Устройство в двигателе внутреннего сгорания для управления протеканием входной и выходной газовых смесей

Изобретение относится к устройству, предназначенному для управления входной и выходной газовыми смесями, и используется преимущественно в четырехтактных двс. Известные конструкции ограничивают возможности четырехтактного двигателя из-за их веса и условий для протекания потока. Изобретение устраняет эти недостатки, поскольку предлагаемый клапан имеет меньший вес и лучшие условия для протекания потока. Это достигается тем, что в предлагаемом клапане входная и выходная газовые смеси могут протекать внутри корпуса клапана. Таким образом, предлагаемый клапан имеет меньший вес и обеспечивает больший к.п.д. потока благодаря тому, что стержень клапана не находится в средней части пути потока. Изобретение предназначено для использования главным образом в транспортной промышленности. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к устройству в двигателе внутреннего сгорания для управления протеканием входной и выходной газовых смесей согласно первой части пункта 1 формулы изобретения.

В настоящее время в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания для управления входной и выходной газовыми смесями применяется клапан, содержащий цилиндрический элемент или стержень, к нижней части которого прикреплена тарелка, взаимодействующая с седлом клапана для его открывания и закрывания при перемещении стержня в осевом направлении.

Клапаны такого типа описаны в следующих документах:

US 5524579, F01L 1/44A, F01L 7/16, 11.06.1996, Eluchans,

US 5020486, F01L 1/28, F01L 1/44B, 04.06.1991, Unger,

US 5168843, F01L 3/08, F01L 3/10, 08.12.1992, Franks,

DE 2716309 A1, F01L 3/06, 19.10.1978, Boizmann,

DE 19523304 A1, F02B 25/02, 02.01.1997, Horsch,

EP 1059423 A3, F01L 1/14, F01L 1/14B, 14.03.2001, Murata,

Higashi, Miyamoto.

Недостатками описанного известного клапана являются большой удельный вес и малая поверхность охлаждения. Из-за конструкции этого известного тарельчатого клапана цилиндр двигателя имеет относительно высокую головку. На протяжении последних ста лет эта конструкция показала себя как предсказуемая и высоконадежная, однако она имеет ограниченные эксплуатационные возможности, т.е. ограничивает характеристики четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Четырехтактный двигатель можно рассматривать как воздушный насос, так как при увеличении числа оборотов в минуту увеличивается мощность. В известных конструкциях подвижные элементы, которые перемещаются при открывании и закрывании клапана, имеют очень большой удельный вес, в результате чего клапан не успевает срабатывать и при желательном числе оборотов в минуту никогда не достигается ожидаемая величина потока при открывании и закрывании клапана. Это приводит к тому, что при данной скорости двигатель прекращает работу.

В настоящее время в клапанах используются довольно сильные пружины, способные закрывать клапан при работе двигателя с большим числом оборотов. Большая сила пружины приводит к большому износу и поломкам, а также к большим потерям мощности.

Конструкция клапана обеспечивает увеличение мощности при данном объеме цилиндра. Например, при скорости вращения 11000 об/мин четырехтактный двигатель выполняет 90 рабочих циклов в секунду. Для повышения скорости до 18000 об/мин с сохранением высокой надежности требуется новая механическая конструкция, не имеющая эксплуатационных ограничений, присущих клапану известной конструкции.

Задача, положенная в основу изобретения, состоит в усовершенствовании известного тяжелого тарельчатого клапана, повышении к.п.д. потока газовой смеси и улучшении смазывания клапана и его охлаждения, что приводит к повышению мощности, числа оборотов в минуту и к.п.д. по топливу, по сравнению с известной конструкцией тарельчатого клапана, которая применяется в настоящее время в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.

Для решения указанной задачи, согласно изобретению, предложено устройство в двигателе внутреннего сгорания для управления протеканием входной и выходной газовых смесей, содержащее полый орган, в нижней части которого обеспечивается функция плотного закрывания, а в верхней части имеется цилиндрический элемент, выполняющий функцию направления, при этом сечение в середине является полым, что позволяет входной и выходной газовым смесям протекать через устройство, и характеризуется тем, что оно имеет криволинейные участки, образованные одним или несколькими радиусами, для протекания газовых смесей внутрь и наружу через неподвижную головку цилиндра под углом к устройству, которое управляет протеканием входной и выходной газовых смесей.

Устройство может быть выполнено в виде тонкостенного, частично цилиндрического клапана, позволяющего газовым смесям протекать внутри его корпуса.

Указанный орган выполнен предпочтительно так, что отходящий от нижней втулки элемент имеет форму, образованную одним или несколькими радиусами для направления газовых смесей в каналы в головке цилиндра и из этих каналов, при этом каналы в головке цилиндра выполнены в соответствии с направлением потока в клапане, чтобы избежать потерь давления, когда клапан находится в процессе закрытия в качестве выпускного клапана и в процессе открытия в качестве впускного клапана.

Предпочтительно, чтобы к корпусу клапана была прикреплена посредством одного или нескольких соединительных элементов тарелка для управления потоками газовой смеси из клапана и в клапан с обеспечением большего к.п.д. потока газовой смеси через клапан благодаря более плавной и оптимизированной в отношении протекания потока форме, в результате чего газовый поток не нарушается каким-либо стержнем клапана, расположенным непосредственно на пути газового потока и уменьшающим пропускное сечение для его протекания.

Предпочтительно, чтобы цилиндрический элемент имел такой же или меньший диаметр, как и корпус клапана, и выполнял функции охлаждения и направления, а клапан направлялся и поддерживался втулками на большем участке его длины.

Также предпочтительно, чтобы внутренние стенки клапана перемещались в направлениях протекания газовых смесей, что также повышает к.п.д. потока.

В предлагаемом клапане новой конструкции вес уменьшен приблизительно на 10-20%, причем есть возможность еще больше снизить вес в процессе проработки конструкции. Это будет определяться также при оптимизации количества клапанов на один цилиндр. Предлагаемый клапан будет легче известного клапана, так как имеет меньший показатель материал/объем.

Увеличение числа оборотов в минуту в результате уменьшения удельного веса повышает производительность насоса при данном объеме цилиндра. Благодаря меньшему весу мощность повышается примерно на 15% по сравнению с известной конструкцией. Предлагаемый клапан может быть выполнен предпочтительно так, что он управляется передаточным устройством как в закрытом, так и открытом положении, что позволяет еще более уменьшить вес за счет уменьшения числа зажимов, удерживающих пружину в известном клапане.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

фиг.1 изображает в разрезе вид сбоку клапана согласно изобретению в открытом положении,

фиг.2 - то же, что фиг.1, но клапан находится в закрытом положении,

фиг.3 - вид сверху клапана согласно изобретению и

фиг.4 - вид сбоку в разрезе известного клапана в открытом положении.

В показанном на фиг.1 устройстве согласно изобретению, представляющем собой трубчатый клапан, газовая смесь перемещается в цилиндр и из него, протекая внутри корпуса А2 клапана, а не снаружи корпуса, как в известном клапане, показанном на фиг.4, где элементы, аналогичные элементам предлагаемого клапана, обозначены теми же позициями. Цилиндрический элемент или стержень А5 предлагаемого трубчатого клапана имеет значительно больший диаметр, чем стержень известного клапана. Этот позволяет получить более легкий клапан с большей поверхностью охлаждения благодаря тонкой стенке трубчатого клапана.

Для иллюстрации рабочего цикла предлагаемого трубчатого клапана на фиг.1 и 2 изображен выпускной клапан в закрытом и открытом положениях. Выходная газовая смесь, управляемая тарелкой А1, протекает через корпус А2 клапана к его выпускному краю и далее направляется выпускным каналом A3 в головке цилиндра. Верхняя часть А9 тарелки А1 имеет обтекаемую форму, что увеличивает к.п.д. проходящего через клапан потока газовой смеси. Трубчатая часть клапана направляется клапанной втулкой А4. На верхнем конце трубчатый клапан имеет цилиндрический элемент А5 в виде стержня, тоже имеющий трубчатую форму. Цилиндрический элемент А5, направляемый клапанной втулкой А6, служит для передачи механической силы от подвижных элементов передаточного устройства. Тарелка А1 соединена с трубчатым клапаном соединительными элементами А7, при этом соединительные элементы А7 и внутренние стенки А10 имеют благоприятную для потока форму, облегчающую протекание газовых смесей. По сравнению с известной конструкцией, показанной на фиг.4, предлагаемый трубчатый клапан направляется и поддерживается втулками А4 и А6 на большем участке его длины. Впускной клапан имеет такое же устройство, как выпускной клапан, однако впускной канал А8 головки цилиндра, показанный на фиг.1, выполнен так, чтобы увеличить к.п.д. потока через трубчатый клапан и головку цилиндра.

1. Устройство в двигателе внутреннего сгорания для управления протеканием входной и выходной газовых смесей, содержащее полый орган, в нижней части которого обеспечивается функция плотного закрывания, а в верхней части имеется цилиндрический элемент, выполняющий функцию направления, при этом сечение в середине является полым, что позволяет входной и выходной газовым смесям протекать через устройство, и характеризуется тем, что оно имеет криволинейные участки, образованные одним или несколькими радиусами, для протекания газовых смесей внутрь и наружу через неподвижную головку цилиндра под углом к устройству, которое управляет протеканием входной и выходной газовых смесей.

2. Устройство по п.1, которое выполнено в виде тонкостенного, частично цилиндрического клапана, позволяющего газовым смесям протекать внутри его корпуса (А2).

3. Устройство по п.2, в котором указанный орган выполнен так, что отходящий от нижней втулки элемент имеет форму, образованную одним или несколькими радиусами для направления газовых смесей в каналы в головке цилиндра и из этих каналов, при этом каналы в головке цилиндра выполнены в соответствии с направлением потока в клапане, чтобы избежать потерь давления, когда клапан находится в процессе закрытия в качестве выпускного клапана и в процессе открытия в качестве впускного клапана.

4. Устройство по п.2, в котором к корпусу клапана прикреплена посредством одного или нескольких соединительных элементов (А7) тарелка (А1) для управления потоками газовой смеси из клапана и в клапан с обеспечением большего к.п.д. потока газовой смеси через клапан благодаря более плавной и оптимизированной в отношении протекания потока форме, в результате чего газовый поток не нарушается каким-либо стержнем клапана, расположенным непосредственно на пути газового потока и уменьшающим пропускное сечение для его протекания.

5. Устройство по п.2, в котором цилиндрический элемент (А5) имеет такой же или меньший диаметр, как и корпус (А2) клапана, выполняет функции охлаждения и направления, при этом клапан направляется и поддерживается втулками (А4 и А6) на большем участке его длины.

6. Устройство по п.2, в котором внутренние стенки (А10) клапана перемещаются в направлениях протекания газовых смесей, что также повышает к.п.д. потока.