Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания
Устройство для регулирования выходной мощности ДВС позволяет снизить затраты топлива путем обеспечения возможности регулирования оптимального количества свежего заряда для требуемой его нагрузки. Устройство содержит, по меньшей мере, один впускной клапан механизма газораспределения с толкателем, распределительный вал с двумя кулачками, контактирующими с толкателем, и механизм привода впускного клапана. В вале выполнено сквозное осевое отверстие, а в толкателе - осевое глухое, а механизм привода впускного клапана выполнен в виде расположенной в отверстии вала втулки и установленного с зазором на валу между кулачками хомута с трубчатым выступом, входящим в отверстие толкателя. При этом под хомутом по дуге наружной поверхности втулки и по дуге внутренней поверхности хомута выполнены канавки, причем последняя симметрично его выступу, а канавка втулки посредством радиального канала сообщена с ее внутренней полостью, в этом же сечении в вале выполнен сквозной радиальный канал и смещенное от него по окружности отверстие на наружной поверхности, подключенное к внутреннему продольному каналу, проходящему по периферии вала и сообщенному с входным каналом масляной системы, расположенным в корпусе двигателя, втулка выступает относительно торца вала и снабжена рычагом управления, а ее внутренняя полость имеет выходной канал, в котором установлен регулируемый клапан давления. Угол дуги канавки хомута и угол дуги между отверстием и радиальным каналом вала выполняют одинаковыми в пределах от 120 до 130 градусов. Толкатель может быть выполнен в виде поршня, контактирующего с впускным клапаном, в виде штанги с коромыслом или в виде двуплечего рычага. Конструкция устройства позволяет сократить расход топлива. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Известно, что раннее открытие и позднее закрытие впускного клапана газораспределительного механизма двигателя обеспечивают лучшее наполнение цилиндров горючей смесью, что повышает КПД и мощность двигателя (см. Круглов С.М. Все о легковом автомобиле, издание второе, Москва, 2000, с.37).
Известно устройство для управления выходной мощностью двигателей внутреннего сгорания, для реализации которого используется устройство, содержащее блок управления с датчиками параметров работы ДВС, исполнительные механизмы газораспределительных клапанов, связанные с блоком управления (см. патент Великобритании №1395027, МПК F 02 D 13/02, 1975).
Недостатками известного устройства являются малые эффективность и надежность в работе, поскольку на всех режимах работы двигателя используется сложный механизм управления газораспределительных клапанов, использующий гидравлические или пневматические исполнительные механизмы, а также в процессе работы не определяется оптимальное количество свежего заряда, впускаемого в цилиндры двигателя.
Известно устройство, позволяющее регулировать мощность двигателя (см. авторское свидетельство СССР №1493801, МПК F 02 D 13/02, 15.07.1989), содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя, которое позволяет использовать как распределительный вал для привода клапанов механизма, так и исполнительные механизмы для регулирования мощности, в частности путем изменения наполнения цилиндров. Однако и в данном способе не решается задача оптимального наполнения цилиндров в зависимости от изменения нагрузки.
Известно принятое в качестве прототипа устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания (см. патент Российской Федерации №2023189 С1, МПК F 02 D 13/02, 15.11.1994), содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов выполнено равным числу цилиндров двигателя, управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя (например, педаль акселератора), связанных с блоком управления. Последней содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления - с выходом коммутационного устройства, а выход - с исполнительным механизмом. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала - в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство - в виде мультиплексора.
Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом, с электромагнитным приводом, механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами, коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. Коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних.
У данного двигателя при переходе на режим частичных нагрузок, после завершения такта впуска, во время которого впускной клапан постоянно открыт, поршень начинает движение от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) и выталкивает лишний заряд горючей смеси из цилиндра во входной коллектор, обеспечивая тем самым регулирование оптимального количество свежего заряда для данной нагрузки, что позволяет осуществить экономию топлива.
Однако данное устройство имеет чрезвычайно сложную конструкцию, что увеличивает вес и габариты двигателя, снижая при этом надежность его работы.
Задачей изобретения является упрощение конструкции двигателя, снижение его габарита и веса, что позволяет повысить надежность его работы, сохраняя при том обеспечение возможности регулирования оптимального количество свежего заряда для требуемой нагрузки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что сложная электронная система регулирования заменена на более простую и надежную систему, при этом устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один впускной клапан механизма газораспределения с толкателем, распределительный вал с двумя кулачками, контактирующими с толкателем, и механизм привода впускного клапана, причем в вале выполнено сквозное осевое отверстие, а в толкателе - осевое глухое, а механизм привода впускного клапана выполнен в виде расположенной в отверстии вала втулки и установленного с зазором на валу между кулачками хомута с трубчатым выступом, входящим в отверстие толкателя. При этом под хомутом по дуге наружной поверхности втулки и по дуге внутренней поверхности хомута выполнены канавки, причем последняя симметрично его выступу, а канавка втулки посредством радиального канала сообщена с ее внутренней полостью. В этом же сечении в вале выполнен сквозной радиальный канал и смещенное от него по окружности отверстие на наружной поверхности, подключенное к внутреннему продольному каналу, проходящему по периферии вала и сообщенному с входным каналом масляной системы, расположенным в корпусе двигателя, выходной канал которой подключен к внутренней полости втулки, последняя с другой стороны выступает относительно торца вала и снабжена рычагом управления, а ее внутренняя полость имеет выходной канал, в котором установлен регулируемый клапан давления. Угол дуги канавки хомута и угол дуги между отверстием и радиальным каналом вала выполняют одинаковыми в пределах от 120 до 130 градусов. Толкатель может быть выполнен в виде поршня, непосредственно контактирующего с впускным клапаном, или в виде штанги с коромыслом, или в виде двуплечего рычага. Также устройство содержит обычно устанавливаемые в двигателях внутреннего сгорания уплотнительные элементы, вкладыши и пружины.
Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 показана схема поперечного сечения устройства с примером конкретного выполнения толкателя в виде поршня; на фиг.2 - вид с боку, совмещенный с разрезом; на фиг.3, 4 и 5 представлена последовательность работы устройства; на фиг.6 изображено поперечное сечение распределительного вала и хомута; на фиг.7 показана схема устройства с толкателем в виде штанги с коромыслом, а на фиг.8 и 9 - в виде двуплечего рычага.
Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один впускной клапан 1 механизма газораспределения с толкателем 2, распределительный вал 3 с двумя кулачками 4, контактирующими с толкателем 2, и механизм привода впускного клапана 1, причем в вале 3 выполнено сквозное осевое отверстие 5, а в толкателе 2 - осевое глухое отверстие 6, а механизм привода впускного клапана 1 выполнен в виде расположенной в отверстии вала 5 втулки 7 и установленного с зазором на валу 3 между кулачками 4 хомута 8 с трубчатым выступом 9, входящим в отверстие 6 толкателя 2 и имеющим центральный канал 10. При этом под хомутом 8 по дуге наружной поверхности втулки 7 и по дуге внутренней поверхности хомута 8 выполнены канавки 11, 12, причем последняя выполнена симметрично его выступу 9, а канавка 11 втулки 7 посредством радиального канала 13 сообщена с ее внутренней полостью 14, которая имеет выходной канал, обеспечивающий возврат отработанного масла в картер двигателя. В выходном канале (не показано) установлен регулируемый клапан, который обеспечивает оптимальное давление в полости 14 для любого скоростного режима двигателя. В этом же сечении в вале 3 выполнен сквозной радиальный канал 15 и смещенное от него по окружности отверстие 16 на наружной поверхности, подключенное к внутреннему продольному каналу 17, проходящему по периферии вала 3 и сообщенному с входным каналом 18 масляной системы, расположенным в корпусе 19 двигателя. Втулка 7 выступает относительно торца вала 3 и снабжена рычагом управления 20 (связанным, например, с педалью акселератора). Угол дуги канавки 17 хомута 8 и угол дуги между отверстием 16 и радиальным каналом 15 вала 3 выполняют одинаковыми в пределах от 120 до 130 градусов. Толкатель 2 может быть выполнен в виде поршня, непосредственно контактирующего с впускным клапаном 1, или в виде штанги 21 с коромыслом 22, или в виде двуплечего рычага 23. Также устройство содержит обычно устанавливаемые в двигателях внутреннего сгорания уплотнительные элементы, вкладыши и пружины, некоторые из которых изображены на фигурах, но позициями не обозначены.
Устройство работает следующим образом.
Во время работы двигателя распределительный вал 3 с кулачками 4 вращается вокруг втулки 7 и внутри хомута 8. Во время набегания кулачка 4 на толкатель 2 последний опускается вниз, и под его действием открывается впускной клапан 1. Т.к. в толкателе имеется глухое отверстие 6 и в нем расположен выступ 9, полость 6 под действием создающегося разряжения давления заполняется маслом из входного канала масляной системы 18 по каналу 17, через отверстие 16, по канавке 12 и через центральный канал 10 выступа 9 (Фиг.3). При использовании данного устройства в двигателе не устанавливается дроссельная заслонка, поэтому его цилиндры заполняются горючей смесью без разряжения во впускном коллекторе при любых режимах работы. Рычаг управления 20 связан с педалью акселератора двигателя и посредством его втулка может поворачиваться вокруг своей центральной оси. Если педаль нажата, то втулка 7 находится в положении, при котором начало канавки 11 втулки 7 находится на радиусе сечения вала, проходящего через начальную точку канавки 12 хомута 8. В данном случае радиальный канал 15 одновременно соединит канавку 11 с канавкой 12, поэтому в то время, когда кулачок 4 начнет сбегать с толкателя 2, под действием пружин механизма газораспределения толкатель 2 начнет подниматься, закрывая клапан 1 и вытесняя масло из полости 6 через канал 10, канавку 12, канал 15 и канал 13 во внутреннюю полость втулки 7. В результате чего впускной клапан 1 закроется к концу такта впуска (Фиг.4), поэтому сжатие и воспламенение смеси произойдет в полном объеме, вследствие чего двигатель будет развивать максимальную мощность. Если педаль акселератора отжать, то втулка 7 под действием рычага управления 20 повернется на 70-80 градусов по ходу вращения распределительного вала 3. В этом случае клапан 1 начнет закрываться только после поворота распределительного вала 3 на 70-80 градусов потому, что до момента соединения каналом 15 канавки 11 с канавкой 12 выход канала 15 перекрывается телом втулки 7, в результате чего масло из полости 6 не может втесниться и препятствует продвижению толкателя (Фиг.5). В это время происходит такт сжатия, и часть горючей смеси через еще открытый впускной клапан выталкивается поршнем обратно во входной коллектор, а из него в цилиндр, который осуществляет такт впуска. После закрытия входного клапана 1 оставшийся объем смеси сжимается и воспламеняется. Вследствие того, что горючего в цилиндре остается минимальное количество, то и мощность двигателя значительно уменьшается. Таким образом, можно увеличивать или уменьшать мощность двигателя на ходу.
Предварительные расчеты показали, что отказ от применения дроссельной заслонки и уменьшение количества рабочей смеси в цилиндре на частичных нагрузках путем ее обратного выталкивания через впускные клапаны на такте сжатия позволят существенно уменьшить работу насосных ходов, не создавая разряжения во впускном коллекторе двигателя. Последнее обстоятельство должно привести к существенному снижению расхода топлива на частичных режимах.
1. Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания, содержащее, по меньшей мере, один впускной клапан механизма газораспределения с толкателем, распределительный вал с двумя кулачками, контактирующими с толкателем, и механизм привода впускного клапана, причем в вале выполнено сквозное осевое отверстие, а в толкателе - осевое глухое, а механизм привода впускного клапана выполнен в виде расположенной в отверстии вала втулки и установленного с зазором на валу между кулачками хомута с трубчатым выступом, входящим в отверстие толкателя, при этом под хомутом по дуге наружной поверхности втулки и по дуге внутренней поверхности хомута выполнены канавки, причем последняя симметрично его выступу, а канавка втулки посредством радиального канала сообщена с ее внутренней полостью, в этом же сечении в вале выполнен сквозной радиальный канал и смещенное от него по окружности отверстие на наружной поверхности, подключенное к внутреннему продольному каналу, проходящему по периферии вала и сообщенному с входным каналом масляной системы, расположенным в корпусе двигателя, втулка выступает относительно торца вала и снабжена рычагом управления, а ее внутренняя полость имеет выходной канал, в котором установлен регулируемый клапан давления.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол дуги канавки хомута и угол дуги между отверстием и радиальным каналом вала выполняют одинаковыми в пределах от 120 до 130 градусов.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толкатель выполнен в виде поршня, контактирующего с впускным клапаном.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толкатель выполнен в виде штанги с коромыслом.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толкатель выполнен в виде двуплечего рычага.
