Способ реверсирования двигателя внутреннего сгорания стартерным механизмом и системой пневматического привода трёхклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора
Изобретение относится к области реверсирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности работы системы реверса. Сущность изобретения заключается в том, что для реверсирования ДВС система управления при закрытом газораспределительном клапане соединяет вал стартерного механизма с коленвалом ДВС и вращает его. При положении поршня ДВС в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда в камере сгорания достигнет величины, обеспечивающей сгорание топлива, подает топливо в камеру сгорания, и, при необходимости, воспламеняет его свечой зажигания. Одновременно с воспламенением топлива система управления разъединяет вал стартерного механизма с коленчатым валом и после прибытия поршня в нижнюю мертвую точку система пневматического привода трехклапанного газораспределителя обеспечивает газообмен в ДВС. Пневмоаккумулятор заряжается газом из компенсационного пневмоаккумулятора, а газообмен осуществляется впускным, газораспределительным и выпускным клапанами. Топливо подается независимой от механической связи с коленвалом системой, например пьезоэлектрической, электрической, гидравлической или пневматической. 1 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения патент 2536651 «Способ реверсирования двигателя внутреннего сгорания реверсивным стартером и механизмом привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его пневмоаккумулятора сжатым воздухом».
Реферат к патенту 2536651: «Изобретение относится к области управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности управления при реверсировании ДВС. Сущность изобретения заключается в том, что система управления соединяет вал реверсивного стартерного механизма с коленвалом ДВС и вращает его. В конце такта сжатия система управления направляет воздух из пневмоаккумулятора в полость привода плунжера топливной форсунки и происходит впрыск топлива в камеру сгорания с воспламенением его свечой зажигания. После чего система и разъединяет вал реверсивного стартера с коленвалом ДВС. После сгорания система направляет воздух из пневмоаккумулятора в полость поршня привода выпускного клапана и открывает его. Пневматическая система управления газораспределением и впрыском топлива позволяет эффективно работать ДВС как в одном, так и в противоположном направлении вращения вала».
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Реверсирование двигателя внутреннего сгорания (ДВС) прототипа по патенту 2536651 осуществляется реверсивным стартером и механизмом привода газораспределительного клапана и топливной форсунки с зарядкой его пневмоаккумулятора сжатым воздухом.
Цель заявленного изобретения - обеспечить реверсирование (ДВС) стартерным механизмом и системой гидравлического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы из компенсационного пневмоаккумулятора.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность заявленного изобретения поясняется описанием принципа действия системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора.
Зарядка пневмоаккумулятора системы газом осуществляется следующим образом (см. фигуру). При пуске ДВС поршень ДВС 1 на такте сжатия сжимает воздух или топливную смесь в камере сгорания ДВС 2, которая давит на левую торцевую поверхность поршня привода компрессора 3, в результате чего он движется вправо (по рисунку). Находящийся в правой полости поршня компрессора 4 рабочий газ (далее - газ) через обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор системы привода 6 (далее - пневмоаккумулятор 6) и заряжает его. Зарядка пневмоаккумулятора 6 происходит при первом пуске ДВС, а дальнейшая подзарядка на рабочих тактах. После того как давление газа в пневмоаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающее оптимальное функционирование трехклапанного газораспределителя в составе клапана впуска воздуха или топливной смеси 7 (далее - впускной клапан 7), газораспределительного клапана ДВС 8 (далее - газораспределительный клапан 8) и клапана выпуска отработавших продуктов сгорания 9 (далее - выпускной клапан 9), газ из пневмоаккумулятора 6 по каналу 10 поступает в нижнюю полость поршня стопора 11. В результате поршень стопора 11 перемещается в верхнее положение и соединенный с ним стопор 12 входит в выточку поршня компрессора 4, блокирует его движение, и поступление газа в пневмоаккумулятор 6 прекращается. В исходном положении впускной клапан 7 открыт, а газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 9 закрыты. Газообмен в ДВС осуществляется следующим образом. Для обеспечения такта всасывания система управления устанавливает газораспределительный клапан 8 в открытое положение. Для этого система управления устанавливает золотник 13 в положение, как показано на фигуре. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14, 15 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, соединенного штоком 17 с газораспределительным клапаном 8, в результате он занимает нижнее положение - открывается. Воздух или топливная смесь через канал впуска воздуха или топливной смеси 18 и открытый газораспределительный клапан 8 поступает в камеру сгорания ДВС 2. Из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 отработавший газ по каналам 19, 20, 21 и обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. При понижении давления газа в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей функционирование клапанов трехклапанного газораспределителя, пружина стопора 24 переводит поршень стопора 11 и стопор 12 в нижнее положение. На одном из последующих тактов всасывания воздуха или топливной смеси в камеру сгорания ДВС 2 пружина поршня компрессора 25 переводит поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6, положение. Газ из компенсационного пневмоаккумулятора 23 через обратный клапан 26 подается в правую полость поршня компрессора 4. Компрессор готов к очередному циклу подзарядки пневмоаккумулятора 6. По прибытии поршня ДВС 1 в нижнюю мертвую точку система управления переводит золотник 13 в правое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 14, 19 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 16, и газораспределительный клапан 8 закрывается. Отработавший газ из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 16 по каналам 15, 27, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Начинается такт сжатия, а затем такт расширения продуктов сгорания. Для обеспечения такта выпуска отработавших продуктов сгорания система управления закрывает впускной клапан 7, открывает газораспределительный клапан 8 и выпускной клапан 9. Для закрытия впускного клапана 7 система управления переводит золотник 28 в левое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 29, 30 поступает в левую полость поршня привода впускного клапана 31 и перемещает соединенный с ним штоком 32 впускной клапан 7 вправо, и он закрывается. Газ из правой полости поршня привода впускного клапана 31 по каналам 33, 34, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Для открытия выпускного клапана 9 система управления переводит золотник 35 в правое положение. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 10, 36, 37 поступает в правую полость поршня привода выпускного клапана 38 и перемещает соединенный с ним штоком 39 выпускной клапан 9 влево, и он открывается. Отработавший газ из левой полости поршня привода выпускного клапана 38 по каналам 40, 41, 21 и через обратный клапан 22 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 23. Открытие газораспределительного клапана 8 показано выше. В результате отработавшие продукты сгорания из камеры сгорания ДВС 2 через канал выпуска отработавших продуктов сгорания 42 выбрасываются в выхлопной коллектор. Проблемы предотвращения утечки газа через зазоры по образующим поверхностей штока газораспределительного клапана 17, штока впускного клапана 32, штока выпускного клапана 39 и штока поршня привода компрессора 43 решаются сильфонами 44, 45, 46, 47.
Пуск ДВС для действия в основном режиме осуществляется нереверсивным (традиционным) стартерным механизмом, далее - стартер. Для изменения вращения коленвала ДВС в противоположном направлении - реверсирования - система управления подсоединяет вал стартера к коленвалу ДВС, включает стартер, который вращает коленвал ДВС и при закрытом газораспределительном клапане 8 и положении поршня ДВС 1 в окрестностях верхней мертвой точки подает топливо в камеру сгорания ДВС 2. При этом используется независимая от механической связи с коленвалом ДВС система подачи топлива, например пневматическая, гидравлическая либо пьезоэлектрическая. Топливо воспламеняется, и продукты сгорания останавливают поршень ДВС 1. Система управления разъединяет вал стартерного механизма с коленвалом ДВС. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршень ДВС1 и коленвал изменяют направление движения на противоположное. Далее система пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора впускным 7, газораспределительным 8 и выпускным 9 клапаном обеспечивает газообмен в двигателе внутреннего сгорания.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ реверсирования двигателя внутреннего сгорания стартерным механизмом и системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающей систему управления, трехклапанный газораспределитель в составе впускного, газораспределительного и выпускного клапана, стартерный механизм, независимую от механической связи с коленвалом двигателя внутреннего сгорания систему подачи топлива, свечу зажигания и компенсационный пневмоаккумулятор, отличающийся тем, что система управления при закрытом газораспределительном клапане трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора соединяет вал стартерного механизма с коленвалом двигателя внутреннего сгорания, вращает вал двигателя внутреннего сгорания и на такте сжатия при закрытом газораспределительном клапане и при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда давление сжимаемого воздуха или топливной смеси в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания достигнет величины, обеспечивающей сгорание топлива после подачи его независимой от механической связи с коленвалом двигателя внутреннего сгорания системой подачи топлива, подает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, при необходимости воспламеняет топливо свечой зажигания, одновременно с воспламенением топлива разъединяет вал стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, и после прибытия поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестности нижней мертвой точки система пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора впускным, газораспределительным и выпускным клапаном обеспечивает газообмен в двигателе внутреннего сгорания.
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 для заявленного изобретения является вполне ординарной задачей.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура. Принципиальная схема трехклапанного газораспределителя ДВС с пневматической системой привода клапанов газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора.
1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания ДВС; 3 - поршень привода компрессора; 4 - поршень компрессора; 5, 22, 26 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - впускной клапан; 8 - газораспределительный клапан; 9 - выпускной клапан; 10, 14, 15; 19, 20, 21, 27, 29, 30, 33, 34, 36, 37, 40, 41 - канал; 11 - поршень стопора; 12 - стопор; 13, 28, 35 - золотник; 16 - поршень привода газораспределительного клапана; 17, 32, 39 - шток; 18 - канал впуска воздуха или топливной смеси; 23 - компенсационный пневмоаккумулятор; 24 - пружина стопора; 25 - пружина поршня компрессора; 31 - поршень привода впускного клапана; 38 - поршень привода выпускного клапана; 42 - канал выпуска отработавших продуктов сгорания; 43 - шток поршня привода компрессора; 44, 45, 46, 47 - сильфон.
Способ реверсирования двигателя внутреннего сгорания стартерным механизмом и системой пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающей систему управления, трехклапанный газораспределитель в составе впускного, газораспределительного и выпускного клапана, стартерный механизм, независимую от механической связи с коленвалом двигателя внутреннего сгорания систему подачи топлива, свечу зажигания и компенсационный пневмоаккумулятор, отличающийся тем, что система управления при закрытом газораспределительном клапане трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора соединяет вал стартерного механизма с коленвалом двигателя внутреннего сгорания, вращает вал двигателя внутреннего сгорания и на такте сжатия при закрытом газораспределительном клапане и при положении поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестностях верхней мертвой точки в момент времени, когда давление сжимаемого воздуха или топливной смеси в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания достигнет величины, обеспечивающей сгорание топлива после подачи его независимой от механической связи с коленвалом двигателя внутреннего сгорания системой подачи топлива, подает топливо в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, при необходимости воспламеняет топливо свечой зажигания, одновременно с воспламенением топлива разъединяет вал стартерного механизма с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и после прибытия поршня двигателя внутреннего сгорания в окрестности нижней мертвой точки система пневматического привода трехклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора впускным, газораспределительным и выпускным клапаном обеспечивает газообмен в двигателе внутреннего сгорания.
