КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
VALVE UNIT FOR TWO-STROKE ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к клапанному устройству, подходящему для использования с выпускными отверстиями в многоцилиндровом двухтактном двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники
Для того чтобы обеспечить двухтактному двигателю высокую мощность на высоких скоростях, требуется высокая объемная производительность, а потери должны быть минимальными. Это может быть достигнуто более ранним и поэтому большим открытием выпускного канала в цилиндр. Регулировка выпускных отверстий для обеспечения максимальной энергетической производительности двигателя на высоких скоростях включает, в диапазоне средних скоростей, не только существенное уменьшение полезного хода, но также и большое увеличение потерь энергии. Как следствие, крутящий момент увеличивается, а удельный расход топлива очень сильно возрастает. Более высокий крутящий момент совместно с более низким расходом топлива могут быть получены на более низких скоростях, только если открытие выпускного отверстия происходит позже, при ходе поршня вниз, что означает, что выпускное отверстие может быть в более низком положении, чем при высокой скорости двигателя.
С этой целью, как известно, необходимо обеспечить в выходном отверстии клапан, выполненный с возможностью перемещения между положением полного потока и положением, ограничивающим поток. В положении, ограничивающем поток, конец клапана находится, по существу, на уровне с периферийной поверхностью отверстия цилиндра. В положении, ограничивающем поток, выпускное отверстие фактически опущено по отношению к ходу поршня вниз. Клапан регулируется для изменения относительной высоты выпускного отверстия, как требуют предоставленные рабочие условия двигателя.
В течение срока службы двигателя происходит процесс, известный как «коксование», при котором побочный продукт сгорания топлива в цилиндрах откладывается и накапливается на различных элементах в выпускной части двигателя, включая и подвижный клапан. Накапливание коксовых отложений может препятствовать движению клапана между положением полного потока и положением, ограничивающим поток. Как результат - действительное положение может отличаться от требуемого положения, приводя к снижению производительности двигателя. Кроме того, если клапан находится не в требуемом положении из-за коксовых отложений или других препятствий, его действительное положение достаточно сложно определимо и сложно регулировать то или другое положение клапана и другой аспект производительности двигателя, такой как подходящее соотношение топливо/воздух для действительного положения клапана. Более того, коксование в одном или более цилиндрах многоцилиндрового двигателя может привести к тому, что клапаны двух или более цилиндров будут находиться в разных положениях. Как результат - несколько цилиндров будут иметь различные рабочие характеристики, которые могут негативно повлиять на производительность двигателя, экономию топлива и удобство водителя, а также преждевременный износ элементов двигателя.
Таким образом, существует необходимость в подвижном клапанном устройстве, подходящем для использования с двумя или более выпускными отверстиями в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с уменьшенной вероятностью возникновения препятствий движению из-за коксования.
Существует также необходимость в клапанном устройстве, подходящем для использования с двумя или более выпускными отверстиями в двухтактных двигателях внутреннего сгорания, в котором разница в положении между действительным положением клапанов и требуемым положением клапанов может быть определена.
Существует также необходимость в подвижном клапанном устройстве, подходящем для использования с двумя или более выпускными отверстиями в двухтактных двигателях внутреннего сгорания, в котором отклонения положения клапана между выпускными отверстиями уменьшаются.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение, по меньшей мере, нескольких недостатков предшествующего уровня техники.
Целью настоящего изобретения также является создание подвижного клапанного устройства, подходящего для использования с двумя или более выпускными отверстиями в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с уменьшенной вероятностью возникновения препятствий движению из-за коксования.
Целью настоящего изобретения также является создание подвижного клапанного устройства, подходящего для использования с двумя или более выпускными отверстиями в двухтактных двигателях внутреннего сгорания, в котором разница в положении между действительным и требуемым положениями клапана может быть определена.
В одном аспекте изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер двигателя. Коленчатый вал расположен в картере двигателя. Первый и второй цилиндры расположены в блоке цилиндров. Первый цилиндр имеет первое выпускное отверстие. Второй цилиндр имеет второе выпускное отверстие. Первый поршень расположен с возможностью перемещения в первом цилиндре. Второй поршень расположен с возможностью перемещения во втором цилиндре. Первый и второй поршни функционально соединены с коленчатым валом. Клапанное устройство функционально соединено с блоком цилиндров. Клапанное устройство содержит, по меньшей мере, один привод клапана. Первый клапан функционально соединен с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Первый клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором первый клапан проходит первое расстояние в первом выпускном отверстии и вторым положением, в котором первый клапан проходит второе расстояние в первом выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Второй клапан функционально соединен с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Второй клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором второй клапан проходит первое расстояние во втором выпускном отверстии и вторым положением, в котором второй клапан проходит второе расстояние во втором выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент соединен с первым и вторым клапаном и выполнен с возможностью перемещения с ними. Датчик положения имеет первую и вторую части. Первая часть датчика положения соединена с блоком цилиндров. Вторая часть датчика положения соединена с клапанным соединительным элементом. Электронный блок управления электрически соединен с датчиком положения. Двигатель выполнен с возможностью работы по двухтактному принципу.
В другом аспекте первый, и второй клапаны смещены к первому или второму положению.
В другом аспекте и первый и второй клапаны выполнены с возможностью перемещения к третьему положению между первым и вторым положениями.
В другом аспекте первый и второй клапаны смещены к третьему положению.
В другом аспекте каждое выпускное отверстие является главным выпускным отверстием. Каждый из первого и второго цилиндров дополнительно содержит, по меньшей мере, два дополнительных выпускных отверстия, расположенных симметрично относительно соответствующего главного выпускного отверстия. Каждое дополнительное выпускное отверстие сообщается с главным выпускным отверстием посредством дополнительного выпускного канала. Каждый из первого и второго клапанов дополнительно содержит, по меньшей мере, два дополнительных клапана, отделенных от и соединенных с возможностью перемещения с соответствующим клапаном и перемещающихся с ним. Каждый дополнительный клапан проходит в соответствующее дополнительное выпускное отверстие.
В другом аспекте, по меньшей мере, один привод клапана представляет собой первый привод для привода первого клапана и второй привод для привода второго клапана.
В другом аспекте каждый из первого и второго приводов содержит диафрагму. Камера давления образована частично диафрагмой. Камера давления выполнена с возможностью соединения по текучей среде с, по меньшей мере, одним источником давления регулятором давления. Камера давления имеет объем, изменяющийся в ответ, по меньшей мере, частично на давление, подаваемое в камеру давления, по меньшей мере, одним источником давления.
В другом аспекте первый и второй клапаны расположены, по меньшей мере, частично снаружи блока цилиндров. Датчик положения расположен снаружи блока цилиндров.
В другом аспекте клапанный соединительный элемент соединен с первым и вторым клапанами посредством соответствующих частей первого или второго клапанов, расположенных снаружи блока цилиндров.
В другом аспекте датчик положения представляет собой датчик на эффекте Холла.
В другом аспекте, третий цилиндр расположен в блоке цилиндров. Третий цилиндр имеет третье выпускное отверстие. Третий поршень расположен с возможностью перемещения в третьем цилиндре и функционально соединен с коленчатым валом. Клапанное устройство дополнительно содержит третий клапан, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Третий клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором третий клапан проходит первое расстояние в третьем выпускном отверстии и вторым положением, в котором третий клапан проходит второе расстояние в третьем выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент дополнительно соединен с третьим клапаном и выполнен с возможностью перемещения вместе с ним.
В другом аспекте четвертый цилиндр расположен в блоке цилиндров. Четвертый цилиндр имеет четвертое выпускное отверстие. Четвертый поршень расположен с возможностью перемещения в четвертом цилиндре и функционально соединен с коленчатым валом. Клапанное устройство дополнительно содержит четвертый клапан, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Четвертый клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором четвертый клапан проходит первое расстояние в четвертом выпускном отверстии и вторым положением, в котором четвертый клапан проходит второе расстояние в четвертом выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент дополнительно соединен с четвертым клапаном и выполнен с возможностью перемещения вместе с ним.
Другой целью настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания, содержащего картер двигателя. Коленчатый вал расположен в картере двигателя. Блок цилиндров соединен с картером двигателя. Первый и второй цилиндры расположены в блоке цилиндров. Первый цилиндр имеет первое выпускное отверстие. Второй цилиндр имеет второе выпускное отверстие. Первый поршень расположен с возможностью перемещения в первом цилиндре, а второй поршень расположен с возможностью перемещения во втором цилиндре. Первый и второй поршни функционально соединены с коленчатым валом. Клапанное устройство функционально соединено с блоком цилиндров. Клапанное устройство содержит, по меньшей мере, один привод клапана. Первый клапан функционально соединен с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Первый клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором первый клапан проходит первое расстояние в первом выпускном отверстии и вторым положением, в котором первый клапан проходит второе расстояние в первом выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Второй клапан функционально соединен с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Второй клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором второй клапан проходит первое расстояние во втором выпускном отверстии, и вторым положением, в котором второй клапан проходит второе расстояние во втором выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент жестко соединен с первым и вторым клапанами и выполнен с возможностью перемещения с ними между первым и вторым положениями. Клапанный соединительный элемент выполнен с возможностью перемещения между первым и вторым положениями посредством поступательного перемещения с поддержанием,по существу, постоянной угловой ориентации относительно блока цилиндров. Двигатель выполнен с возможностью работы по двухтактному принципу.
В другом аспекте, первый и второй клапаны смещены к первому или второму положению.
В другом аспекте, каждый из первого и второго клапанов выполнен с возможностью перемещения к третьему положению между первым и вторым положениями.
В другом аспекте, первый и второй клапаны смещены к третьему положению.
В другом аспекте, каждое выпускное отверстие является главным выпускным отверстием. Каждый из первого и второго цилиндров дополнительно содержит, по меньшей мере, два дополнительных выпускных отверстия, расположенных симметрично относительно соответствующего главного выпускного отверстия. Каждое дополнительное выпускное отверстие сообщается с главным выпускным отверстием посредством дополнительного выпускного канала. Каждый из первого и второго клапанов дополнительно содержит, по меньшей мере, два дополнительных клапана отделенных от и соединенных с возможностью перемещения с соответствующим клапаном и перемещаемых с ним. Каждый дополнительный клапан проходит в соответствующее дополнительное выпускное отверстие.
В другом аспекте, по меньшей мере, один привод клапана представляет собой первый привод для привода первого клапана и второй привод для привода второго клапана.
В другом аспекте, каждый из первого и второго приводов содержит диафрагму. Камера давления образована, по меньшей мере, частично диафрагмой. Камера давления выполнена с возможностью соединения по текучей среде с, по меньшей мере, одним источником давления посредством регулятора давления. Камера давления имеет объем, изменяющийся в ответ, по меньшей мере, частично на давление, подаваемое в камеру давления, по меньшей мере, одним источником давления.
В другом аспекте, первый и второй клапаны расположены, по меньшей мере, частично снаружи блока цилиндров. Датчик положения расположен снаружи блока цилиндров.
В другом аспекте клапанный соединительный элемент соединен с первым и вторым клапанами посредством соответствующих частей первого и второго клапанов, расположенных снаружи блока цилиндров.
В другом аспекте, третий цилиндр расположен в блоке цилиндров. Третий цилиндр имеет третье выпускное отверстие. Третий поршень расположен с возможностью перемещения в третьем цилиндре и функционально соединен с коленчатым валом. Клапанное устройство дополнительно содержит третий клапан, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Третий клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором третий клапан проходит первое расстояние в третьем выпускном отверстии и вторым положением, в котором третий клапан проходит второе расстояние в третьем выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент дополнительно жестко соединен с третьим клапаном и выполнен с возможностью перемещения вместе с ним.
В другом аспекте четвертый цилиндр расположен в блоке цилиндров. Четвертый цилиндр имеет четвертое выпускное отверстие. Четвертый поршень расположен с возможностью перемещения в четвертом цилиндре и функционально соединен с коленчатым валом. Клапанное устройство дополнительно содержит четвертый клапан, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним приводом клапана. Четвертый клапан выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором четвертый клапан проходит первое расстояние в четвертом выпускном отверстии и вторым положением, в котором четвертый клапан проходит второе расстояние в четвертом выпускном отверстии. Второе расстояние меньше первого расстояния. Клапанный соединительный элемент дополнительно жестко соединен с четвертым клапаном и выполнен с возможностью перемещения вместе с ним.
В этой заявке термин «внешнее давление» означает давление окружающей текучей среды. Термин «избыточное давление» означает давление, которое превышает внешнее давление. Термин «отрицательное давление» означает давление, которое ниже внешнего давления. Термин «нейтральное положение», использованный в отношении пружины, означает, что пружина находится ни в растяжении, ни в сжатии.
Каждый из вариантов осуществления настоящего изобретения имеет, по меньшей мере, одну из вышеуказанных целей и/или аспектов, но не обязательно имеет их все.
Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания, сопроводительных чертежей и приложенной формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также других аспектов и признаков сделана ссылка на последующее описание, которое должно быть использовано вместе с сопроводительными с чертежами, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид в поперечном разрезе двухцилиндрового двухтактного двигателя, имеющего первое конструктивное выполнение клапанного устройства в соответствии с аспектами настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой вид в поперечном разрезе двухтактного двигателя, имеющего второе конструктивное выполнение клапанного устройства в соответствии с аспектами настоящего изобретения, причем клапан клапанного устройства имеет первую и вторую части клапана;
Фиг.3 представляет собой вид с пространственным разделением деталей клапанного устройства по фиг.2;
Фиг.4 представляет собой вид сбоку клапанного устройства по фиг.2;
Фиг.5 представляет собой вид в поперечном разрезе по линии А-А на фиг.4 клапанного устройства по фиг.2;
Фиг.6 представляет собой вид сверху клапанного устройства по фиг.2;
Фиг.7 представляет собой вид в поперечном разрезе по линии В-В на фиг.6 клапанного устройства по фиг.2;
Фиг.8 представляет собой вид в перспективе со стороны входа двухтактного двигателя, имеющего клапанное устройство в соответствии с аспектами настоящего изобретения, и регулятор давления;
Фиг.9А представляет собой схематичный вид в поперечном разрезе двигателя по фиг.2 с первой частью клапана в положении, ограничивающем поток, и со второй частью клапана в положении, ограничивающем поток;
Фиг.9В представляет собой схематичный вид в поперечном разрезе двигателя по фиг.2 с первой частью клапана в промежуточном положении и второй частью клапана в положении, ограничивающем потоком;
Фиг.9С представляет собой схематичный вид в поперечном разрезе двигателя по фиг.2 с первой частью клапана в положении полного потока и второй частью клапана в положении полного потока;
Фиг.10А представляет собой вид в поперечном разрезе клапанного устройства по фиг.4 с первой частью клапана в положении, ограничивающем поток, и второй частью клапана в положении, ограничивающем поток;
Фиг.10В представляет собой вид в поперечном разрезе клапанного устройства по фиг.4 с первой частью клапана в промежуточном положении и второй частью клапана в промежуточном положении;
Фиг.10С представляет собой вид в поперечном разрезе клапанного устройства по фиг.4 с первой частью клапана в положении полного потока и второй частью клапана в положении полного потока;
Фиг.11 представляет собой вид в перспективе клапана, привода и клапанного соединительного элемента двигателя по фиг.2;
Фиг.12 представляет собой вид в перспективе со стороны выпуска двухтактного двигателя, имеющего клапанное устройство в соответствии с аспектами настоящего изобретения;
Фиг.13 представляет собой вид в перспективе датчика положения, который может использоваться с клапанным устройством согласно аспектам настоящего изобретения;
Фиг.14 представляет собой вид в перспективе трех цилиндрового двухтактного двигателя, имеющего конструктивное выполнение клапанного устройства в соответствии с аспектами настоящего изобретения;
Фиг.15 представляет собой вид в перспективе четырехцилиндрового двухтактного двигателя, имеющего конструктивное выполнение клапанного устройства в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Клапанное устройство 10 в соответствии с аспектами настоящего изобретения, которое описано более подробно ниже, содержит два привода 30 и 130 клапана. Клапан 20 соединен с приводом 30, а клапан 120 соединен с приводом 130. На фиг.1 показано первое конструктивное исполнение клапанного устройства 10, представляющего собой клапанное устройство 10А, имеющее привод 30, 130 (оба показаны на фиг.11), и в котором клапаны 20, 120 представляют собой неразъемные клапаны 20А, 120А. Предполагается, что клапаны 20, 120 могут быть в качестве альтернативы приведены в действие одним приводом 30. Как показано на фиг.1, клапанное устройство 10А функционально соединено с двухцилиндровым двухтактным двигателем 11А. Следует понимать, что двухтактный двигатель 11А может иметь больше двух цилиндров, как будет описано ниже. Двигатель 11А содержит картер 14 двигателя и блок 6 цилиндров, соединенный с картером 14 двигателя. Два цилиндра 12 (оба показаны на фиг.12) расположены в блоке 6 цилиндров, каждый из которых соответствующее выпускное отверстие 13. Цилиндры 12 могут быть выполнены в блоке 6 цилиндров любым подходящим способом, известным в данной области техники, таким как расположение гильзы цилиндра в соответствующих цилиндрических отверстиях, выполненных в блоке 6 цилиндров или посредством покрытия внутренней поверхности каждого цилиндрического отверстия подходящим покрытием, таким как Nicasil. Выпускной канал 22 сообщается с каждым цилиндром 12 через соответствующее выпускное отверстие 13. Картер 14 двигателя имеет соответствующие впускные отверстия 15 и внутренние камеры 16, соответствующие каждому цилиндру 12. Коленчатый вал 8 расположен во внутренних камерах 16 картера 14 двигателя. Два поршня 14 соединены с коленчатым валом 8 при помощи соответствующих штоков и совершают возвратно-поступательные перемещения в соответствующих отверстиях 18 цилиндра. Каждый из поршней 17 выполнен с возможностью открытия или закрытия соответствующего выпускного отверстия 13 и соответствующего передающего отверстия 19. Работа только одного цилиндра 12 и его клапана 20 будет описана ниже, и следует понимать, что другой цилиндр 12 и клапан 120 работают аналогичным образом.
Когда двигатель 11А работает на низких или средних скоростях, выпускное отверстие 13 не должно быть преждевременно открыто поршнем 17, поскольку он движется вниз. Такое преждевременное открытие выпускного отверстия 12 предотвращается клапаном 20А. Клапан 20А установлен с возможностью скольжения в направляющем канале 21, имеющем продольное направление, которое является приблизительно радиальным относительно отверстия 18 цилиндра и проходит под острым углом к оси выпускного канала 22. Кромка 28 клапана 20А имеет такую форму, чтобы совпадать с формой отверстия 18 цилиндра 12. Как станет видно из последующего описания, привод 30 клапана выполнен с возможностью перемещения клапана 20А между первым положением, ограничивающим поток, в котором клапан 20А проходит первое расстояние в выпускном отверстии 13, вторым положением полного потока, в котором клапан 20А отведен из выпускного отверстия 13, и третьим промежуточным положением, в котором клапан 20А проходит второе расстояние в выпускном отверстии 13 так, что он находится в положении, которое расположено между вторым и первым положением. Поскольку второе расстояние меньше первого, клапан 20А, когда он находится в третьем положении, не ограничивает поток выпускных газов через выпускное отверстие 13 в такой степени, как это происходит, когда он находится в первом положении. Привод 30 клапана смещает клапан 20А к третьему положению. Клапанный соединительный элемент 80 в виде балки жестко прикреплен к соединителям 33 двух клапанов 20А и 120А при помощи резьбовой гайки 82, как видно на фиг.11. Предполагается, что могут быть использованы любые другие известные в данной технике способы соединения, и что балка 80 может быть в качестве альтернативы соединена с другой подходящей частью клапана 20А, 120А. Балка 80 перемещается вместе с клапанами 20А, 120А, когда они приводятся в действие приводом 30 клапана, и поддерживает постоянную угловую ориентацию относительно клапанов 20А, 120А и блока 6 цилиндров, тем самым обеспечивая, что оба клапана и 20А и 120А остаются в одинаковом положении друг относительно друга.
Со ссылкой на фиг.2 показано второе конструктивное исполнение клапанного устройства 10, представляющее собой клапанное устройство 10В, которое имеет приводы 30, и в котором клапаны 20, 120 представляют собой клапаны 20В и 120В, состоящие из двух частей, которое более подробно описано ниже. Как показано на фиг.2, клапанное устройство 10В функционально соединено с двухтактным двигателем 11В. Кроме того, элементы, описанные выше в отношении двигателя 11А, которые были обозначены теми же ссылочными позициями, не будут описаны снова, двигатель 11В имеет, как лучше видно на фиг.9А-9С, дополнительные выпускные отверстия 34, расположенные симметрично относительно главного выпускного отверстия 13. Дополнительные выпускные отверстия 34 соединены с выпускным каналом 22 при помощи дополнительных каналов 35. Дополнительные направляющие каналы (не показаны) расположены параллельно направляющему каналу 21 в области дополнительных клапанов 35 для размещения дополнительных клапанов 44, описанных более подробно ниже, которые соединены с клапаном 20В, состоящим из двух частей.
Со ссылкой на фиг.3-7 будет описан клапан 20В, состоящий из двух частей. Клапан 20В, состоящий из двух частей, включает в себя первую часть 39 клапана и вторую часть 40 клапана. Каждая из первой части 39 клапана и второй части 40 клапана имеет кромку 41, 42 соответственно, имеющую такую форму, чтобы соответствовать форме отверстия 18 цилиндра 12. В работе, как показано на фиг.2, вторая часть 40 клапана поддержана и расположена выше первой части 39 клапана. Первая часть 39 клапана имеет выполненный за одно целое соединитель 33, который соединяет первую часть 39 клапана с приводом 30. Вторая часть 40 клапана имеет заплечики 46, которые зацепляются первой частью 39 клапана, когда первая часть 39 клапана перемещается в положение полного потока, как описано более подробно ниже. Пара пружин 52 расположена между второй частью 40 клапана и нижней частью привода 30 клапана. Клапан 20В, состоящий из двух частей, также имеет дополнительные клапаны 44 для ограничения потока выходящих газов в дополнительном выпускном канале 35. Дополнительные клапаны 44 отделены от и соединены с возможностью перемещения с первой частью 39 клапана посредством прорезей 48 (Фиг.3) в дополнительных клапанах 44, которые входят в зацепление с лапками 50 на первой части 39 клапана. Клапанный соединительный элемент 80 жестко прикреплен к соединителю 33 аналогичным образом, как и в варианте осуществления, показанном на фиг.2
Далее со ссылкой на фиг.2-7 будет описан привод 30 клапана. Привод 30 клапана имеет корпус 26. Первый конец диафрагмы 24 соединен посредством первой кольцевой пружины 54 с корпусом 26. Стенка 23 камеры давления соединена со вторым концом диафрагмы 24 посредством второй кольцевой пружины 26. Диафрагма 24 и стенка 23 камеры давления образуют камеру 32 давления между ними, которая имеет переменный объем. Соединитель 33 первой части 39 клапана проходит через корпус 26 и соединен со стенкой 23 камеры давления с возможностью перемещения. Кольцо 58 и уплотнительное кольцо 60 расположены между корпусом 26 и соединителем 33 для направления соединителя 33, когда он перемещается со стенкой 23 камеры давления и предотвращения прохождения выпускных газов в камеру 32 давления из направляющего отверстия 21. Пружина 27 расположена внутри камеры 32 давления вокруг соединителя 33 между стенкой 23 камеры давления и кольцом 58. Пружина 27 смещает первую часть 39 клапана к третьему промежуточному положению, показанному на фиг.9В и 10В, описанных более подробно ниже. Предполагается, что пружина 27 может быть расположена в другом месте и смещать первую часть 39 клапана к третьему промежуточному положению, например, между первой частью 39 клапана и нижней частью корпуса 26. Также предполагается, что пружина 27 может отсутствовать и что диафрагма 24 может быть самосмещающаяся для смещения первой части 39 клапана к третьему промежуточному положению посредством соответствующей формы диафрагмы 24 и ее выполнением из подходящего материала. Крышка 25 хорошо видна на фиг.12, соединена с корпусом 26 обоих клапанов 20, 120 болтами 62 для размещения стенки 23 камеры давления и узлов диафрагмы 24 клапанов 20 и 120 между ними. Крышка 25 также вмещает балку 80, а также датчик 84 давления, который будет описан более подробно ниже. Корпус 26 соединен с блоком 6 цилиндров болтами 64. Уплотнение 66 расположено между корпусом 26 и блоком 6 цилиндров для предотвращения выхода выпускных газов из выпускного канала 22 через направляющее отверстие 21. Отверстие 29 камеры 32 давления расположено на корпусе 26 и обеспечивает сообщение по текучей среде камеры 32 давления с, по меньшей мере, одним источником давления посредством регулятора давления, как описано ниже. Другое отверстие 31, расположенное на корпусе 26, используется для проветривания пространства, окружающего камеру 32 давления.
На фиг.8 показано одно возможное конструктивное выполнение регулятора давления для сообщения по текучей среде камер 32 давления двух приводов 30 клапана с множеством источников давления. При работе двигателя 11 избыточное и отрицательное давление создаются внутри картера 14 двигателя. Первый трубопровод 68 обеспечивает сообщение по текучей среде картера 14 двигателя с первым электромагнитным клапаном 70. Первый обратный клапан (не показан) расположен в первом трубопроводе 68 для обеспечения только избыточного давления, обеспечиваемого в первом электромагнитном клапане 70. Второй трубопровод 72 обеспечивает сообщение по текучей среде картера 14 двигателя со вторым электромагнитным клапаном 74. Второй обратный клапан (не показан) расположен во втором трубопроводе 72 для обеспечения только отрицательного давления, обеспечиваемого во втором электромагнитном клапане 74. Трубопроводы 76 обеспечивают сообщение по текучей среде первого и второго электромагнитных клапанов 70, 74 с отверстиями камер 32 давления приводов 30 клапана. Благодаря выборочному открытию и закрытию электромагнитных клапанов 70, 74 возможно обеспечение избыточного или отрицательного давления в камере 32 давления приводов клапана. Третий клапан (не показан) обеспечивает выборочное сообщение по текучей среде камер 32 давления с воздухом, окружающим двигатель 11 для обеспечения внешнего давления в камеры 32 давления. Предполагается, что давление, эквивалентное внешнему давлению, может быть обеспечено в камере 32 давления посредством обеспечения регулируемого количества как избыточного, так и отрицательного давления посредством электромагнитных клапанов 70 и 74. Электронный блок управления определяет, какое давление необходимо обеспечить в камерах 32 давления на основании скорости двигателя, как описано ниже, и открывает и закрывает клапаны соответственно таким образом, чтобы получать требуемое положение клапана 20 клапанного устройства 10. Предполагается, что электронный блок управления может также определять, какое давление необходимо обеспечить в камерах 32 давления на основании степени открытия дросселя или величины ускорения двигателя 11. Предполагаются также другие регуляторы давления, например, такой как описан в патенте США № 6,244,227 В1, 12.06.2001 на имя Matte под названием «Клапанное устройство, использующее среду под давлением для управления рабочими условиями двухтактного двигателя», содержание которого включено здесь посредством ссылки.
Со ссылкой на фиг.14 показано клапанное устройство 110 в соответствии с аспектами настоящего изобретения, функционально соединенное с двигателем 111, имеющим три цилиндра 112. Клапанное устройство 110 содержит три привода 131 клапана. Клапан (не показан) соединен с каждым приводом 131. Каждый клапан может быть неразъемным клапаном, аналогичным клапанам 20А на фиг.1, или клапаном, состоящим из двух частей, аналогичным клапанам 20В на фиг.1. Двигатель 111 содержит картер двигателя (не показан) и блок 106 цилиндров, соединенный с картером двигателя. Три цилиндра 112 расположены в блоке 106 цилиндров, каждый из которых имеет соответствующее выпускное отверстие 113. Цилиндры 112 могут быть выполнены в блоке 106 цилиндров любым известным в данной области технике способом, таким как размещение гильз цилиндра в соответствующих отверстиях цилиндра, выполненных в блоке 106 цилиндров или посредством покрытия внутренней поверхности каждого отверстия цилиндра подходящим покрытием, таким как Nicasil. Выпускной канал (не показан) сообщается с каждым цилиндром 112 посредством соответствующего выпускного отверстия 113. Картер двигателя имеет соответствующие впускные отверстия и внутренние камеры, соответствующие каждому из цилиндров 112. Коленчатый вал (не показан) расположен во внутренних камерах картера двигателя. Три поршня (не показаны) соединены с коленчатым валом при помощи соответствующих соединительных штоков (не показаны) и совершают возвратно-поступательное перемещение в соответствующих отверстиях в цилиндре. Каждый поршень выполнен с возможностью открытия и закрытия соответствующего выпускного отверстия и соответствующего передающего отверстия. Клапанный соединительный элемент в виде балки 180 жестко прикреплен к соединителям 133 трех клапанов посредством резьбовых гаек 182. Предполагается, что могут быть использованы любые другие известные в данной области техники способы соединения, и что балка 180 в качестве альтернативы может быть соединена с другой соответствующей частью клапана. Балка 180 перемещается вместе с клапанами, когда они приводятся в действие приводом 131 клапана, и поддерживает постоянную угловую ориентацию относительно клапанов и блока 106 цилиндров, тем самым обеспечивая, что оба клапана останутся в одинаковом положении друг относительно друга.
Со ссылкой на фиг.15 показано клапанное устройство 210 в соответствии с аспектами настоящего изобретения, функционально соединенное с двигателем 211, имеющим четыре цилиндра 212. Клапанное устройство 210 содержит четыре привода 230 клапана. Клапан (не показан) соединен с каждым приводом 230. Каждый клапан может быть неразъемным клапаном, аналогичным клапанам 20А на фиг.1, или клапаном, состоящим из двух частей, аналогичным клапанам 20В на фиг.1. Двигатель 211 содержит картер двигателя (не показан) и блок 206 цилиндров, соединенный с картером двигателя. Четыре цилиндра 212 расположены в блоке 206 цилиндров, каждый из которых имеет соответствующее выпускное отверстие 213. Цилиндры 212 могут быть выполнены в блоке 206 цилиндров любым известным в данной области техники способом, таким как размещение гильз цилиндра в соответствующих отверстиях цилиндра, выполненных в блоке 206 цилиндров или посредством покрытия внутренней поверхности каждого отверстия цилиндра подходящим покрытием, таким как Nicasil. Выпускной канал (не показан) сообщается с каждым цилиндром 212 посредством соответствующего выпускного отверстия 213. Картер двигателя имеет соответствующие впускные отверстия и внутренние камеры, соответствующие каждому из цилиндров 212. Коленчатый вал (не показан) расположен во внутренних камерах картера двигателя. Четыре поршня (не показаны) соединены с коленчатым валом при помощи соответствующих соединительных штоков (не показаны) и совершают возвратно-поступательные перемещения в соответствующих отверстиях цилиндра. Каждый поршень выполнен с возможностью открытия и закрытия соответствующего выпускного отверстия и соответствующего передающего отверстия. Клапанный соединительный элемент в виде балки 280 жестко прикреплен к соединителям 233 трех клапанов посредством резьбовых гаек 282. Предполагается, что могут быть использованы любые другие известные в данной области техники способы соединения, и что балка 280 в качестве альтернативы может быть соединена с другой соответствующей частью клапана. Балка 280 перемещается вместе с клапанами, когда они приводятся в действие приводом 231 клапана, и поддерживает постоянную угловую ориентацию относительно клапанов и блока 206 цилиндров, тем самым обеспечивая, что оба клапана останутся в одинаковом положении друг относительно друга.
Далее со ссылкой на фиг.9А-10С будет описана работа клапанного устройства 10В относительно клапана 20В. Следует понимать, что клапан 120В приводится в действие, по существу, аналогично, и его работа не будет описана подробно. Также следует понимать, что клапанные устройства 110 и 210 работают, по существу, одинаково и их работа не будет описана подробно. Линия 78 на фиг.10А-10С - это линия, проходящая через концы кромок 41 первой части 39 клапана и пересекающая отверстие 18 цилиндра, когда первая часть клапана находится в положении, ограничивающем поток, показанном на фиг.10А. Линия 78 была добавлена просто для того, чтобы показать перемещение клапана 20 относительно отверстия 18 цилиндра.
Как указано выше, при низких скоростях двигателя желательно ограничить поток выпускных газов через выпускное отверстие 13 и дополнительные отверстия 34. Таким образом, при низких скоростях двигателя, клапан 20В перемещается в положение, ограничивающее поток, показанное на фиг.9А и 10А. Чтобы переместить клапан 20В в это положение, ограничивающее поток, давление в камере 32 давления должно быть отрицательным. Если отрицательного давления достаточно для преодоления смещения пружины 27, объем камеры 32 давления уменьшается. Это приводит к сжатию пружины 27, а стенка 23 камеры давления перемещает первую часть 39 клапана в первое положение, ограничивающее поток в выпускном отверстии 13. Дополнительные клапаны 44, которые перемещаются с первой частью 39 клапана, также перемещают положение, ограничивающее поток, в дополнительные выпускные каналы 35. Вторая часть 40 клапана удерживается в положении, ограничивающем поток при помощи смещения пружины 52. Когда клапан 20В перемещает положение, ограничивающее поток, жесткое соединение между клапанами 20В и 120В при помощи стержня 80 обеспечивает, что клапан 120В перемещается в то же положение, ограничивающее поток.
При высоких скоростях двигателя желательно, чтобы выпускные газы проходили свободно через выпускное отверстие 13 и дополнительное отверстие 34. Таким образом, при высоких скоростях двигателя, клапан 20В перемещается в положение полного потока, показанное на фиг.9С и 10С. Для перемещения клапана 20В в это положение полного потока в камере 32 давления должно быть избыточное давление. Если отрицательного давления достаточно для преодоления смещения пружины 27, объем камеры давления 32 увеличивается. Это приводит к растяжению пружины 27, а стенка 23 камеры давления перемещает первую часть 39 клапана во второе положение полного потока, в котором она отведена от выпускного отверстия 13. Дополнительные клапаны 44, которые перемещаются с первой частью 39 клапана, также перемещают положение полного потока, в котором они отведены от дополнительного выпускного канала 35. При перемещении во второе положение полного потока, первая часть 39 клапана входит в зацепление с заплечиками 46 на второй части 40 клапана и перемещает вторую часть 10 клапана в положение полного потока. Когда клапан 20В перемещает положение полного потока, жесткое соединение между клапанами 20В и 120В при помощи стержня 80 обеспечивает, что клапан 120В перемещается в то же положение полного потока.
При средних скоростях двигателя желательно ограничить поток выпускных газов через выпускное отверстие 13 и дополнительное отверстие 34, но в меньшей степени, чем при низких скоростях двигателя. Таким образом, при средних скоростях двигателя, клапан 20В перемещается в промежуточное положение, показанное на фиг.9В и 10В. Для перемещения клапана 20В в это промежуточное положение в камере 32 давления должно быть обеспечено внешнее давление. Если внешнее давление недостаточно для преодоления смещения пружины 27, объем камеры давления 32 изменяется для достижения объема, при котором пружина 27 незначительно сжата. Пружина 27 незначительно сжата вследствие смещения, приложенного пружинами 52 к первой части 39 клапана при помощи заплечиков 46 на второй части 40 клапанов. Стенка 23 камеры давления перемещает первую часть 39 клапана в третье промежуточное положение в выпускном отверстии 13. Дополнительные клапаны 44, которые перемещаются с первой частью 39 клапана, также перемещают промежуточное положение в выпускном патрубке 35. Промежуточные положения расположены между соответствующим положением, ограничивающим поток, и положением полного потока. Вторая часть 40 клапана удерживается в положении, ограничивающем поток перемещением пружины 52. Когда клапан 20В перемещается в промежуточное положение, жесткое соединение между клапанами 20В и 120В посредством балки 80 обеспечивает, что клапан 120В перемещается в то же промежуточное положение.
Поскольку пружина 27 перемещает клапан 20В в положение, показанное на фиг.9В и 10В, пружина 27 обычно возвращает клапан 20В в это положение каждый раз, когда в камере 32 давления обеспечивается внешнее давление, поскольку внешнее давление будет недостаточно для преодоления смещения пружины 27. Это позволяет получить надежное положение клапана 20В, подходящее для работы на средних скоростях двигателя.
Предполагается, что элемент привода 30 клапана должен быть переустановлен так, чтобы избыточное давление могло бы перемещать клапан 20В в положение, показанное на фиг.9С и 10С. Также предполагается, что это давление, отличающееся от внешнего давления, может быть обеспечено в камере 32 давления для перемещения клапана 20В в положение, показанное на фиг.9В и 10С посредством пружины 27, которая будет в нейтральном положении, когда обеспечено такое отличающееся давление. Следует понимать, что положение клапана 20В между положениями, показанными на фиг.9А-10С, может быть достигнуто обеспечением другого давления в камере 32 давления.
Если перемещение клапана 20В затрудняется, например, наличием коксовых отложений, вероятно, что комбинированное усилие, действующее на клапан 20В его приводом 30В, и смещение пружин 27, 52 будет недостаточным для преодоления препятствия и перемещения клапана 20В в требуемое положение в соответствии с давлением в приводе 30. Клапан 120 подвержен воздействию подобного усилия своим приводом 130В и пружинами 27, 52 для перемещения клапана 120В в то же требуемое положение. Препятствие клапану 20В также препятствует перемещению клапана 120В, поскольку балка 80 предотвращает относительное перемещение между клапанами 20В и 120В. В результате комбинированное усилие приводов 30А и 130В действует на оба клапана 20В и 120В, и комбинированное усилие может быть достаточным для преодоления препятствия, например, разрушив или переместив коксовые отложения. Если препятствие не преодолено, оба клапана остаются в затрудненном положении.
Со ссылкой на фиг.12 и 13, датчик 84 положения содержит датчик 86 Холла, установленный в блоке 6 цилиндров через корпус 26, и постоянный магнит 88 или железо, содержащий материал, установленный на балке 80. Предполагается, что в качестве альтернативы датчик Холла может быть установлен на балке 80, тогда магнит 88 должен быть установлен в блоке 6 цилиндров. Датчик 84 положения электрически соединен с электронным блоком 90 управления (показан схематично) двигателя 10. Датчик 84 положения передает сигнал электронному блоку управления, показывающий текущее положение клапанов 20В, 120В на основании на определения положения балки 80. Электронный блок управления может посылать сигналы другим элементам двигателя 11А для изменения различных рабочих параметров двигателя 11А, как необходимо, на основании, по меньшей мере, частично сигнала, полученного от датчика 84 положения для улучшения производительности двигателя. Предполагается, что в качестве альтернативы датчик 84 положения может быть любым другим подходящим типом датчика положения, известным в данной области техники.
Работа клапанного устройства 10А аналогична работе клапанного устройства 10В в клапане 20А, приводимом в действие, по существу, таким же образом, что и первая часть 39 клапана клапанного устройства 10В, и не будет снова описана, за исключением отличий, описанных ниже. Главное отличие между работой приводов 30 клапанных устройств 10А и 10В на средних скоростях двигателя заключается в том, что поскольку клапанное устройство 10А не имеет пружин 52, объем камеры 32 давления изменяется для достижения такого объема, при котором пружина 27 будет в нейтральном положении.
Двигатель 11, имеющий клапанное устройство 10А или 10В, описанное выше, может быть использован для привода различных видов транспортных средств, таких как мотоцикл, снегоход, вездеход или, например, частное судно.
Модификации и изменения вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники. Вышеизложенное описание приведено только в качестве примера и не носит огранивающий характер. Таким образом, объем настоящего изобретения ограничен только объемом приложенной формулы изобретения.