 которого посредством распределительного устройства в виде кинематически связанной с валом двигателя золотниковой шайбы 10 с отверстиями 11, соединена каналом 12 с подпоршневой штоковой полостью 7 сервоцилиндра 6.

Каналы 13 и 14 связывают соответственно подпоршневую штоковую полость 7 и надпоршневую полость 8 сервоцилиндра 6 через золотниковую шайбу 10 и редукционные клапаны 15 с источником сжатого воздуха 16.

Во впускном канале 17 цилиндра 3 двигателя установлена воздушная форсунка 18, которая связана каналом 19 с установленным в нем управляющим клапаном 20 с надпоршневой полостью 8. В верхней части сервоцилиндра 8 размещен поршень 21, соединенный с исполнительным механизмом 22, связанным с блоком управления 23, запрограммировано на оптимальный режим работы двигателя. На выпускном канале 25 цилиндра 3 двигателя расположен выпускной клапан 26.

Работа механизма приводится на примере карбюраторного двигателя. Работает механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания следующим образом.

В процессе выпуска по выпускному каналу 25 отработанных газов из цилиндра 3 двигателя через открытый выпускной клапан 26, поршень 9 двигателя перемещается от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), вытесняя отработавшие газы. Впускной клапан 1 в этот момент закрыт, так как на него действуют силы перепада давлений отработавших газов в полости 2 цилиндра 3 двигателя и давления сжатого воздуха во впускном канале 17, а также давление сжатого воздуха в штоковой полости 7, действующее на поршень 5 сервоцилиндра 6, где давление поддерживается от источника сжатого воздуха 16 через один из редукционных клапанов 25, команду на открытие или закрытие которых подает программный блок управления 23 и распределительное устройство в виде золотниковой шайбы 10, кинематически связанной с валом двигателя (на фиг. не показан)). Редукционные клапаны 15, управляемые блоком 23, изменяют давление сжатого воздуха, подаваемого в полости сервоцилиндра 6, при этом один из клапанов 15 связан с подпоршневой штоковой полостью 7, а другой с надпоршневой полостью 8 сервоцилиндра 6. При изменении режима работы двигателя для обеспечения оптимального наполнения двигателя топливновоздушной смесью (ТВС) по команде управляющего блока 23 изменяется давление на выходе редукционных клапанов 15. Это позволяет изменять силу воздействия на поршень 5 и тем самым корректировать фазы открытия и закрытия впускного клапана 1 и соответственно улучшить наполнение цилиндра 3 двигателя ТВС.

Во время выпуска отработанных газов через выпускной клапан 26, канал 13 с помощью отверстия 11 в золотниковой шайбе 10 связывает подпоршневую штоковую полость 7 через редукционный клапан 15 с источником сжатого воздуха 16, при этом каналы 12, 14 и 19 перекрыты золотниковой шайбой 10 и управляющим клапаном 20.

К моменту приближения поршня 9 к ВМТ распределительное устройство в виде золотниковой шайбы 10 разъединяет подпоршневую штоковую полость 7 с источником сжатого воздуха 16 и соединяет ее через канал 12 с полостью 2 цилиндра 3 двигателя. При этом надпоршневая полость 8 через канал 14 и редукционный клапан 15 соединяется с источником сжатого воздуха 16. Воздух из подпоршневой штоковой полости 7 по каналу 12 поступает в полость 2 и вытесняет отработанные газы, уменьшая их количество в ТВС.

Поршень 5 под действием перепада давлений перемещается вниз, открывая впускной клапан 1. Выпускной клапан 26 при этом закрывается. Поршень 9 перемещается от ВМТ и НМТ, создавая разряжение в полости 2, при этом через открытый впускной клапан 1 и цилиндр 3 двигателя поступает ТВС.

К моменту приближения поршня 9 к НМТ распределительное устройство в виде золотниковой шайбы 10 разъединяет подпоршневую штоковую полость 7 и полость 2 цилиндра 3 двигателя, открывая окно 11, через которое по каналу 13 через редукционный клапан 15 от источника сжатого воздуха 16 поступает сжатый воздух. По команде программного блока управления 23 открывается управляющий клапан 20, при этом сжатый воздух из надпоршневой полости 8 вытесняемый перемещающимся вверх поршнем 5 поступает через форсунку 18 во впускной канал 17. при этом происходит процесс эжекции, так как воздух из форсунки 18 двигаясь с большей скоростью будет захватывать с собой во впускном канале 17 ТВС, поступающую в цилиндр 3, улучшая тем самым наполнение полости 2 свежей топливовоздушной смесью. Поршень 5 перемещается под действием перепада давлений в полостях 7 и 8 вверх, закрывая впускной клапан 1. Управляющий клапан 20 закрывается.

При такте сжатия поршень 9 перемещается от НМТ к ВМТ. В этом момент все клапана закрыты.

Впускной клапан 1 удерживается в закрытом состоянии на протяжении тактов сжатия рабочего хода поршня 9 и такта выпуска отработанных газов в полости 2 цилиндра 3 двигателя и более высоким давлением в подпоршневой штоковой полости 7, действующего на поршень 5. В момент приближения поршня 9 к ВМТ происходит процесс воспламенения ТВС и поршень 9, достигнув ВМТ, начинает перемещаться вниз совершая такт рабочего хода. Такт впуска отработанных газов происходит при открытом выпускном клапане 26, когда достигнув НМТ поршень 9 перемещается вверх.

Таким образом, предлагаемый механизм газораспределения позволяет повысить экономичность работы на разных режимах двигателя.

Формула изобретения

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий систему подачи сжатого воздуха, снабженную редукционным клапаном, блоком управления, распределительным устройством и источником сжатого воздуха, впускной клапан, связанный с поршнем, размещенным в сервоцилиндре, штоковая полость которого соединена каналом через распределительное устройство и редукционный клапан с источником сжатого воздуха, отличающийся тем, что система подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном и воздушной форсункой с управляющим клапаном, установленной во впускном канале цилиндра двигателя и связанной с надпоршневой полостью сервоцилиндра посредством управляющего клапана, причем источник сжатого воздуха соединен другим каналом посредством дополнительного редукционного клапана и распределительного устройства со штоковой полостью сервоцилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1