Способ зарядки гидроаккумулятора системы привода трёхклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пьезонасосом

Изобретение относится к области газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности работы системы. Сущность изобретения заключается в том, что система привода трехклапанного газораспределителя включает систему управления, источник электроэнергии, пакет пьезокерамических элементов пьезонасоса с поршнем и обратными клапанами, гидроаккумулятор системы привода газораспределителя и компенсационный гидроаккумулятор. Для зарядки гидроаккумулятора система управления преобразует напряжение источника электроэнергии в перемещение поршня пьезонасоса, питающего гидроаккумулятор. При обратном движении поршня пьезонасоса жидкость из компенсационного гидроаккумулятора через обратный клапан поступает в полость поршня пьезонасоса, подготавливая его к очередному циклу зарядки гидроаккумулятора. 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения патент 2169278 C1, «Осцилляторный пьезотрансформатор двигателя внутреннего сгорания».

Реферат патента 2169278 C1. «Изобретение относится к машиностроению и предназначается для преобразования кинетической энергии поршня, в частности поршня ДВС, в электроэнергию с помощью пьезоэлектрика и обратного преобразования электроэнергии в кинетическую энергию поршня. С целью повышения удельной мощности преобразования в первом случае кинетическая энергия поршня передается жидкости, однонаправленное движение которой осциллятором преобразуется в знакопеременное давление жидкости на пьезоэлектрик, в результате деформации которого на его активных гранях выделяются электрические заряды. Во втором случае преобразование электроэнергии в кинетическую энергию поршня осуществляется в обратном порядке: электрические заряды подаются на активные грани пьезоэлектрика, в такт электрическим импульсам пьезоэлектрик деформируется и тем самым формирует знакопеременные импульсы давления жидкости. Осциллятор преобразует импульсное давление жидкости в однонаправленный поток, энергия давления которого передается поршню».

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цитата из журнала «За рулем», №3, 1999, стр. 44, "Быстрота и натиск": "Изобретателям немецкой фирмы удалось создать 280-слойный пакет из пьезокерамики, расширяющийся на 80 мкм за 0,1 мс - достаточно, чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н! При этом для управления используют напряжение бортовой сети автомобиля". Очевидно, что энергетических возможностей для обеспечения системы привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания пьезонасосом более чем достаточно для привода клапанов трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС).

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется описанием принципа действия системы гидравлического привода трехклапанного газораспределителя ДВС с зарядкой гидроаккумулятора системы пьезонасосом.

Зарядка гидроаккумулятора системы привода 1 (см. чертеж) жидкостью до пределов рабочего давления состоит в следующем. Система управления преобразует напряжение источника электроэнергии, например, постоянное напряжение электроаккумулятора бортовой сети автомобиля в знакопеременные импульсы электроэнергии и подает их на пакет пьезокерамических элементов 2 пьезонасоса 3. В результате линейные размеры элементов пакета пьезоэлементов пьезонасоса 3, перпендикулярные активным плоскостям пьезоэлементов, последовательно сокращаются и увеличиваются в такт поступающих на них знакопеременных импульсов, и соединенный с пакетом пьезокерамических элементов 2 поршень пьезонасоса 4 совершает колебательные движения. При движении поршня пьезонасоса 4, например снизу вверх по рисунку, находящаяся в полости поршня пьезонасоса 4 жидкость через обратный клапан 5 поступает в гидроаккумулятор системы привода 1 и заряжает его. А при движении поршня пьезонасоса 4 в противоположном направлении жидкость из компенсационного гидроаккумулятора 6 через обратный клапан 7 поступает в полость поршня пьезонасоса 4 и подготавливает пьезонасос к очередному циклу зарядки гидроаккумулятора системы привода 1. Поддержание давления жидкости в нем в рабочих пределах осуществляется периодическим включением пьезонасоса 3. Газообмен в ДВС обеспечивается системой привода трехклапанного газораспределителя в составе газораспределительного клапана ДВС 8 (далее - газораспределительный клапан 8), клапана впуска воздуха или топливной смеси 9 (далее - впускной клапан 9) и клапана выпуска отработавших продуктов сгорания 10 (далее - выпускной клапан 10). В исходном положении впускной клапан 9 открыт, а газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 10 закрыты. Для обеспечения такта всасывания система управления устанавливает газораспределительный клапан 8 в открытое положение. Для этого система управления устанавливает золотник 11 в положение, как показано на чертеже. Жидкость из гидроаккумулятора системы привода 1 по каналам 12, 13, 14, 15 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16. Жидкость давит на него, и соединенный с ним штоком 17 газораспределительный клапан 8 открывается. Из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 жидкость по каналам 18, 19, 20 и обратный клапан 21 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 6. Через открытый впускной клапан 9 и открытый газораспределительный клапан 8 в камеру сгорания ДВС 22 (далее - камера сгорания 22) по каналу 23 поступает топливная смесь или воздух из атмосферы. Для обеспечения такта сжатия и рабочего такта система управления закрывает газораспределительный клапан 8, для чего переводит золотник 11 в правое положение. Теперь жидкость из гидроаккумулятора системы привода 1 по каналам 12, 13, 19, 18 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 8 закрывается. Отработавшая жидкость из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 по каналам 15, 14, 24 и обратный клапан 21 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 6. После рабочего такта для обеспечения такта выпуска отработавших продуктов сгорания система управления закрывает впускной клапан 9, открывает газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 10. Для закрытия впускного клапана 9 система управления переводит золотник 25 в левое положение. Жидкость из гидроаккумулятора системы привода 1 по каналам 12, 26, 27, 28 поступает в левую полость поршня привода впускного клапана 29 и перемещает соединенный с ним штоком 30 впускной клапан 9 вправо, и он закрывается. Отработавшая жидкость из правой полости поршня привода впускного клапана 29 по каналам 31, 32, 33 и обратный клапан 21 поступает в компенсационный гидроаккумулятор 6. Открытие газораспределительного клапана 8 см. выше. Для открытия выпускного клапана 10 система управления устанавливает золотник 34, как показано на чертеже, в правое положение. Жидкость из гидроаккумулятора системы привода 1 по каналам 12, 35, 36, 37 поступает в правую полость поршня привода выпускного клапана 38 и перемещает соединенный с ним штоком 39 выпускной клапан 10 влево, и он открывается. Отработавшая жидкость из левой полости поршня привода выпускного клапана 38 по каналам 40, 41, 42 и через обратный клапан 21 поступает в компенсационный гидроаккумулятор 6. Продукты сгорания из камеры сгорания 22 через открытые газораспределительный клапан 8, выпускной клапан 10 и канал 43 выбрасываются в атмосферу. После такта выпуска система управления переводит клапаны трехклапанного газораспределителя в положение перед началом впуска воздуха или топливной смеси в камеру сгорания 22: закрывает газораспределительный клапан 8, закрывает выпускной клапан 10 и открывает впускной клапан 9. Закрытие газораспределительного клапана 8 см. выше. Для закрытия выпускного клапана 10 система управления устанавливает золотник 34 в левое положение. Жидкость из гидроаккумулятора 1 по каналам 12, 35, 41, 40 поступает в левую полость поршня привода выпускного клапана 38 и перемещает соединенный с ним штоком 39 выпускной клапан 10 вправо, и он закрывается. Отработавшая жидкость из правой полости поршня привода выпускного клапана 38 по каналам 37, 36, 44 и обратный клапан 21 поступает в компенсационный гидроаккумулятор 6. Для открытия впускного клапана 9 система управления переводит золотник 25 в правое положение. Жидкость из гидроаккумулятора системы привода 1 по каналам 12, 26, 32, 31 поступает в правую полость поршня привода впускного клапана 29 и перемещает соединенный с ним штоком 30 впускной клапан 9 влево, и он открывается. Отработавшая жидкость из левой полости поршня привода впускного клапана 29 по каналам 28, 27, 45 и обратный клапан 21 поступает в компенсационный гидроаккумулятор 6. ДВС готов к очередному циклу работы. Утечка жидкости через зазор между штоками и контактируемой с ними поверхностями скольжения предотвращается сильфонами 46, 47, 48. Таким способом осуществляется зарядка гидроаккумулятора системы привода трехклапанного газораспределителя.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ зарядки гидроаккумулятора системы привода трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пьезонасосом, включающей систему управления, источник электроэнергии системы привода трехклапанного газораспределителя, пакет пьезокерамических элементов пьезонасоса, содержащий набор пьезокерамических элементов пьезонасоса, поршень пьезонасоса, обратные клапаны, гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя и компенсационный гидроаккумулятор, отличающийся тем, что система управления преобразует напряжение источника электроэнергии системы привода трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания в знакопеременные импульсы электроэнергии и подает их на пакет пьезокерамических элементов пьезонасоса, в результате чего линейные размеры, перпендикулярные активным плоскостям пьезоэлементов пакета пьезокерамических элементов пьезонасоса, попеременно уменьшаются и увеличиваются в такт поступающих на них знакопеременных импульсов электроэнергии и соединенный с пакетом из пьезокерамических элементов пьезонасоса поршень пьезонасоса совершает колебательные движения, при движении поршня пьезонасоса в одну сторону находящаяся в полости поршня пьезонасоса жидкость через обратный клапан поступает в гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя и заряжает гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя, а при движении поршня в противоположном направлении жидкость из компенсационного гидроаккумулятора через обратный клапан поступает в полость поршня пьезонасоса, подготавливая пьезонасос к очередному циклу зарядки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития систем автоматического управления создание системы управления заявленного изобретения является вполне ординарной задачей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Принципиальная схема системы гидравлического привода трехклапанного газораспределителя ДВС с зарядкой гидроаккумулятора системы пьезонасосом представлена на чертеже, где

1 - гидроаккумулятор системы привода; 2 - пакет пьезокерамических элементов; 3 - пьезонасос; 4 - поршень пьезонасоса; 5, 7, 21 - обратные клапаны; 6 - компенсационный гидроаккумулятор; 8 - газораспределительный клапан; 9 - впускной клапан; 10 - выпускной клапан; 11, 25, 34 - золотники; 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 23, 24, 26, 27, 28, 31, 32, 33, 35, 36, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 45 - каналы; 16 - поршень привода газораспределительного клапана; 17, 30, 39 - штоки; 22 - камера сгорания; 29 - поршень привода впускного клапана; 38 - поршень привода выпускного клапана; 46, 47, 48 - сильфоны.

Способ зарядки гидроаккумулятора системы привода трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пьезонасосом, включающей систему управления, источник электроэнергии системы привода трехклапанного газораспределителя, пакет пьезокерамических элементов пьезонасоса, содержащий набор пьезокерамических элементов пьезонасоса, поршень пьезонасоса, обратные клапаны, гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя и компенсационный гидроаккумулятор, отличающийся тем, что система управления преобразует напряжение источника электроэнергии системы привода трехклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания в знакопеременные импульсы электроэнергии и подает их на пакет пьезокерамических элементов пьезонасоса, в результате чего линейные размеры, перпендикулярные активным плоскостям пьезоэлементов пакета пьезокерамических элементов пьезонасоса, попеременно уменьшаются и увеличиваются в такт поступающих на них знакопеременных импульсов электроэнергии, и соединенный с пакетом из пьезокерамических элементов пьезонасоса поршень пьезонасоса совершает колебательные движения, при движении поршня пьезонасоса в одну сторону находящаяся в полости поршня пьезонасоса жидкость через обратный клапан поступает в гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя и заряжает гидроаккумулятор системы привода трехклапанного газораспределителя, а при движении поршня в противоположном направлении жидкость из компенсационного гидроаккумулятора через обратный клапан поступает в полость поршня пьезонасоса, подготавливая пьезонасос к очередному циклу зарядки.