БЕСКЛАПАННЫЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к отрасли машиностроения, точнее к газораспределительным механизмам для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и предназначено для тепловозов, путевых машин, автомобилей, тракторов, электростанций, а также для транспортных средств военного назначения.
Известен клапанный газораспределительный механизм ДВС с камерой сгорания различной формы, как с нижним [1], так и с верхним [2] расположением газораспределительного вала. Такой газораспределительный механизм характеризуется следующими недостатками [3, С. 24].
1. Ограниченность максимально допустимой частоты вращения коленвала из-за повышенной массы возвратно-поступательно движущихся деталей и возникновения колебаний их в системе привода.
2. Усложнение конструкции, увеличение момента инерции, высокий уровень шума, особенно после большого пробега.
Известен бесклапанный газораспределительный механизм, в котором каждый рабочий цилиндр имеет четыре дополнительных цилиндра газораспределения, каждый из которых снабжен дезаксиальными кривошипно-шатунными механизмами [4]. К недостатку известного механизма относится завышенная сложность его из-за газораспределительных цилиндров и их дезаксиальных кривошипно-шатунных устройств, что исключает его применение в ДВС для легкового транспорта.
В качестве прототипа выбирается более простой бесклапанный газораспределительный механизм четырехтактного ДВС [5]. Механизм по прототипу включает головку поршневого цилиндра с газораспределительными окнами, поршень и вращающийся в головке распредвал со срезом для каждого поршня. Размеры среза распредвал с индексом "n" прототипа приводятся в табл. 1.
В прототипе поперечная ширина Шс среза с индексом "cn" распредвала недопустимо завышена. Ширина Шcn больше даже диаметра 2r распредвала, что исключает его изготовление, так как невозможно разместить больший размер Шcn в меньшем - 2r (табл. 1, строчки 1 и 2).
В машиностроении размер ширины Ш среза вала определяется размером С хорды и вычисляется по выражению: С=Шcn=2r*Sin(α/2), так как Sin(α/2)≤1, то размер С=Шcn во всех случаях ≤2r [6. С. 24, пункт 6],
Размеры окон головки цилиндра с индексом "о" прототипа приводятся в табл. 2.
Следующим недостатком прототипа является заниженная ширина окна Шon (табл. 2 строчки 1, 2). При такой ширине возрастает объем камеры сгорания, что увеличивает объем остаточных газов. Остаточные газы снижают коэффициент наполнения цилиндра, уменьшают количество свежего заряда, что понижает эффективность и мощность транспортного двигателя.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в достижении размера ширины среза Ш распредвала и размера ширины окон Шо головки поршневого цилиндра, позволяющие изготовление распредвала без затруднений, обеспечение требуемого газораспределения транспортного двигателя и снижение объема остаточных газов.
Указанный результат достигается тем, что ширина среза Ш распредвала выполняется в зависимости от его радиуса r, а размер Шо окон выполняется равным размеру ширины Ш среза Предлагаемые размеры Ш и Шо позволяют без затруднений изготовить требуемый распредвал для транспортного ДВС, вращение которого обеспечит требуемое газораспределение и снижение объема остаточных газов.
На фиг. 1 показан продольный разрез бесклапанного газораспределительного механизма при положении деталей четырехтактного ДВС перед тактом впуска; на фиг. 2 - начальный момент впуска, где стрелками показан начальный вход газовоздушного потока в камеру сгорания; на фиг. 3 - момент впуска при максимальном открытии впускного окна; на фиг. 4 - момент окончания впуска и начало такта сжатия.
Предлагаемый бесклапанный газораспределительный механизм (фиг. 1) включает поршневой цилиндр 6 с поршнем 11, головку поршневого цилиндра 1 с газораспределительными окнами 7, 8, и 9; и вращающийся в головке 1 распредвал 3 со срезом 5 для каждого поршня.
Скорость вращения распредвала 3 в два раза < скорости вращения коленвала 4.
Окно 7 сообщается с камерой сгорания 10, окно 8 - с воздушным коллектором при выполнении такт впуск, окно 9 - с выхлопным коллектором при выполнении такта выпуска. Все окна 7, 8, 9 одинаковые, их L длина ≤ диаметра D поршня 11, а ширина окон Шо назначается равной ширине среза Ш распредвала 3 (Шо=Ш).
Между окнами 7 и 8, а также 7 и 9 возможна установка компрессионных планок 12 наподобие компрессионных колец поршня 11 поршневого цилиндра 6. В корпусе поршневого цилиндра 6 установлена свеча 13 зажигания топливовоздушной смеси.
2
2
2
На фиг. 1 видно, что ширина среза Ш распредвала являются гипотенузой равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами r. Размеры такого треугольника связываются уравнением: r+r=Ш из которого следует:
Работа газораспределительного механизма показывается на примере такта впуска (Фиг. 2, 3 и 4).
При вращении коленвала от 0° до 180° поршень 11 перемещается от в.м.т до н.м.т., при этом распредвал 3 поворачивается точно на 90°. На Фиг. 2 видно, что в начале открывается небольшая полость, соединяющая впускное окно 8 с камерой сгорания 10. При движении поршня 11 к н.м.т. полость сначала увеличивается, а затем уменьшается При достижении поршнем н.м.т. распредвал 3 разворачивается на 90°, прекращая такт впуска.
При вращении распредвала 3 от 90° до 180° выполняется такт сжатия, так как все окна остаются закрытыми. При дальнейшем вращении коленвала происходит последовательное выполнение такта рабочего хода и такта выпуска продуктов горения топлива.
В табл. 3 приводится сравнение механизма газораспределения по прототипу и предлагаемого для транспортного двигателя. Из табл. 3 видно, что отличительные признаки предлагаемого механизма газораспределения обеспечивают достижение положительного результата.