Головка для блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания с бесклапанным механизмом газораспределения

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: предлагается золотниковый механизм газораспределения с использованием охлаждаемой гильзы и вращающегося цилиндрического золотника, в котором конструктивные размеры оптимизированы и составляют: внутренний диаметр золотника 0,1-0,8 диаметра цилиндра двигателя; толщина стенки золотника 0,020-0,20 его наружного диаметра. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению для ДВС и других нужд народного хозяйства.

Известен золотниковый механизм газораспределения для ДВС, состоящий из корпуса головки, двух вращающихся пустотелых золотников расположенных вдоль головки с окнами для впуска и выпуска топлива и отработанных газов, золотники снабжены уплотнительными элементами радиальными и кольцевыми (патент Великобритании N 1288551, кл. F 01 L 7/02, 1972, прототип). Привод золотников осуществляется от коленчатого вала при помощи звездочки.

Недостатками этого механизма является то, что нет полной герметизации окна цилиндра от поверхности золотникового вала, радиальные элементы уплотнения установлены только на окнах впускных и выпускных с наружной стороны золотника, остальная часть поверхности ничем не защищена, и высокотемпературная смесь газов движется по всей окружности золотника, соприкасаясь со стенками кольцевых колец. По этой причине невозможно к кольцам подвести смазку, вследствие большой температуры масло будет подгорать, будет происходить падение мощности, практически при этом устройстве кольцевых и радиальных уплотнительных элементов механизм газораспределения будет неработоспособен и недолговечен.

Известен также золотниковый механизм газораспределения, состоящий из головки, в которой расположен один золотниковый вал с двумя окнами, впускными и выпускными, напротив цилиндра и уплотнительными колодцами двух видов, боковых вынесенных из зоны высоких температур, и верхних колодок, вал установлен жестко на подшипниках. Привод золотникового вала происходит от коленчатого вала через звездочку (патент США N 3896781, кл. F 01 L 7/00, 1975).

Недостатками этого механизма газораспределения является то, что нет возможности плавно изменять угловое положение золотникового вала при газораспределении фаз, так как впускные и выпускные окна находятся на одном валу, что делает этот механизм не перспективным.

При этом в устройстве уплотнение золотникового вала должно происходить по всей площади окружности, соприкасаясь с окнами выходящими из цилиндров, что невозможно сделать без смазки, так как золотниковый вал постоянно находится какой-то частью в зоне высоких температур, где нельзя подвести систему смазки, вследствие чего будут происходить частые задиры, и герметизацию будет трудно удержать. Золотниковый вал будет быстро изнашиваться и терять герметичность. Так как он установлен на подшипниках жестко, то при износе трущейся поверхности приходится заменять весь золотниковый вал, что является очень дорогим условием.

Целью изобретения является ДВС, использующий головку для блока цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения, позволяющий уменьшить металлоемкости, упростить конструкцию, экономить топливо, увеличить мощность ДВС при тех же объемах цилиндра, плавно изменять фазы газораспределения в широких диапазонах, управлять на холостых оборотах, то есть подавать топливо в цилиндры выборочно, уменьшить выброс отработанных газов загрязняющих атмосферу. Отсутствие клапанов и других механизмов уменьшает шум работающего ДВС, позволяет увеличить долговечность деталей ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что ДВС использует головку для цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения, которая содержит корпус с внутренними канавками для охлаждения жидкостью и смазки. В корпусе головки имеются резьбовые отверстия под свечи зажигания и отверстия под болты крепления ее к блоку цилиндров, внутри корпуса головки продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены цилиндры пустотелые с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания. Наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены пустотелые распределительные валы с окнами, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным градусом относительно друг друга напротив каждой камерой сгорания. Один из распределительных валов является впускным, другой выпускным. На распределительных валах с наружной стороны, где расположены впускные и выпускные окна, по периметру окружности имеются канавки для кольцевых колец, отсекающих герметично одно окно от другого, и смазки их, и канавки фигурные для двух кольцевых колец, соединенные жестко между собой поперечными перегородками и в то же время пружинящими по всему периметру окружности этих валов. Окна, полученные поперечными перегородками, жестко связаны с двумя кольцами между собой и имеют размеры: первое окно немного больше окон впускных и выпускных, остальные окна по размеру меньше этих окон. Указанные поперечные перегородки, расположенные по периметру, часто являются заодно и ножами отсекателями, которые при вращении распределительного вала счищают появившуюся смесь нагара на стенках окон при сгорании горючей смеси, что делает поверхность этих окон и внутреннюю поверхность цилиндра зеркально чистой. При этом положении уплотнительных колец вырвавшаяся высокотемпературная смесь газов будет находится в этих окнах и не сможет попасть к стенкам кольцевых колец, что дает возможность к ним подвести систему смазки.

Внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1-0,8 диаметра цилиндра ДВС, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020-0,20 его наружного диаметра. Также на концах распределительных валов имеются оси, на которые установлены звездочки для передачи вращения их от коленчатого вала. Скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости коленчатого вала. К корпусу головки напротив распределительного впускного вала установлен механизм подачи топлива. Напротив выпускного распределительного вала к корпусу головки закреплено начало выхлопной трубы.

На фиг. 1 показан поперечный разрез ДВС с головкой для блока цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения; на фиг. 2 головка с цилиндрами и распределительными валами впуска топлива и выпуска отработанных газов и фигурные канавки для двух кольцевых колец соединенные жестко между собой поперечными перегородками; на фиг. 3 развертка фигурного кольца, состоящая из двух кольцевых колец, соединенных жестко между собой поперечными перегородками и схемами газораспределения фаз.

ДВС имеет головку для блока цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения, которая содержит корпус головки 3 (фиг. 1 и 2) с внутренними канавками для охлаждения и смазки 9 (фиг.1). В корпусе головки имеются резьбовые отверстия под свечи зажигания 5 (фиг.1) и отверстия под болты крепления ее к блоку цилиндров. Внутри корпуса головки продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставляются пустотелые цилиндры 8 с окнами 10 (фиг. 1), расположенными напротив каждой камеры сгорания. В корпусе головки имеется промежуточное окно 4, соединяющее распределительный вал с камерой сгорания. Наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью. В указанные цилиндры 8 вставлены пустотелые распределительные валы 1 и 12 (фиг.1 и 2), с окнами 2 и 13, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным градусом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания 6. Один из распределительных валов является впускным для подачи топлива непосредственно в камеру сгорания, другой распределительный вал является выпускным для выпуска отработанных газов. На распределительных валах с наружной стороны, где расположены впускные и выпускные окна по периметру окружности, имеются канавки для кольцевых колец, отсекающих герметично одно окно от другого, и смазки их (на фиг. не показаны кольцевые кольца) и канавки фигурные для двух кольцевых колец, соединенные жестко между собой поперечными перегородками и в то же время пружинящими по всему периметру окружности этих валов 5 (фиг. 2 и 3). Окна, полученные поперечными перегородками, жестко связаны двумя кольцами между собой и имеют размеры: первое окно немного больше окон впускных и выпускных, остальные окна по размеру меньше этих окон (фиг.2 и 3), герметизирующих и отсекающих одну камеру от другой. На концах распределительных валов имеются оси 4 (фиг.2), на которые установлены звездочки для вращения их от коленчатого вала. К корпусу головки напротив впускного распределительного вала установлен механизм подачи воздуха и топлива непосредственно в камеру сгорания (на фиг не показан). Напротив выпускного распределительного вала к корпусу головки крепится начало выхлопной трубы (на фиг. не показано).

Предлагаемый ДВС, использующий головку для блока цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения, работает следующим образом.

При запуске в работу ДВС распределительные валы впускной и выпускной начинают вращаться через передачу от коленчатого вала. Скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости коленчатого вала. При первом такте впуск горючей смеси, при движении поршня 7 (фиг.1) от в.м.т. к н. м. т. в цилиндре 11 (создается разрежение в пределах 0,05-0,25 кгс/см₂ (5-25 кН/м²). В это время впускной распределительный вал 1 (фиг. 1 и 2), вращаясь, открывает окно 13 (фиг.1), которое находится внутри этого вала напротив камеры сгорания 6 фиг.1. Воздух и топливо под большим давлением поступают в камеру сгорания через промежуточное окно 4 и дальше в цилиндр. Давление воздуха в распределительном валу находится постоянно высоким, а топливо может быть подано в любое время такта (на фиг. не обозначено). При этом окно выпуска газов 2 в распределительном выпуском валу 12 (фиг.1 и 2) закрыто.

Температура горючей смеси при впуске за счет соприкосновения с нагретыми деталями ДВС и перемешивания с остатками продуктов сгорания повышается.

Второй такт происходит сжатие горючей смеси. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т. сжимая смесь при закрытых окнах в обеих распределительных валах. По мере уменьшения объема горючей смеси давление и температура в цилиндре повышается. Со степенью сжатия 8-12 при подходе поршня 7 фиг.1 к в. м. т. давление достигает 7-15 кгс/см², а температура достигает 350-450^oС. В этот момент между электродами свечи 5 (фиг.1) проскакивает искра, и рабочая смесь воспламеняется.

Третий такт сгорание рабочей смеси и расширение продуктов сгорания рабочий ход. Теплота, выделяющаяся при сгорании горючей смеси, резко повышает температуру до 1900-2400^oС и давление до 25-50 кгс/см². Под действием давления расширяющихся продуктов сгорания поршень 7 (фиг.1) перемещается от в. м. т. к н. м.т. и с помощью шатуна 14 вращает коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. В конце такта при подходе поршня 7 к н.м.т. открывается окно 2 в выпускном распределительном валу 12. Вследствие значительной разности давления в цилиндре 11 и окружающей среды в момент открытия выпускного окна отработанные газы начинают выходить из цилиндра с большой скоростью. При этом давление газов в цилиндре резко падает до 1,05-0,15 кгс/см².

Четвертый так выпуск отработанных газов заключительный такт цикла.

В этот период поршень 7 перемещается от н.м.т. к в.м.т. и продолжает выталкивать продукты сгорания рабочей смеси в окно 2 в распределительном выпускном валу 12, которые через выхлопную трубу попадают в атмосферу. Среднее давление газов в этот момент составляет 1,05-1,15 кгс/см², температура 900-1100^oС. После чего процесс повторяется.

Преимущество ДВС, использующего головку для блока цилиндров с безклапанным механизмом газораспределения, по сравнению с прототипом состоит в способности механизма головки увеличить мощность ДВС, экономить топливо, увеличить долговечность деталей ДВС, управлять плавно газораспределением фаз, уменьшить выброс отработанных газов, загрязняющих атмосферу, уменьшить шум работающего ДВС.

Формула изобретения

Головка для блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с бесклапанным механизмом газораспределения, содержащая корпус с внутренними канавками для смазки и охлаждения жидкостью, резьбовыми отверстиями под свечи зажигания и отверстиями под болты крепления к блоку цилиндров, внутри корпуса головки продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены цилиндры с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания, наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены пустотелые распределительные валы с окнами, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным градусом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания, один из распределительных валов является впускным, другой - выпускным, на распределительных валах с наружной стороны имеются канавки для колец герметизации и их смазки, на концах распределительных валов имеются оси, на которых установлены звездочки для передачи вращения их от коленчатого вала, скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала, к корпусу головки напротив впускного распределительного вала прикреплен механизм подачи топлива, а напротив выпускного распределительного вала закреплено начало выхлопной трубы, отличающаяся тем, что внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1 0,8 диаметра цилиндра двигателя, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020 0,20 его наружного диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3