ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ВЫПУСКНЫМ КЛАПАНОМ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ADDITIONAL EXHAUST VALVE

Изобретение относится к машиностроению, к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС).
В ДВС стремятся как можно лучше очистить цилиндры от отработавших газов. Для этого экспериментально подбирают продолжительность и моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов - фазы газораспределения. Общая для четырехтактных двигателей диаграмма фаз газораспределения показана на фиг. 1 ([1] Роговцев В.Л. и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт. 1991. стр. 45). Для конкретных двигателей цифры отличаются, но характер соотношений фаз сохраняется ([2] Михайловский Е.В. И Др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение. 1987, стр. 67, Таблица 6). Подбирают размеры клапанов ([3] Плеханов И.П. Автомобиль. М.: Просвещение. 1979. Стр. 20). Для лучшей очистки цилиндров подбирают фазы выпуска, но полностью очистить не удается. Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами. По данным [1], стр. 18 этот коэффициент находится в пределах 0,06-0,12 от массы свежего заряда. Уменьшение отработавших газов - лучшая очистка - позволит увеличить мощность и КПД двигателя, т.к. отработавшие газы не совершают полезную работу, а только занимают объем цилиндра. На схеме рабочего цикла фиг. 2 видно, какое давление в цилиндре при разных тактах, в какие моменты цикла. Схема составлена совмещением [1], стр. 18 и [1], диаграммы рис. 3.8, стр. 45. На схеме рабочего цикла - фиг. 2- видно, что высокое давление бывает только в верхних 2/3 цилиндра и есть момент, когда выпускной клапан открыт, хотя поршень еще далеко не дошел до НМТ. В начальный момент выхлопа давление газов 300-400 кПа. Эти газы надо выпустить через основной выпускной клапан в выпускной канал и чем скорее и полнее, тем лучше. Если в нижней части гильзы цилиндра прорезать окно там, где не бывает высоких давлений, и установить еще один выпускной клапан и открывать его, когда днище поршня совместиться с границей окна, как в двухтактных двигателях, то очистка цилиндра улучшится. На фиг. 3 показана схема устройства дополнительного клапана. Основание клапана 1 - металлическая квадратная пластина, одна поверхность которой обработана по радиусу, равному наружному радиусу гильзы цилиндра 2, и припаяна среднеплавким припоем 9 к внешней поверхности гильзы цилиндра. В основании клапана и гильзе цилиндра прорезано окно для дополнительного клапана 3. Тарелка клапана опирается на седло клапана 4, расположенного в основании 1. Стержень клапана расположен в направляющей втулке 5, которая закреплена в корпусе 6. Корпус прикреплен болтами 7 к основанию 1, и одновременно внутреннее пространство корпуса служит выпускным каналом. Между втулкой 5 и тарелкой клапана помещена пружина 8. Зона работы дополнительного клапана - это зона выпуска - углы на фиг. 1. Эта зона ограничена совпадением днища поршня с окном при такте выпуска и заканчивается полным закрытием окна поршнем при такте впуска. Клапан работает на выхлоп автоматически - пока в цилиндре давление больше атмосферного и окно не перекрыто поршнем. Пружина клапана служит для закрытия клапана и устраняет вибрацию клапана. В момент открытия основного выпускного клапана днище поршня должно находиться на верхнем уровне окна дополнительного канала и избыточное давление откроет клапан фиг. 3. Закрывается дополнительный клапан автоматически под действием пружины и обратного потока воздуха. При движении поршня вверх попадаем в зону перехода из зоны впуска в зону сжатия, и здесь может быть выброс газовой смеси в разогретый дополнительный канал. Для исключения этого необходимо перекрыть окно до начала такта сжатия, который определяется закрытием впускного клапана. Это условие для выбора размера и места расположения окна. На схеме видно, что в зоне впуска давление в цилиндре меньше атмосферного, и это можно использовать для надежного закрытия дополнительного клапана. Еще один момент, который определяет работу дополнительного клапана - начало сжатия - точка 2, фиг. 1 на круговой диаграмме. В этот момент или несколько раньше днище поршня должно перекрыть окно дополнительного канала. Положение днища поршня должно быть выше входа в дополнительный канал. Расположение окна и дополнительного канала зависит от двух условий: положение днища поршня в момент начала выпуска и начала сжатия. Надо выбрать расположение окна в зависимости от двух положений поршня - начала выпуска и начала сжатия. Раньше открытия основного клапана начать выпуск через дополнительный канал нельзя, т.к. будут нарушены фазы газораспределения, позже - можно; раньше перекрыть окно поршнем до начала такта сжатия - можно, позже - нельзя, Так можно выбрать положение окна дополнительного канала и выпускного клапана и согласовать положение дополнительного канала с положением днища поршня. Для каждого типа двигателя - свой выбор. Дополнительный клапан может заметно изменить фазы газораспределения, выбранные без учета дополнительного канала, т.к. скорость работы дополнительного клапана выше ввиду его малой массы, т.к. на него действуют силы, существенно меньшие, чем на основные клапаны, где давления достигают десятков атмосфер, а размеры окна могут быть больше, чем у основного выпускного клапана, что позволит уменьшить размер основного выпускного клапана и увеличить размер впускного, что улучшит наполнение цилиндра горючей смесью и увеличит мощность и КПД.
Перечень фигур чертежей
Фиг. 1 - Общая для четырехтактного двигателя диаграмма фаз газораспределения.
Фиг. 2 - Схема рабочего цикла четырехтактного двигателя.
Фиг. 3 - Схема дополнительного выпускного клапана.