Способ реверсирования вращения вала двигателя

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам реверсирования валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности управления двигателем. Сущность изобретения заключается в том, что система управления соединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленвалом ДВС и вращает его. Если направление вращения вала стартерного механизма не совпадает с задаваемым направлением вращения коленвала, система управления при положении поршня в окрестностях верхней мёртвой точки в момент времени, когда над поршнем давление газов увеличится до величины, обеспечивающей условия сгорания топлива, разъединяет валы и устанавливает золотник управления потоком жидкости поршня привода форсунки в положение, при котором жидкость из гидроаккумулятора поступает в верхнюю полость поршня привода плунжера форсунки, и форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо сгорает, и продукты сгорания меняют направление движения поршня и вращение коленвала на противоположное. При положении поршня в окрестностях нижней мёртвой точки система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости в положение, при котором жидкость из гидроаккумулятора поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана. Соединённый с ним выпускной газораспределительный клапан открывается. После выброса газов в атмосферу кинетическая энергия маховика и коленвала вращает его, и система управления обеспечивает работу газораспределительных клапанов и топливной форсунки в соответствии с задаваемым направлением вращения коленвала ДВС. 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший аналог заявленного изобретения - патент 2403409 «Капан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания». Система пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с клапаном-отсечкой действует следующим образом. Поршень двигателя внутреннего сгорания 1 (фиг.1) при такте сжатия сжимает рабочее тело - воздух или топливную смесь - в камере сгорания 2. При этом часть рабочего тела из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3, через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления ДВС (на фигуре не показана) отслеживает текущее положение поршня ДВС 1, и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник управления потоком жидкости 8 в положение, как показано на фигуре. Рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 10 поступает в верхнюю полость поршня привода клапана 11, в результате чего газораспределительный клапан 7, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 12 поступать в камеру сгорания 2, или если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2. Для закрывания газораспределительного клапана 7 система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости 8 в нижнее положение, и рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 13 поступает в нижнюю полость поршня привода 11 газораспределительный клапан 7, и он закрывается. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 10, 13, 14, 15 выбрасывается в атмосферу, а в бензиновом двигателе, где рабочее тело представляет собой топливную смесь, по соображениям экономии топлива подается в воздухозаборный тракт двигателя. При рабочем такте (сгорание и расширение продуктов сгорания) давление в камере сгорания ДВС 2 может достигать десятков атмосфер, а температура сотен и более градусов. Но для обеспечения работоспособности пневматического привода достаточно давления рабочего тела на порядок меньше. Ограничение давления рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 до оптимального значения обеспечивает клапан-отсечка 4. Если давление поступающего из камеры сгорания 2 рабочего тела меньше оптимального, оно беспрепятственно проходит через клапан-отсечку 4 в пневмоаккумулятор 6. При повышении давления рабочего тела сверх оптимального рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналу 16 поступает в нижнюю полость поршня клапана-отсечки 17. Под его воздействием поршень клапана-отсечки 17 и соединенный с ним запорный клапан 18 перемещаются вверх, и канал 19 перекрывается, зарядка пневмоаккумулятора 6 прекращается. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 6 рабочим телом определяется жесткостью пружины 20. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 6.

Второй ближайший аналог заявленного изобретения патент 2392482, «Клапан-отсечка пневматического привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания». Привод действует следующим образом. Поршень ДВС 1 (фиг.2) при такте сжатия сжимает рабочее тело в камере сгорания 2. При этом часть его из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3 через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и в момент времени, когда требуется подать топливо в камеру сгорания 2, устанавливает золотник 7 в положение, как показано на фигуре 1. Рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 8 и 9 поступает в верхнюю полость поршня привода плунжера топливной форсунки 10, и он, и соединенный с ним плунжер топливной форсунки 11 движутся вниз. Топливо через обратный клапан топливной форсунки 12 впрыскивается в камеру сгорания 2. Затем система управления переводит золотник 7 в нижнее положение и рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 8 и 13 поступает в нижнюю полость поршня привода плунжера топливной форсунки 10. Поршень привода плунжера топливной форсунки 10 и плунжер топливной форсунки 11 перемещаются в верхнее положение, и топливо из топливного бака (на фигуре не показан) через обратный клапан топливного бака 14 засасывается в полость плунжера топливной форсунки 11. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 9, 15 и 13, 16 выбрасывается в атмосферу, или, если это топливная смесь, то во впускной коллектор. Когда давление рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 превысит рабочий уровень, рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по трубопроводу 17 поступает в нижнюю полость поршня привода запорного клапана 18, в результате чего запорный клапан 19 перекрывает канал 20, и поступление рабочего тела в пневмоаккумулятор 6 прекращается. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 6 рабочим телом определяется жесткостью пружины 21. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 6.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель заявленного изобретения - создание механизма реверсирования вращения коленвала ДВС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ реверсирования вращения коленчатого вала ДВС базируется на механизме гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой рабочей жидкостью общего для всех цилиндров ДВС гидроаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре ДВС.

На фигуре 3 представлена схема гидравлического механизма привода газораспределительного клапана и привода топливной форсунки рабочей жидкостью из общего для всех цилиндров гидроаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре ДВС. Гидравлический механизм привода действует следующим образом. При пуске ДВС на такте сжатия воздуха или топливной смеси (на рабочем такте - продукты сгорания) поршнем ДВС 1 газы в камере сгорания ДВС 2 (далее - камера сгорания 2) давят на левую торцевую поверхность поршня насоса 3. В результате чего поршень насоса 3 движется вправо (по рисунку), и находящаяся в правой торцевой насосной полости поршня насоса 3 жидкость через обратный клапан гидроаккумулятора 4 поступает в общий для всех цилиндров ДВС гидроаккумулятор 5 (далее - гидроаккумулятор). Полная зарядка гидроаккумулятора 5 происходит при пуске ДВС за один или несколько тактов сжатия воздуха или топливной смеси в камере сгорания 2, а дозарядка - и на такте расширения продуктов сгорания. На такте всасывания воздуха в камеру сгорания 2 давление воздуха в ней уменьшается, пружина поршня насоса 6 перемещает поршень насоса 3 влево, и жидкость из компенсационного бачка 7 через обратный клапан компенсационного бачка 8 поступает в правую торцевую насосную полость поршня насоса 3. Как только давление в гидроаккумуляторе 5 повысится до величины, обеспечивающей оптимальное функционирование газораспределительного клапана и топливной форсунки, жидкость из него по трубопроводу 9 поступает в нижнюю полость поршня механизма стопора 10, в результате чего он перемещается вверх, стопор 11 входит в проточку поршня насоса 3 и стопорит его. Поступление жидкости в гидроаккумулятор 5 прекращается. Уровень зарядки гидроаккумулятора 5 определяется жесткостью пружины поршня механизма стопора 12. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается гидроаккумулятор 5. Для открытия газораспределительного клапана система управления отслеживает текущее положение поршня ДВС 1, и в момент времени, когда требуется его открыть, устанавливает золотник управления потоком жидкости газораспределительного клапана 13 в положение, как показано на фигуре. Жидкость из гидроаккумулятора 5 по каналам 14 и 15 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, соединенного с газораспределительным клапаном 17. Под ее воздействием газораспределительный клапан 17 открывается, и если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 18 поступать в камеру сгорания 2, или, если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2 в атмосферу. Для закрытия газораспределительного клапана 17 система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости газораспределительного клапана 13 в нижнее положение, и жидкость из гидроаккумулятора 5 по каналам 14 и 19 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 17 закрывается. В обоих случаях отработавшая жидкость по каналам 15, 20 и 19, 21 вытесняется в компенсационный бачок 7. Для подачи топлива в камеру сгорания, например, того цилиндра, который показан в правой нижней части рисунка, система управления ДВС отслеживает текущее положение его поршня. В момент времени, когда требуется подать плунжером топливной форсунки 22 топливо в камеру сгорания, система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости топливной форсунки 23 в положение, как показано на фигуре. Жидкость из гидроаккумулятора 5 по каналам 24 и 25 поступает в верхнюю полость поршня привода плунжера топливной форсунки 26. Под действием поступающей жидкости поршень привода топливной форсунки 26 движется вниз и соединенным с ним плунжером топливной форсунки 22 через обратный клапан плунжера топливной форсунки 27 впрыскивает дозу топлива в камеру сгорания. Для подготовки плунжера топливной форсунки 22 к очередному впрыску топлива система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости топливной форсунки 23 в нижнее положение, жидкость из гидроаккумулятора 5 по каналам 24 и 28 поступает в нижнюю полость поршня привода плунжера топливной форсунки 26, и плунжер топливной форсунки 22 движется вверх. В обоих случаях отработавшая жидкость по каналам 25, 29 и 28, 30 вытесняется в компенсационный бачок 7. Одновременно через обратный клапан топливного бака 31 из топливного бака (на фигуре не показан) топливо всасывается в полость плунжера топливной форсунки 22. Проблемы предотвращения выноса жидкости штоками поршней привода газораспределительного клапана 16, топливной форсунки 26 и поршня насоса 3 могут решаться различными способами. Например, на схеме показаны сильфоны 32, 33, 34, исключающие утечку жидкости из полностью изолированной системы гидроприводов.

Реверсирование вращения коленвала ДВС на основе реверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его гидроаккумулятора рабочей жидкостью энергией газов из цилиндра ДВС осуществляется следующим образом. Система управления соединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС и вращает его в задаваемом направлении вращения коленвала ДВС. Система управления на такте сжатия при закрытых газораспределительных клапанах в момент времени, когда над поршнем давление сжимаемого воздуха или топливной смеси увеличится до величины, обеспечивающей оптимальный для данных условий сгорания топлива уровень, система управления разъединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС, форсункой впрыскивает топливо в камеру сгорания и воспламеняет топливо свечой зажигания. Одновременно система управления устанавливает последовательность открытия и закрытия газораспределительных клапанов и срабатывания топливной форсунки в соответствии с заданным направлением вращения коленвала.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ реверсирования вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на основе нереверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой его гидроаккумулятора рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, включающего систему управления, золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода топливной форсунки, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания гидроаккумулятор с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, обратный клапан гидроаккумулятора, поршня привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, обратный клапан поршня привода плунжера топливной форсунки, свечу зажигания, золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода выпускного газораспределительного клапана, обратный клапан впускного газораспределительного клапана гидроаккумулятора, поршень привода выпускного газораспределительного клапана и выпускной газораспределительный клапан, отличающийся тем, что при реверсировании вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания система управления соединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, и если направление вращения вала нереверсивного стартерного механизма не совпадает с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, система управления на такте сжатия при закрытых газораспределительных клапанах и при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда над поршнем двигателя внутреннего сгорания давление сжимаемого воздуха или топливной смеси увеличится до величины, обеспечивающей оптимальный для данных условий сгорания топлива уровень, разъединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и устанавливает золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода топливной форсунки в положение, при котором рабочая жидкость из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания гидроаккумулятора с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан гидроаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении в которую поршень привода плунжера топливной форсунки и соединенный с ним плунжер топливной форсунки движутся и через обратный клапан поршня привода плунжера топливной форсунки плунжер топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и воспламеняет его свечой зажигания, топливо сгорает, в результате чего под действием продуктов сгорания поршень двигателя внутреннего сгорания меняет направление своего движения и направление вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на противоположное, и в конце процесса расширения продуктов сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях нижней мертвой точки система управления устанавливает золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода выпускного газораспределительного клапана в положение, при котором рабочая жидкость из гидроаккумулятора с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан выпускного газораспределительного клапана поступает в ту полость поршня привода выпускного газораспределительного клапана, при поступлении в которую поршень привода выпускного газораспределительного клапана и соединенный с ним выпускной газораспределительный клапан движутся и впускной газораспределительный клапан открывается, и после того как отработавшие продукты сгорания выбрасываются из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в атмосферу, кинетическая энергия маховика и коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, и в дальнейшем система управления механизмом привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой его гидроаккумулятора рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обеспечивает порядок срабатывания газораспределительных клапанов и топливной форсунки в соответствии с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном развитии электроники создание системы управления двигателем не более чем рутинная задача, являющаяся отдельной задачей проектирования ДВС.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура 1. Схема пневматического привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапаном-отсечкой.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3, 8, 9, 13, 15, 16, 17, 20 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - золотник; 10 - поршень привода плунжера форсунки; 11 - плунжер форсунки; 12 - обратный клапан форсунки; 14 -обратный клапан топливного бака; 18 - поршень привода запорного клапана; 19 - запорный клапан, 21 - пружина запорного клапана.

Фигура 2. Схема пневматического привода топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания с капаном-отсечкой.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3, 8, 9, 13, 15, 16, 17, 20 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - золотник; 10 - поршень привода плунжера топливной форсунки; 11 - плунжер топливной форсунки; 12 - обратный клапан топливной форсунки; 14 - обратный клапан топливного бака; 18 - поршень привода запорного клапана; 19 - запорный клапан; 21 - пружина запорного клапана.

Фигура 3. Схема механизма гидравлического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки жидкостью из общего для всех цилиндров ДВС гидроаккумулятора за счет энергии газов в цилиндре ДВС.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3 - поршень насоса; 4 - обратный клапан гидроаккумулятора; 5 - общий для всех цилиндров гидроаккумулятор; 6 - пружина поршня насоса; 7 - компенсационный бачок; 8 - обратный клапан компенсационного бачка; 9, 14, 15, 18, 19; 20, 21, 24, 25, 28, 29, 30 - каналы и трубопроводы; 10 - поршень механизма стопора; 11 - стопор; 12 - пружина поршня механизма стопора; 13 - золотник управления потоком жидкости поршня газораспределительного клапана; 16 - поршень привода газораспределительного клапана; 17 - газораспределительный клапан; 22 - плунжер топливной форсунки; 23 - золотник управления потоком жидкости поршня привода топливной форсунки; 26 - поршень привода плунжера топливной форсунки; 27 - обратный клапан плунжера топливной форсунки; 31 - обратный клапан топливного бака, 32, 33, 34 - сильфон.

Способ реверсирования вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на основе нереверсивного стартерного механизма и механизма привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой его гидроаккумулятора рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, включающего систему управления, золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода топливной форсунки, общий для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания гидроаккумулятор с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, обратный клапан гидроаккумулятора, поршень привода плунжера топливной форсунки, плунжер топливной форсунки, обратный клапан поршня привода плунжера топливной форсунки, свечу зажигания, золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода выпускного газораспределительного клапана, обратный клапан впускного газораспределительного клапана гидроаккумулятора, поршень привода выпускного газораспределительного клапана и выпускной газораспределительный клапан, отличающийся тем, что при реверсировании вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания система управления соединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, и если направление вращения вала нереверсивного стартерного механизма не совпадает с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, система управления на такте сжатия при закрытых газораспределительных клапанах и при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда над поршнем двигателя внутреннего сгорания давление сжимаемого воздуха или топливной смеси увеличится до величины, обеспечивающей условия сгорания топлива,разъединяет вал нереверсивного стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и устанавливает золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода топливной форсунки в положение, при котором рабочая жидкость из общего для всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания гидроаккумулятора с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан гидроаккумулятора поступает в ту полость поршня привода плунжера топливной форсунки, при поступлении в которую поршень привода плунжера топливной форсунки и соединенный с ним плунжер топливной форсунки движутся и через обратный клапан поршня привода плунжера топливной форсунки плунжер топливной форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания и воспламеняет его свечой зажигания, топливо сгорает, в результате чего под действием продуктов сгорания поршень двигателя внутреннего сгорания меняет направление своего движения и направление вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на противоположное, и в конце процесса расширения продуктов сгорания при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях нижней мертвой точки система управления устанавливает золотник управления потоком рабочей жидкости поршня привода выпускного газораспределительного клапана в положение, при котором рабочая жидкость из гидроаккумулятора с зарядкой его рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания через обратный клапан выпускного газораспределительного клапана поступает в ту полость поршня привода выпускного газораспределительного клапана, при поступлении в которую поршень привода выпускного газораспределительного клапана и соединенный с ним выпускной газораспределительный клапан движутся и впускной газораспределительный клапан открывается, и после того как отработавшие продукты сгорания выбрасываются из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в атмосферу, кинетическая энергия маховика и коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания вращает коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, и в дальнейшем система управления механизмом привода газораспределительных клапанов и топливной форсунки с зарядкой его гидроаккумулятора рабочей жидкостью за счет энергии газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обеспечивает порядок срабатывания газораспределительных клапанов и топливной форсунки в соответствии с задаваемым направлением вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.