ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ КЛАПАНА
INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND GAS DISTRIBUTION SYSTEM FOR THE VALVE ACTUATOR PNEUMATIC CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение по существу относится к двигателю внутреннего сгорания, подходящему для приведения в движение транспортного средства, такого как легковой автомобиль или грузовой автомобиль, лодка и т.д., либо приведения в действие установки, такой как электрогенерирующий блок и т.п. Рассматриваемые двигатели внутреннего сгорания представляют собой двигатели без распределительного вала, которые известны также под названием “двигатели со свободными поршнями”. Настоящее изобретение в частности относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему первый управляемый клапан двигателя, выполненный с возможностью избирательного открытия/закрытия камеры сгорания, содержащейся в двигателе внутреннего сгорания, и газораспределительной системе, выполненной с возможностью управления указанным первым клапаном двигателя, сама же газораспределительная система содержит замкнутый пневматический контур для текучей среды под давлением, при этом замкнутый контур для текучей среды под давлением содержит соединенные последовательно между собой компрессор и привод клапана, функционально соединенный с указанным первым клапаном двигателя.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к газораспределительной системе для пневматического управления приводом клапана.
Уровень техники
В двигателе внутреннего сгорания без распределительного вала текучая среда под давлением, такая как жидкость или газ, используется для достижения смещение/открытия одного или более клапанов двигателя. Это означает, что распределительные валы и соответствующие технические средства, которые в традиционных двигателях внутреннего сгорания используются для открытия клапанов двигателя, чтобы позволить воздуху в соответствующем канале вывести выхлопные газы из камеры сгорания, заменены системой, занимающей меньший объем и в большей степени поддающейся управлению.
В двигателе, разработанном для выдачи значительных угловых моментов, давление в камере сгорания повышается пропорционально увеличению выдачи углового момента, при этом усилие, необходимое для срабатывания привода клапана для открытия клапана двигателя, открывающегося внутрь по отношению к камере сгорания, таким образом, также увеличивается пропорционально увеличению выдачи углового момента. При большой скорости вращения, например 6-8000 об/мин, очень быстрое открытие клапана двигателя также требуется для того, чтобы не препятствовать заполнению воздухом соответствующего канала отвода для вывода выхлопных газов из цилиндра двигателя. Данные требования, а именно необходимость в чрезвычайно быстром открытии при большой скорости вращения в двигателе с высокими характеристиками, в котором существует высокое противодавление в камере сгорания двигателя при открытии выпускных клапанов, создают необходимость в том, чтобы давление текучей среды, находящейся под давлением, по ходу до привода клапана было высоким, составляя порядка 8-30 бар. По ходу за приводом клапана текучая среда под давлением имеет более низкое давление, составляющее порядка 3-6 бар.
При большой скорости вращения и высоких нагрузках на двигатель перепад давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления должен составлять порядка 15-20 бар, чтобы обеспечить надлежащую работу приводов клапанов, а когда двигатель работает на холостом ходу или при малой скорости вращения и низких нагрузках, перепад давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления должен составлять лишь порядка 2-5 бар. Более низкий перепад давлений при низкой скорости вращения желателен, когда давление повышается посредством компрессора со стороны низкого давления на сторону высокого давления, при этом при повышении давления имеет место потребление энергии, которое увеличивается одновременно с повышением давления на стороне высокого давления.
В ситуациях, требующих быстрого ускорения и/или очень быстрого перехода от низкой скорости вращения и низкой нагрузки к высокой скорости вращения и высокой нагрузке, например при выезде на главную дорогу с интенсивным движением или резком обгоне медленно движущегося транспортного средства, перепад давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления должен быть моментально увеличен, чтобы достичь ускорения, необходимого водителю. Традиционный компрессор выполнен с возможностью создания перепада давлений, варьируемого в широких пределах, однако он не приспособлен к удовлетворению требования немедленных переходов между отдельными высокими уровнями перепада давлений и потоками текучей среды под давлением.
Кроме того, существующие системы проявляют инертность при переходе от большого перепада давлений к малому перепаду давлений, т.е. когда транспортное средство снова работает при низкой скорости вращения после короткого/временного повышения скорости вращения/нагрузки на двигатель, требуется время, чтобы перепад давлений, а значит, и высокое потребление энергии снизились до требуемого уровня.
Краткое описание цели изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить вышеуказанные недостатки и дефекты ранее известных двигателей внутреннего сгорания и создать усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания. Основная цель изобретения – создать усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания изначально заданного типа, выполненный с возможностью моментального увеличения перепада давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления путем увеличения давления на стороне высокого давления контура для текучей среды под давлением при необходимости быстрого увеличения скорости вращения/нагрузки на двигатель внутреннего сгорания.
Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании двигателя внутреннего сгорания, в котором может осуществляться быстрый переход от большого перепада давлений к малому перепаду давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании двигателя внутреннего сгорания, в котором после каждого резкого увеличения перепада давлений осуществляется автоматическое регулирование, перед тем как потребуется последующее резкое увеличение перепада давлений.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению главная задача по меньшей мере решается изначально заданным двигателем внутреннего сгорания и газораспределительной системой для пневматического управления приводом клапана, обладающими признаками по независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно определены в последующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания изначально заданного типа, отличающийся тем, что газораспределительная система дополнительно содержит газовый накопитель, соединенный с замкнутым контуром для текучей среды под давлением посредством по меньшей мере одного трубопровода газового накопителя, содержащего управляемый клапан.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложена газораспределительная система для пневматического управления приводом клапана, содержащая замкнутый пневматический контур для текучей среды под давлением, при этом замкнутый контур для текучей среды под давлением содержит соединенные последовательно между собой компрессор и привод клапана. Газораспределительная система отличается тем, что содержит газовый накопитель, соединенный с замкнутым контуром для текучей среды под давлением посредством по меньшей мере одного трубопровода газового накопителя, содержащего управляемый клапан.
Настоящее изобретение, таким образом, основано на идеи о том, что газовый накопитель выполнен с возможностью сохранения достигнутых ранее пиковых уровней давления, чтобы быть в состоянии быстро подать большой объем текучей среды под высоким давлением в замкнутый контур для текучей среды под давлением с целью достижения мгновенного увеличения давления на стороне высокого давления контура для текучей среды под давлением.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения замкнутый контур для текучей среды под давлением содержит основной канал для текучей среды под давлением, продолжающийся от компрессора до впускного отверстия привода клапана, при этом газовый накопитель соединен с основным каналом для текучей среды под давлением посредством первого трубопровода газового накопителя, содержащего управляемый клапан.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения газовый накопитель соединен с указанным основным каналом для текучей среды под давлением посредством второго трубопровода газового накопителя, содержащего однонаправленный клапан, выполненный с возможностью обеспечения потока в направлении газового накопителя. Таким образом, гарантируется, что когда управляемый клапан в первом трубопроводе газового накопителя закрыт, давление в газовом накопителе всегда равно наивысшему уровню давления на стороне высокого давления замкнутого контура для текучей среды.
Согласно предпочтительному варианту осуществления компрессор имеет переменный рабочий объем. Это означает, что увеличение давления на стороне высокого давления контура для текучей среды под давлением может быть дополнительно ускорено путем увеличения рабочего объема компрессора в связи с быстрым увеличением скорости вращения или нагрузки. Величина рабочего объема предпочтительно регулируется перепадом давлений между верхней стороной и нижней стороной поршней компрессора, т.е. отношением давлений в компрессоре.
Согласно предпочтительному варианту осуществления замкнутый контур для текучей среды под давлением содержит дополнительный канал для текучей среды под давлением, продолжающийся от камеры головки блока цилиндров до компрессора, при этом газовый накопитель соединен с указанным дополнительным каналом для текучей среды под давлением посредством третьего трубопровода газового накопителя, содержащего управляемый клапан. Для этой цели предпочтительно в указанном дополнительном канале для текучей среды под давлением расположен однонаправленный клапан по ходу до того места, где третий трубопровод газового накопителя осуществляет сброс в дополнительный канал для текучей среды под давлением, при этом однонаправленный клапан выполнен с возможностью обеспечения потока в направлении компрессора. Это приводит к увеличению среднего давления на верхней стороне поршней компрессора, что вызывает быстрое увеличение рабочего объема компрессора.
Дополнительные преимущества и признаки изобретения станут очевидными из остальных зависимых пунктов формулы изобретения и из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 схематично показан вид сбоку в разрезе части двигателя внутреннего сгорания,
на фиг.2 схематично показан вид сбоку в разрезе привода клапана,
на фиг.3 показан схематичный общий вид, частично в разрезе, головки блока цилиндров и крышки головки блока цилиндров,
на фиг.4-9 схематично показаны принципиальные схемы, на которых приведены примеры альтернативных вариантов осуществления газораспределительной системы для пневматического управления приводом клапана.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Сначала обратимся к фигуре 1, на которой схематично изображена часть двигателя внутреннего сгорания по изобретению, в общем обозначенного позицией 1. Двигатель 1 внутреннего сгорания содержит блок 2 цилиндров, имеющий по меньшей мере один цилиндр 3. Указанный блок 2 цилиндров обычно содержит три или четыре цилиндра 3. В представленном варианте осуществления ссылка сделана лишь на один цилиндр 3, однако следует понимать, что технические средства, описанные ниже в отношении показанного цилиндра 3, предпочтительно применимы ко всем цилиндрам двигателя 1 внутреннего сгорания, при этом в данном варианте осуществления двигатель внутреннего сгорания содержит большее количество цилиндров.
Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания содержит поршень 4, который может аксиально перемещаться в указанном цилиндре 3. Перемещение, а именно возвратно-поступательное аксиальное смещение поршня 4, обычным образом передается соединительному штоку 5, соединенному с поршнем 4, при этом соединительный шток 5, в свою очередь, соединен с кривошипным валом (не показан) и управляет им при вращении.
Двигатель 1 внутреннего сгорания также содержит головку 6 блока цилиндров, которая вместе с указанным цилиндром 3 и указанным поршнем 4 определяет границы камеры 7 сгорания. В камере 7 сгорания обычным образом происходит воспламенение смеси топлива и воздуха, что подробнее здесь не описывается. Головка 6 блока цилиндров содержит по меньшей мере один управляемый первый клапан 8 двигателя, также известный под названием газообменный клапан. В представленном варианте осуществления головка блока цилиндров также содержит управляемый второй клапан 9 двигателя. Первый клапан 8 двигателя образует в представленном варианте осуществления впускной клапан, выполненный с возможностью избирательного открытия/закрытия для подачи воздуха в камеру 7 сгорания, а второй клапан 9 двигателя образует в представленном варианте осуществления выпускной воздушный клапан, или выпускной клапан, выполненный с возможностью избирательного открытия/закрытия для удаления выхлопных газов из камеры 7 сгорания.
Двигатель 1 внутреннего сгорания дополнительно содержит первый привод клапана, в общем обозначенный позицией 10, функционально соединенный с указанным первым клапаном 8 двигателя и установленный в замкнутом контуре для текучей среды под давлением двигателя 1 внутреннего сгорания. Привод 10 клапана содержит пневматический контур для текучей среды под давлением, содержащий по меньшей мере одно впускное отверстие 11 для текучей среды под давлением и по меньшей мере одно выпускное отверстие 12 для текучей среды под давлением. Текучая среда под давлением представляет собой газ или газовую смесь, предпочтительно воздух или газообразный азот. Воздух имеет преимущество в том, что текучую среду под давлением легко заменить либо подать большее количество текучей среды под давлением, если в замкнутом контуре для текучей среды под давлением имеется утечка, а газообразный азот имеет преимущество в том, что в нем отсутствует кислород, что позволяет избежать окисления других элементов.
Если двигатель внутреннего сгорания содержит несколько приводов клапанов, они расположены параллельно друг другу в указанном замкнутом контуре для текучей среды под давлением. Каждый привод клапана может быть функционально соединен с одним или более клапанами двигателя, при этом двигатель внутреннего сгорания, например, может содержать два воздушных впускных клапана 8, которые совместно управляются одним и тем же приводом 10 клапана. Тем не менее, предпочтительно каждый привод клапана управляет одним клапаном двигателя, чтобы каждый достиг максимально возможной способности управления работой двигателя 1 внутреннего сгорания.
Нижеприведенное описание двигателя внутреннего сгорания содержит только один клапан 8 двигателя и один привод 10 клапана, однако следует понимать, что указанная информация применима также ко всем клапанам двигателя и приводам клапанов, если не оговорено иное.
Двигатель 1 внутреннего сгорания также содержит камеру 13 головки блока цилиндров, образующую часть указанного замкнутого контура для текучей среды под давлением и ограниченную указанной головкой 6 блока цилиндров и по меньшей мере первой крышкой 14 головки блока цилиндров. В представленном варианте осуществления крышка 14 головки блока цилиндров разделена на две части, которые по отдельности крепятся к головке 6 блока цилиндров и снимаются с нее посредством болтов. Камера 13 головки блока цилиндров предпочтительно имеет объем порядка 3-10 литров, обычно порядка 5-6 литров. В альтернативном варианте осуществления имеется только одна крышка 14 головки блока цилиндров, которая совместно с головкой 6 блока цилиндров определяет границы камеры 13 головки блока цилиндров.
По меньшей мере одно выпускное отверстие 12 привода 10 клапана сообщается по текучей среде с камерой 13 головки блока цилиндров, т.е. текучая среда под давлением, покидающая привод 10 клапана через указанное по меньшей мере одно выпускное отверстие 12 вытекает в камеру 13 головки блока цилиндров. В том случае, когда двигатель 1 внутреннего сгорания содержит несколько приводов клапанов, все выпускные отверстия приводов клапанов для текучей среды под давлением осуществляют сброс в одну и ту же камеру головки блока цилиндров.
Предпочтительно привод 10 клапана целиком установлен в указанной камере 13 головки блока цилиндров, при этом также предпочтительно привод 10 клапана съемно соединен с указанной крышкой 14 головки блока цилиндров, например посредством болта 16 или схожего удерживающего средства. В данном варианте осуществления привод 10 клапана соответственно “подвешен” в крышке 14 головки блока цилиндров, не соприкасаясь с головкой 6 блока цилиндров. Если привод 10 клапана должен соприкасаться как с крышкой 14 головки блока цилиндров, так и головкой 6 блока цилиндров, возникает ряд допусков, неблагоприятных для конструкции.
Обратимся теперь к фигуре 2, на которой схематично изображен привод 10 клапана.
Привод 10 клапана содержит диск 17 поршня привода, а также цилиндр 21 привода, ограничивающие направленный вниз открытый объем цилиндра. Диск 17 поршня привода разделяет указанный объем цилиндра на первую верхнюю часть 19 и вторую нижнюю часть 20 и может аксиально перемещаться в указанном цилиндре 21 привода. Диск 17 поршня привода образует часть поршня привода, в общем обозначенную позицией 21, выполненную с возможностью контакта с указанным первым клапаном 8 двигателя и управления им. Поршень привода дополнительно содержит средство 22 для устранения люфта в аксиальном направлении в отношении указанного первого клапана 8 двигателя. Средство 22 устранения люфта предпочтительно является гидравлическим и гарантирует, что когда диск 21 поршня привода находится в своем верхнем положении изменения направления, поршень привода сохраняет контакт с первым клапаном 8 двигателя, когда он закрыт, с целью внесение поправки на допуски на сборку, тепловое расширение и т.д. Соответственно, аксиальная длина поршня привода регулируется посредством средства 22 устранения люфта.
Другая часть 20 объема цилиндра привода 10 клапана сообщается по текучей среде с указанной камерой 13 головки блока цилиндров. Таким образом, гарантируется, что на диск 17 поршня привода действует одинаковое давление как со стороны первой части 19 объема цилиндра, так и со стороны второй части 20 объема цилиндра, когда поршень привода находится в верхнем положении изменения направления. Таким образом, уплотнение между диском 17 поршня привода и цилиндром 12 привода не является критически важным, при этом может допускаться некоторая протечка для минимизации сопротивления смещению диска 17 поршня привода, причем в положении покоя диск поршня привода не подвержен влиянию изменений низкого уровня давления.
Привод 10 клапана содержит управляемый впускной клапан 23, выполненный с возможностью открытия/закрытия впускного отверстия 12, управляемый выпускной клапан 27, выполненный с возможностью открытия/закрытия выпускного отверстия 11, гидравлический контур, в общем обозначенный позицией 25, который, в свою очередь, содержит однонаправленный клапан 26, выполненный с возможностью обеспечения заполнения гидравлического контура 25, а также управляемый спускной клапан 27, выполненный с возможностью управления опустошением гидравлического контура 25. Следует отметить, что клапаны в приводе 10 клапана изображены схематично и могут представлять собой, например, манжетные клапаны, тарельчатые клапаны и т.д. Кроме того, некоторые из вышеуказанных управляемых клапанов могут представлять собой единое тело. Каждый клапан, кроме того, может быть клапаном с прямым или косвенным электрическим управлением. Прямое электрическое управление подразумевает, что положение клапана непосредственно регулируется, например, электромагнитным устройством, а косвенное электрическое управление подразумевает, что положение клапана регулируется текучей средой под давлением, которая, в свою очередь, регулируется, например, электромагнитным устройством.
Чтобы обеспечить смещение диска 17 поршня привода вниз для открытия клапана 8 двигателя, впускной клапан 26 открывается, чтобы позволить текучей среде под высоким давлением заполнить верхнюю часть 19 объема цилиндра. Когда поршень привода смещается вниз, однонаправленный клапан 26 гидравлического контура 25 открывается, после чего гидравлическая жидкость засасывается и замещает объем, оставленный поршнем привода. После этого впускной клапан 23 закрывается, при этом текучая среда под давлением, поступившая в верхнюю часть 19 объема цилиндра, имеет возможность расшириться, в результате чего диск 17 поршня привода продолжает свое перемещение вниз. Когда текучая среда под давлением в верхней части 19 объема цилиндра не может более смещать диск 17 поршня привода, т.е. когда давление на нижней стороне диска 17 поршня привода в сумме с усилием возвратной пружины 28 клапана двигателя 8 равно давлению на верхней стороне диска 17 поршня привода, диск 17 поршня привода останавливается. Диск 17 поршня привода удерживается (блокируется) в своем нижнем положении требуемое количество времени путем удерживания спускного клапана 27 гидравлического контура 25 закрытым наряду с тем, что однонаправленный клапан 26 гидравлического контура 25 автоматически закрывается. Для обеспечения обратного перемещения выпускной клапан 24 открывается, чтобы позволить вывести текучую среду под давлением из верхней части 19 объема цилиндра, при этом дополнительно открывается спускной клапан 27 гидравлического контура 25, после чего диск поршня привода смещается вверх, когда гидравлическая жидкость выводится из гидравлического контура 25, при этом одновременно текучая среда под давлением выводится из верхней части 17 объема цилиндра в камеру 13 головки блока цилиндров.
Теперь обратимся главным образом к фигуре 3, на которой показан схематичный общий вид, частично в разрезе, среди прочего, головки блока цилиндров и крышки головки блока цилиндров.
Крышка 14 головки блока цилиндров содержит магистраль 29 для текучей среды под давлением, соединенную, по меньшей мере, с одним впускным отверстием 11 привода 10 клапана. Магистраль 29 для текучей среды под давлением продолжается вдоль аксиальной длины крышки 14 головки блока цилиндров. Указанная магистраль 29 для текучей среды под давлением образует часть основного канала 30 для текучей среды под давлением, продолжающегося от компрессора 31, по меньшей мере, к одному впускному отверстию 11 привода 10 клапана. Компрессор 31 выполнен с возможностью подачи текучей среды под высоким давлением на приводы клапанов. Кроме того, от камеры 13 головки блока цилиндров к указанному компрессору 31 продолжается дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением (см. также фиг.1).
Объем основного канала 30 для текучей среды под давлением, представляющего собой сторону высокого давления, должен поддерживаться как можно меньшим, чтобы температура текучей среды под давлением падала как можно меньше от компрессора 31 до привода 10 клапана. Объем камеры 13 головки блока цилиндров и дополнительного канала 32 для текучей среды под давлением, представляющих собой сторону низкого давления, наоборот, должен быть максимальным, чтобы отношение давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления подвергалось как можно меньшему влиянию, когда компрессор 31 втягивает газ/текучую среду под давлением со стороны низкого давления. Предпочтительно объем камеры 13 головки блока цилиндров и дополнительного канала 32 для текучей среды под давлением, по меньшей мере, в десять раз превышает объем основного канала 30 для текучей среды под давлением, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, в 15 раз.
Компрессор 31 имеет переменный рабочий объем цилиндров/переменную рабочий объем, иными словами, регулируемый выход, при этом обычно компрессор 31 работает от кривошипного вала двигателя 1 внутреннего сгорания. При большой скорости вращения и высоком выходном крутящем моменте требуется более высокое давление текучей среды в основном канале 30 для текучей среды под давлением, а при низкой скорости вращения и низком выходном крутящем моменте требуется более низкое давление текучей среды в основном канале 30 для текучей среды под давлением. Перепад давлений между стороной высокого давления и стороной низкого давления составляет порядка 15-20 бар при большой скорости вращения/больших крутящих нагрузках и порядка 2-5 бар при малой скорости вращения и низких нагрузках на двигатель. Компрессор 31 предпочтительно представляет собой компрессор типа аксиально-поршневого насоса или насоса с наклонным диском, обеспечивающего переменный рабочий объем посредством нескольких поршней с переменной длиной хода, где все поршни расположены во взаимно отличных положениях в соответствующих циклах. Ход поршня определяется наклоном наклонной шайбы, которая противодействует поршням и поочередно управляет ими для совершения аксиального перемещения, при этом центральная ось наклонной шайбы осуществляет нутирующее движение. При каждом полном обороте наклонной шайбы все поршни выполняют один рабочий цикл. Наклон наклонной шайбы, таким образом, является переменным/регулируемым.
Уровень давления на стороне высокого давления составляет порядка 8-30 бар, чтобы с достаточной скоростью открыть открывающийся внутрь клапан двигателя, когда в камере сгорания имеется высокое противодавление, при этом уровень давления на стороне низкого давления составляет порядка 4-8 бар.
Крышка 14 головки блока цилиндров дополнительно содержит магистраль 33 для гидравлической жидкости, соединенную с впускным отверстием 34 указанного гидравлического контура 25 привода 10 клапана. Магистраль 33 для гидравлической жидкости продолжается вдоль аксиальной длины крышки 14 головки блока цилиндров параллельно магистрали 29 для текучей среды под давлением. Насос 35 или схожий блок выполнен с возможностью подачи гидравлической жидкости под давлением в магистраль 33 для гидравлической жидкости через трубопровод 36. Крышка 14 головки блока цилиндров дополнительно содержит всю необходимую электрическую инфраструктуру (не показано), предназначенную, среди прочего, для управления первым приводом 10 клапана, для различных датчиков и т.д.
Теперь главным образом обратимся к фигурам 4-9, на которых схематично показаны альтернативные варианты осуществления газораспределительной системы согласно изобретению для пневматического управления приводом 10 клапана, при этом газораспределительная система содержит пневматический замкнутый контур для текучей среды под давлением.
На фигурах 4-9 компрессор показан справа, основной канал 30 для текучей среды под давлением (сторона высокого давления) - сверху, привод 10 клапана - слева, а дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением (сторона низкого давления) - снизу. Текучая среда под давлением, таким образом, на этих фигурах совершает течение против часовой стрелки, что показано стрелкой 37 на фигуре 4.
В настоящем изобретении принципиально важно то, что газораспределительная система содержит газовый накопитель 38, соединенный с замкнутым контуром для текучей среды под давлением посредством, по меньшей мере, одного контура газового накопителя, содержащего управляемый клапан.
Обратимся теперь к фигуре 4, на которой показан предпочтительный первый вариант осуществления. В данном варианте осуществления газовый накопитель 38 соединен с указанным основным каналом 30 для текучей среды под давлением посредством первого трубопровода 39 газового накопителя, содержащего управляемый клапан 40.
При необходимости быстрого увеличения давления на стороне высокого давления с низкого уровня давления до высокого уровня давления, например, в ответ на быстрое нажатие на педаль акселератора транспортного средства и/или при быстром увеличении скорости вращения, управляемый клапан 40 в первом трубопроводе 39 газового накопителя открывается, после чего ограниченное количество текучей среды, уровень давления которой превышает уровень давления, существующий на стороне высокого давления, поступает в основной канал 30 для текучей среды под давлением и обеспечивает мгновенное повышение давления на стороне высокого давления. Уровень давления в газовом накопителе до некоторой степени снижается. Объем газового накопителя 38 предпочтительно, по меньшей мере, в пять раз превышает объем в основном канале 30 для текучей среды под давлением. Предпочтительно компрессор 31 имеет переменный рабочий объем 31, который регулируется отношением давлений в компрессоре и давлением на нижней стороне поршней компрессора, вследствие чего компрессор 31 выполнен с возможностью обеспечения автоматического увеличения рабочего объема компрессора 31 при увеличении давления на стороне высокого давления, что приводит к дополнительному увеличению давления.
Предпочтительно с газовым накопителем 38 соединен первый датчик 41 давления, а с основным каналом 30 для текучей среды под давлением соединен второй датчик 42 давления, чтобы можно было убедиться в том, что уровень давления в газовом накопителе 38 превышает уровень давления в основном канале 30 для текучей среды под давлением, перед тем как управляемый клапан 40 в первом трубопроводе 39 газового накопителя открывается. В представленном варианте осуществления с дополнительным каналом 32 для текучей также соединен третий датчик 43 давления среды под давлением, чтобы позволить определить отношение давлений между стороной низкого давления и стороной высокого давления.
Когда давление в газовом накопителе 38 используется для того, чтобы ненадолго повысить уровень давления в основном канале 30 для текучей среды под давлением, управляемый клапан 40 в первом трубопроводе 39 газового накопителя закрыт. Когда уровень давления на стороне высокого давления должен быть снова снижен, управляемый клапан 40 открывается в первом трубопроводе 39 газового накопителя для пополнения газового накопителя 38. Компрессор 31 предпочтительно находится в активном состоянии для пополнения газового накопителя до заданного уровня, вне зависимости от того, сохраняется потребность подачи текучей среды под высоким давлением в привод 10 клапана или нет.
Обратимся теперь к фигуре 5, где показан второй вариант осуществления. Будут описаны лишь отличия от варианта осуществления по фигуре 4.
В дополнение к первому варианту осуществления по фигуре 4 двигатель 1 внутреннего сгорания содержит второй трубопровод 44 газового накопителя, продолжающийся между основным каналом 30 для текучей среды под давлением и газовым накопителем 38 и содержащий однонаправленный клапан 44, выполненный с возможностью обеспечения потока в направлении газового накопителя 38. Таким образом, гарантируется, что управляемый клапан 40 в первом трубопроводе 39 газового накопителя может быть закрыт, как только в основном канале 30 для текучей среды под давлением достигается требуемое увеличение давления. После этого однонаправленный клапан 45 во втором трубопроводе 44 газового накопителя гарантирует, что последний достигнутый максимальный уровень давления в основном канале 30 для текучей среды под давлением передается в газовый накопитель 38 и сохраняется в нем. Соответственно обеспечивается упрощенная и выполняемая автоматически заправка газового накопителя 38. Кроме того, второй трубопровод 44 газового накопителя также содержит средство 44´ ограничения потока, реализуемое, например, посредством сужения. Задача средства 44´ ограничения потока заключается в создании задержки/ограничения, так чтобы повышенное давление, нагнетаемое компрессором 31, не использовалось в первую очередь для пополнения газового накопителя 38.
Обратимся теперь к фигуре 6, где показан третий вариант осуществления. Будут описаны лишь отличия от вариантов осуществления по фигурам 4 и 5.
В данном варианте осуществления и в последующих вариантах осуществления показана также крышка 13 головки блока цилиндров, расположенная между дополнительным каналом 32 для текучей среды под давлением и приводом 10 клапана. Следует, тем не менее, отметить, что в третьем и последующих вариантах осуществления можно обойтись без камеры 13 головки блока цилиндров, при этом ее можно включить в первый и второй варианты осуществления.
В третьем варианте осуществления по фигуре 6 газораспределительная система содержит трубопровод 47 газового накопителя, продолжающийся между газовым накопителем 38 и дополнительным каналом 32 для текучей среды под давлением и содержащий управляемый клапан 48. Первый трубопровод 39 газового накопителя, показанный в первом и втором вариантах осуществления, в третьем варианте осуществления отсутствует.
При необходимости быстрого увеличения давления на стороне высокого давления с низкого уровня давления до высокого уровня давления управляемый клапан 48 в третьем трубопроводе 47 газового накопителя открывается, после чего ограниченное количество текучей среды под давлением поступает в дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением. Таким образом, в компрессор 31 будет подаваться более «плотная» текучая среда под давлением, что приведет к быстрому увеличению рабочего объема компрессора 31, а значит, обеспечит более быстрое увеличение давления на стороне высокого давления. Предпочтительно третий трубопровод 47 газового накопителя соединен с дополнительным каналом 32 для текучей среды под давлением вблизи компрессора или при непосредственном соединении с ним, другими словами, третий трубопровод 47 газового накопителя наиболее предпочтительно соединен с дополнительным каналом 32 для текучей среды под давлением на границе раздела между компрессором 31 и дополнительным каналом 32 для текучей среды под давлением.
Предпочтительно компрессор 31 имеет переменный рабочий объем, который регулируется отношением давлений в компрессоре 31 и давлением на нижней стороне поршней компрессора, вследствие чего компрессор 31 при повышении давления на впуске компрессора 31 выполнен с возможностью автоматически увеличивать рабочий объем компрессора.
Обратимся теперь к фигуре 7, на которой раскрыт четвертый вариант осуществления. Будут описаны лишь отличия от варианта осуществления по фигуре 6.
В четвертом варианте осуществления по п.7 формулы изобретения второй трубопровод 44 газового накопителя в дополнение к однонаправленному клапану 45 содержит управляемый клапан 45´ для предотвращения пополнения газового накопителя 38, когда сохраняется потребность в повышении давления на стороне высокого давления.
Кроме того, предпочтительно однонаправленный клапан 49 расположен в дополнительном канале 32 для текучей среды под давлением по ходу до того места, где третий трубопровод 47 газового накопителя осуществляет сброс в дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением, сам же однонаправленный клапан 49 выполнен с возможностью обеспечения потока в направлении компрессора, тем самым не допуская того, чтобы подаваемая текучая среда под давлением поступала в камеру 13 головки блока цилиндров.
В альтернативном варианте осуществления (не показан) третий трубопровод 47 газового накопителя соединен напрямую с компрессором 31, при этом однонаправленный клапан 49 предпочтительно также расположен в компрессоре 31.
Управляемый клапан 45´ во втором трубопроводе 44 газового накопителя дополнительно приводит к тому, что газовый накопитель 38 не пополняется/заправляется, прежде чем указанный управляемый клапан 45” не будет открыт. Это приводит к том, что объем, в котором давление должно возрастать, сохраняется минимальным, вследствие чего достигается более быстрое повышение давления. Когда необходимость в высоком давлении в основном канале 30 для текучей среды под давлением уменьшается/исчезает, управляемый клапан 45´во втором трубопроводе 44 газового накопителя открывается, после чего текучая среда под давлением поступает в газовый накопитель 38. Помимо этого, рабочий объем компрессора 31 автоматически уменьшается, что обеспечивает еще более быстрое падение давления на стороне высокого давления.
Обратимся теперь к фигуре 8, где показан пятый вариант осуществления. Будут описаны лишь отличия от ранее указанных вариантов осуществления.
Пятый вариант осуществления представляет собой сочетание первого варианта осуществления по фигуре 4 и четвертого варианта осуществления по фигуре 7. Однако данный вариант осуществления не содержит второго трубопровода газового накопителя. Пятый вариант осуществления обеспечивает возможность высвобождения текучей среды под давлением из газового накопителя 38, либо в основной канал 30 для текучей среды под давлением через первый трубопровод 39 газового накопителя, либо в дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением через третий трубопровод 47 газового накопителя.
Обратимся теперь к фигуре 9, где показан шестой вариант осуществления. Будут описаны лишь отличия от ранее указанных вариантов осуществления.
Шестой вариант осуществления представляет собой сочетание второго варианта осуществления по фигуре 5 и четвертого варианта осуществления по фигуре 7. Однако данный вариант осуществления не содержит управляемого клапана во втором трубопроводе 44 газового накопителя.
По аналогии с пятым вариантом осуществления по фигуре 8 шестой вариант осуществления обеспечивает возможность высвобождения текучей среда под давлением из газового накопителя, либо в основной канал 30 для текучей среды под давлением через первый трубопровод 39 газового накопителя, либо в дополнительный канал 32 для текучей среды под давлением через третий трубопровод 47 газового накопителя. Помимо этого, шестой вариант осуществления обеспечивает выполнение функции автоматического пополнения, описанной во втором варианте осуществления по фигуре 5.
Возможные модификации изобретения
Изобретение не ограничено вышеуказанным описанием и вариантами осуществления, показанными на чертежах, которые приведены лишь в качестве примера и в целях иллюстрации. Данная заявка на патент предполагает охват всех модификаций и изменений предпочтительных вариантов осуществления, представленных в настоящем описании, а значит, настоящее изобретение определяется прилагаемой формулой изобретения, при этом технические средства могут претерпеть изменения всеми возможными способами в рамках прилагаемой формулы изобретения.
Следует также отметить, что всю информацию в отношении/касающуюся терминов, таких как «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.д., следует интерпретировать/толковать как относящуюся к техническим средствам, ориентированным согласно фигурам, при этом чертежи расположены так, чтобы ссылочные позиции могли быть прочитаны правильно. Таким образом, подобные термины указывают лишь относительное положение в представленных вариантах осуществления, само же взаимное расположение может изменяться, если технические средства согласно изобретению будут иметь иную конструкцию/схему.
Следует отметить, что, даже если это в явном виде не оговорено, признаки одного конкретного варианта осуществления могут быть объединены с признаками другого варианта осуществления, что должно считаться очевидным там, где это возможно.