СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СИСТЕМОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА
CONTROL OVER ICE EXHAUST GAS RECYCLING BY TIMING VALVE FLUID DRIVE SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший аналог заявленного изобретения - патент 2403409 «Капан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания». Действует она следующим образом.
Поршень двигателя внутреннего сгорания 1 (Фигура 1) при такте сжатия сжимает рабочее тело - воздух или топливную смесь - в камере сгорания 2. При этом часть рабочего тела из камеры сгорания 2 по трубопроводу 3, через клапан-отсечку 4 и обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6 и заряжает его. Система управления ДВС (на фигуре не показана) отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и, в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник управления потоком жидкости 8 в положение, как показано на фигуре. Рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 10 поступает в верхнюю полость поршня привода клапана 11, в результате чего газораспределительный клапан 7, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 12 поступать в камеру сгорания 2, или если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2. Для закрывания газораспределительного клапана 7 система управления устанавливает золотник управления потоком жидкости 8 в нижнее положение, и рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналам 9 и 13 поступает в нижнюю полость поршня привода 11 газораспределительный клапан 7, и он закрывается. В обоих случаях отработавшее рабочее тело по каналам 10, 13, 14, 15 выбрасывается в атмосферу, а в бензиновом двигателе, где рабочее тело представляет собой топливную смесь, по соображениям экономии топлива подается в воздухозаборный тракт двигателя. При рабочем такте (сгорание и расширение продуктов сгорания) давление в камере сгорания ДВС 2 может достигать десятков атмосфер, а температура - сотен и более градусов. Но для обеспечения работоспособности пневматического привода достаточно давления рабочего тела на порядок меньше. Ограничение давления рабочего тела в пневмоаккумуляторе 6 до оптимального значения обеспечивает клапан-отсечка 4. Если давление поступающего из камеры сгорания 2 рабочего тела меньше оптимального, оно беспрепятственно проходит через клапан-отсечку 4 в пневмоаккумулятор 6. При повышении давления рабочего тела сверх оптимального рабочее тело из пневмоаккумулятора 6 по каналу 16 поступает в нижнюю полость поршня клапана-отсечки 17. Под его воздействием поршень клапана-отсечки 17 и соединенный с ним запорный клапан 18 перемещаются вверх, и канал 19 перекрывается, зарядка пневмоаккумулятора 6 прекращается. Уровень зарядки пневмоаккумулятора 6 рабочим телом определяется жесткостью пружины 20. Чем больше жесткость пружины, тем до более высокого уровня заряжается пневмоаккумулятор 6.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы двигателя за счет управления рециркуляцией выхлопных газов на всех режимах работы ДВС системой гидравлического привода газораспределительного клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система гидравлического привода газораспределительного клапана в ДВС работает следующим образом.
На фигуре 2 представлена схема системы гидравлического привода газораспределительного клапана. При пуске ДВС поршень ДВС 1 на такте сжатия сжимает рабочее тело - воздух или топливную смесь - в камере сгорания ДВС 2. Сжимаемое рабочее тело давит на левую поверхность поршня привода насоса 3, в результате чего он движется вправо (по чертежу). Находящаяся в правой полости поршня насоса 4 рабочая жидкость (далее - жидкость) через обратный клапан 5 поступает в гидроаккумулятор 6. Зарядка гидроаккумулятора 6 жидкостью происходит при первом пуске ДВС за один цикл сжатия рабочего тела в камере сгорания ДВС 2. Дальнейшая подзарядка гидроаккумулятора 6 может происходить и на рабочем такте ДВС. Когда давление жидкости в гидроаккумуляторе 6 достигнет значения, обеспечивающее оптимальное функционирование привода газораспределительного клапана 7, жидкость из гидроаккумулятора 6 поступает в нижнюю полость поршня стопора 8 по трубопроводу 9. Поршень стопора 8 и соединенный с ним стопор 10 занимают верхнее положение. Стопор 10 входит в выточку поршня насоса 4 и блокирует движение поршня насоса 4, поступление жидкости в гидроаккумулятор 6 прекращается. Для открытия газораспределительного клапана 7 система управления отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и, в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник управления потоком жидкости 11 в положение, как показано на фигуре 2. Жидкость из гидроаккумулятора 6 по каналам 12 и 13 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 14, соединенного штоком 15 с газораспределительным клапаном 7. Под действием жидкости газораспределительный клапан 7, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 16 поступать в камеру сгорания 2, или, если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания 2 в атмосферу. Отработавшая жидкость из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 14 по каналам 17 и 18 поступает в компенсационный бачок 19. Для закрытия газораспределительного клапана 7 система управления в момент времени, когда требуется закрыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник управления потоком жидкости 11 в верхнее, как показано на фигуре, положение. Жидкость из гидроаккумулятора 6 по каналам 12 и 17 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 14, и газораспределительный клапан 7 закрывается. Отработавшая жидкость из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 14 по каналам 13 и 21 поступает в компенсационный бачок 19.
Компенсационный бачок 19, кроме приема жидкости при срабатывании привода газораспределительного клапана 7, выполняет функцию температурного демпфера. Как только в результате нагрева температура жидкости в гидроаккумуляторе 6 превысит оптимальное давление, открывается предохранительный клапан 20, и жидкость из гидроаккумулятора 6 стравливается в компенсационный бачок 19. При понижении давления жидкости в гидроаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей оптимальное функционирование привода газораспределительного клапана 7, пружина стопора 21 переводит поршень стопора 8 и стопор 10 в нижнее положение. На одном из последующих тактах всасывания воздуха в камеру сгорания 2 пружина 22 переводит поршень привода насоса 3 и поршень насоса 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6 положение. При этом жидкость из компенсационного бачка 19 через обратный клапан 23 подается в правую полость поршня насоса 4. Насос готов к очередному циклу подзарядки гидроаккумулятора 6. Цикл подзарядки гидроаккумулятора 6 может происходить как при такте сжатия воздуха в камере сгорания ДВС 2, так и при рабочем такте ДВС - сгорании и расширении продуктов сгорания в цилиндре ДВС.
Проблемы предотвращения выноса жидкости штоком 15, поршнем привода насоса 3 и поршнем насоса 4 могут решаться различными способами. На схеме показаны сильфоны 24 и 25, исключающие утечку жидкости из системы гидропривода.
Управление рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой гидравлического привода газораспределительного клапана на всех режимах работы ДВС осуществляется следующим образом. Система управления двигателем определяет соответствующую задаваемой текущей мощности двигателя массу топлива и массу выхлопных газов для обеспечения оптимального сгорания топлива. При движении поршня ДВС 1 из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку на такте выброса из цилиндра 2 отработавших продуктов расширения в окрестностях верхней мертвой точки система управления закрывает выпускной клапан 7. Часть выхлопных газов остается в цилиндре и на последующем цикле всасывания рабочего тела - воздуха или топливной смеси - смешивается с рабочим телом. Момент времени закрытия газораспределительного клапана 8 система управления определяет таким образом, чтобы на последующем такте всасывания воздуха в цилиндре оказалась масса выхлопных газов, обеспечивающая оптимальный процесс сгорания топлива на заданном режиме работы ДВС.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ управления рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой гидравлического привода газораспределительного клапана, включающей систему управления гидравлического привода газораспределительного клапана, золотник управления потоком жидкости, гидроаккумулятор, поршень привода газораспределительного клапана и газораспределительный клапан, отличающийся тем, что система управления гидравлического привода газораспределительного клапана определяет массу топлива, массу выхлопных газов и момент времени закрытия газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания в соответствии с задаваемой текущей мощностью двигателя внутреннего сгорания, и на такте выпуска отработавших продуктов сгорания из цилиндра двигателя внутреннего сгорания в определенный системой управления гидравлического привода газораспределительного клапана момент времени золотником управления потоком жидкости подает из гидроаккумулятора рабочую жидкость в объем под поршнем привода газораспределительного клапана, поэтому давление рабочей жидкости поршнем привода газораспределительного клапана переводит соединенный с ним газораспределительный клапан в закрытое положение, в результате чего часть выхлопных газов остается в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, и на последующем цикле всасывания воздуха или топливной смеси в цилиндр двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы смешиваются в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с всасываемым воздухом или топливной смесью.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1.
Схема пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с капаном-отсечкой.
1 - поршень двигателя внутреннего сгорания; 2 - камера сгорания; 3, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 19 - трубопроводы и каналы; 4 - клапан-отсечка; 5 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - газораспределительный клапан; 8 - золотник; 11 - поршень привода газораспределительного клапана; 17 - поршень привода клапана-отсечки; 18 - запорный клапан; 20 - пружина.
Фигура 2. Схема привода насоса зарядки гидроаккумулятора системы привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания рабочим телом из цилиндра двигателя внутреннего сгорания.
1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания; 3 - поршень привода насоса; 4, - поршень насоса; 5, 23 - обратный клапан; 6 - гидроаккумулятор; 7 - газораспределительный клапан; 8 - поршень стопора; 9, 12, 13, 16, 17, 18 - трубопроводы и каналы; 10 - стопор; 11 - золотник управления потоком жидкости; 14 - поршень привода газораспределительного клапана; 15 - шток; 19 - компенсационный бачок; 20 - предохранительный клапан; 21 - пружина стопора; 22 - пружина поршня насоса; 24, 25 - сильфон.