Устройство для термокомпенсации клапанного механизма системы газораспределения с положительным воздействием на характеристики ДВС
DEVICE FOR THERMAL COMPENSATION OF VALVE MECHANISM OF GAS DISTRIBUTION SYSTEM WITH POSITIVE EFFECT ON CHARACTERISTICS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область применения: изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к системам и устройствам тепловых двигателей внутреннего сгорания, имеющих клапанные органы газораспределения.
Известно «Устройство впрыска воды в двигатель внутреннего сгорания» (Алтунин К.В. Патент РФ 163400, МПК F02M 25/03, 2015), который содержит форсунку, образованную корпусом и распылителем, два клапана, жидкостную камеру, поршень, установленный в жидкостной камере на пружине, каналы подвода жидкости. Вода подается в камеру сгорания в распыленном виде через форсунку с распылителем благодаря вытеснению объема воды из жидкостной камеры при помощи поршня, установленного на пружине, причем один клапан открывает подачу жидкости к распылителю, а другой клапан перекрывает подачу жидкости из жидкостной камеры 6 в канал подвода жидкости. При обратном ходе поршня за счет уменьшения давления в камере сгорания и воздействия пружины вода нагнетается из канала подвода жидкости  и не впрыскивается в камеру сгорания.
Недостатком данного технического решения является: сложность конструкции, добавление в камеру сжатия двигателя внутреннего сгорания дополнительного поршня, работающего при повышенных нагрузках и не исключающего возможности потери компрессии.
Существуют различные интерпретации исполнения клапанов газораспределительного механизма. Известен клапан газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде стержня с головкой в виде тарелки с расположенным на уплотнительной фаске тарелки рабочим кольцеобразным элементом в качестве опорной поверхности (авторское свидетельство СССР №363254, 1973 г.). В известном техническом решении рабочий элемент выполнен в виде кольца из сплава или металла с антикоррозионными и противоударными свойствами, форма контактной поверхности которого представляет собой конус, цилиндр или ступенчатую поверхность, при этом кольцо закреплено на тарелке методом электронно-лучевой сварки.
Недостатком известного технического решения является низкая долговечность, которая вызвана отсутствием возможности термокомпенсации при работе.
Наиболее близким техническим решением из известных аналогов является изобретение «Двигатель внутреннего сгорания » (Дружинин A.M., Малков Г. В. Патент РФ №2023196, МПК F02M 47/02, 1994), который содержит корпус плунжерного насоса, поршневой канал, поршень, находящийся в контакте с плунжером, плунжерную камеру , входной канал, штуцеры, магистраль подвода воды к форсунке, регулировочный винт (для изменения объема и количества впрыскиваемой воды), головку цилиндра двигателя, корпус со специальным каналом для подвода воды в камеру, полость, к которой подводится вода по специальному каналу и через которую проходит запорная игла, имеющая ступенчатую форму. На запорную иглу действуют силы давления воды в полости и сила давления пружины, установленной в верхней части запорной иглы и удерживающей ее в режиме запирания. Игла перекрывает вход в форсунку для распыления воды . Форсунка расположена в верхней части рабочей полости камеры сгорания над поршнем двигателя. Регулировочный винт может быть соединен с акселератором газа и менять свое положение в зависимости от режима работы.
Недостатком данного технического решения является сложная конструкция, а также отсутствие возможности терморегуляции работы клапанного механизма.
Задачей и техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является снижение теплонагруженности и увеличение ресурса клапанного механизма системы газораспределения, увеличению КПД двигателя и снижению токсичности выбрасываемых выхлопных газов.
На фиг. 1 представлен клапан системы газораспределения ДВС с исполнительным механизмом подвода охлаждающего агента в камеру сгорания, на фиг. 2 выполнен вид, детально отображающий элементы исполнительного механизма.
Устройство состоит из: 1 – верхняя часть стержня клапана; 2 – цилиндрический штифт; 3 – направляющая втулка клапана; 4 - уплотнительное кольцо; 5 – регулировочный винт; 6 – втулка; 7 – возвратная пружина иглы; 8 – уплотнительная прокладка; 9 – запорная игла; 10 – нижняя часть клапана; 11 – магистраль.
Устройство работает следующим образом: Охлаждающий агент нагнетается в магистраль 11 при помощи подкачивающего насоса. Подвод осуществляется через головку блока цилиндров, проходя направляющую втулку 3 в канал, находящийся в клапане 10. Герметичность соединения достигается уплотнительными кольцами 4. Обладая сочетанием высокой удельной теплоемкости и высокой теплопроводности, охлаждающий агент служит идеальной жидкостью для поддержания термостабильности и одинакового теплового режима. Известно, что при работе двигателя внутреннего сгорания температура впускного клапана колеблется в диапазоне 300-400 °С, а выпускного 700-900 °С, что гораздо выше, чем температура перехода охлаждающей жидкости, преимущественно воды, в газообразную фазу. Вследствие процесса перехода происходит многократное расширение агента, увеличивающее давление в полости клапана. Под действием давления, согласно закону Паскаля, газ начинает воздействовать на запорную иглу 9. Как только усилие превысит жесткость возвратной пружины иглы 7, регулируемой винтом 5, уплотнительная прокладка 8 при подъеме запорной иглы перекроет возможность подвода свежего заряда, работая как нагнетательный клапан. В это же время подъем иглы дает возможность истекать охлаждающему агенту в камеру сгорания. Высокий коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости, преимущественно воды, позволяет эффективно отводить избыточную температуру от клапанов, увеличивая ресурс механизма. Самыми теплонагруженными тактами работы ДВС для клапанного механизма являются следующие за воспламенением ТВС, такие как расширение (рабочий ход) и выпуск. Подача газообразного агента в такте расширения приведет к увеличению КПД двигателя, в то время как в такте выпуска положительный эффект будет сказываться на охлаждении выхлопных газов и более качественной продувке камеры сгорания. Чтобы избежать потери прочности клапана при сквозном сверлении внутренней полости, автором решено разделить стержень на две половины, состоящие из верхней части стержня клапана 1 и нижней части клапана 10, соединенных натягом и зафиксированных цилиндрическим штифтом 2.