УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ГАЗООБМЕНА В ДВС
INTERNAL COMBUSTION DEVICE GAS EXCHANGE ACTUATOR

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания общего и специального назначения, а также в других устройствах, требующих распределения потоков жидкости или газа.
Существует газораспределительный механизм (ГРМ), представляющий собой устройство для реализации процесса газообмена в ДВС, содержащее закрывающий механизм ГРМ, состоящий из клапана, седла клапана, направляющей втулки, возвратных пружин, тарелки и сухарей, открывающий механизм, состоящий из распределительного вала, толкателя, штанги, коромысла с осью и устройством регулировки теплового зазора, и привод ГРМ - зубчатый, цепной или ременный [см. Автомобильные и тракторные двигатели (Теория, системы питания, конструкция и расчет) Под ред. И.М.Ленина. Учебник для вузов по специальности «Автомобили и тракторы». М., «Высшая школа», 1969. 656 с.].
Недостатками указанного устройства является значительные нагрузки на двигатель, обусловленные необходимостью преодоления усилия пружин закрывающего механизма, а также значительные ударные нагрузки на рабочие кромки клапана и седла при закрытии, необходимость периодического регулирования тепловых зазоров при отсутствии гидрокомпенсаторов, низкая надежность механизма, обусловленная нарушением целостности элементов запирающего устройства «седло-клапан» и значительные временные и материальные затраты при восстановлении работоспособности ГРМ.
Существует также устройство для реализации процесса газообмена в ДВС, содержащее вращаемые от коленчатого вала стаканы с окнами, устанавливаемые в центре кольцевой полости головок цилиндров, причем кольцевая полость головки цилиндров разделена перемычками на два канала, в блоке цилиндров компрессора по одному каналу происходит всасывание, а по второму каналу - нагнетание в камеру сгорания, в блоке цилиндров двигателя по одному каналу происходит подача газов после камеры сгорания, в по второму каналу - выхлоп [см. патент RU 2287712 от 20 ноября 2006 г.].
Недостатками указанного устройства является отсутствие возможности его использования в классических четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.
Кроме того, существует устройство для реализации процесса газообмена в ДВС, содержащее установленные над всасывающими и выхлопными отверстиями тороидальные камеры, внутренние полости которых двумя отверстиями соединены с полостью цилиндра, всасывающей трубой или выхлопным коллектором, а внутрь их помещены кольцевые поршни, имеющие полость для прохода газов, сидящие на общем валу и при вращении соединяющие полость цилиндра с всасывающей трубой или выхлопным коллектором через отверстия [см. патент RU 2177552 от 27 декабря 2001 г.].
Недостатками указанного устройства является сложность изготовления тороидальных камер с требуемым отклонением от формы, самих кольцевых поршней с полостями внутри, обеспечения при этом тепловых зазоров и герметичности. Кроме того, устройство, выполненное в данном варианте, не приемлемо для использования в двигателях внутреннего сгорания с дискретным изменением мощности за счет отключения части цилиндров.
Наиболее близким по технической сущности является техническое решение, представляющее собой цилиндрический вращающийся элемент, связывающий своим каналом камеру сгорания с впускным каналом, зоной расположения электродов свечи и выпускным каналом головки, который находиться в полости, выполненной в головке блока цилиндров и ограниченной металлической прокладкой с отверстием, устанавливаемой между головкой и блоком цилиндров [см. патент SU 4612886 от 23 сентября 1986 г.].
Недостатками указанного устройства является сложность его реализации ввиду большого количества деталей, а также отсутствие возможности его использования в двигателях внутреннего сгорания с дискретным изменением мощности за счет отключения части цилиндров.
Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Эта цель достигается тем, что в устройстве для реализации процесса газообмена в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), содержащем газораспределительный механизм (ГРМ) в виде цилиндрических поворотных золотников, установленных в корпусах, и привод ГРМ, на донной части цилиндрических поворотных золотников выполнен шип, который выведен в полость над головкой и связан с ведомым коническим зубчатым колесом привода, ведущее коническое колесо которого смонтировано на валу привода, при этом в стенах корпусов выполнены окна, совпадающие с впускными и выпускными каналами, выполненными в головке блока цилиндров, при этом корпуса цилиндрических поворотных золотников выполнены в виде стаканов с отверстием в донной части, смонтированных в гнездах головки блока цилиндров на выходе впускных и входе выпускных каналов, связывающих камеры сгорания с впускными и выпускными коллекторами, в цилиндрических поворотных золотниках выполнены каналы с образующими, выполненными, например, по радиусу, которыми соединяется полость камеры сгорания соответственно с впускными или выпускными каналами, при этом на краях цилиндрической образующей поворотных золотников выполнены канавки под уплотнительные элементы, представляющие собой, например, набор из нескольких разрезных стальных колец, контактирующих с внутренней цилиндрической частью корпусов, а между торцем золотника, вокруг шипа и донной частью корпуса, в кольцевых посадочных канавках установлен радиально-упорный подшипник, а с внешней стороны шипа, между приливом с выходным отверстием под шип в полости приводов и ведомым коническим зубчатым колесом установлен второй аналогичный подшипник и там же, в кольцевом углублении прилива, установлен сальник, рабочая кромка которого взаимодействует с цилиндрической образующей шипа.
При этом устройство для реализации процесса газообмена в ДВС может быть выполнено таким образом, что канал в цилиндрических поворотных золотниках при его повороте от окна, которое выполняется в корпусе устройства, совпадает с конусным каналом, который выполняется в этом же корпусе, соосно с посадочным отверстием под форсунку, которое выполняется в корпусе головки блока цилиндров и в который выводится сопловой блок форсунки.
Или устройство для реализации процесса газообмена в ДВС может быть выполнено так, что канал в цилиндрических поворотных золотниках при его повороте от окна, которое выполняется в корпусе устройства, совпадает с резьбовым отверстием, которое выполняют в этом же корпусе и в корпусе головки и в которое ввинчивают свечу.
Вместе с тем конструктивным отличием может быть то, что канал в цилиндрических поворотных золотниках выполняется в виде осевого и радиального сверлений.
Или канал в цилиндрических поворотных золотниках выполняется в виде сверлений под углом к оси и к нормали навстречу друг другу.
Как вариант устройства, для реализации процесса газообмена в ДВС используются уплотнительные элементы, выполненные не металлическими, а, например, из фторопласта.
Как вариант устройства, для реализации процесса газообмена в ДВС, когда в качестве привода используется электродвигатель.
Может быть также, что в устройстве для реализации процесса газообмена в ДВС в качестве привода используются гидроцилиндры двухстороннего действия с рычажным механизмом.
Или в устройстве для реализации процесса газообмена в ДВС в качестве привода используются электромагниты двухстороннего действия с рычажным механизмом.
На фиг.1 представлен общий вид устройства.
Основными элементами устройства является цилиндрический поворотный золотник 1, установленный с учетом теплового зазора в корпусе 2, выполненного в виде стакана с отверстием в донной части, который монтируется в специальном гнезде головки блока цилиндров 3. Данные гнезда выполняют на выходе впускных и входе выпускных каналов головки блока цилиндров 3, связывающих камеры сгорания с впускными и выпускными коллекторами. При этом в стенках корпусов 2 выполняют окна, совпадающие с впускными и выпускными каналами, выполненными в головке 3, а в цилиндрических поворотных золотниках 1, выполняются каналы с образующей, выполненной по радиусу, которыми связывают полость камеры сгорания соответственно с впускным или выпускным каналом для впускного или выпускного закрывающего механизма.
На донной части цилиндрических поворотных золотников 1 выполняется шип, например, со шлицевой частью, которая выводится в полость над головкой 3 и связывается с ведомым коническим зубчатым колесом 4 привода открывающего механизма. Ведущее коническое колесо 5 механизма смонтировано на валу 6 привода, установленного на подшипниках в полости приводов, выполненной в верхней части головки блока цилиндров 3, а на его выходном конце установлен ведомый элемент привода ГРМ (зубчатое колесо, звездочка, шкив). На краях цилиндрической образующей поворотных золотников 1 выполняются канавки под уплотнительные элементы 7, выполненные в виде набора из нескольких разрезных стальных колец, контактирующих с внутренней цилиндрической частью корпусов 2.
Между торцем золотника 1, вокруг шипа и донной частью корпуса 2, в кольцевых посадочных канавках устанавливается радиально-упорный подшипник 8. С внешней стороны шипа, между приливом с выходным отверстием под шип в полости приводов и ведомым коническим зубчатым колесом 4 устанавливается второй аналогичный подшипник 9. Там же в кольцевом углублении прилива устанавливается сальник 10, рабочая кромка которого взаимодействует с цилиндрической образующей шипа.
Сверху полость приводов закрывается крышкой 11, которая прикрепляется к плоскости полости через прокладку посредством резьбовых элементов.
Предложенное устройство для реализации процесса газообмена в ДВС работает следующим образом. При запуске двигателя крутящий момент от коленчатого вала посредством зубчатого, цепного или ременного привода передается на вал привода 6. Зубчатые конические колеса 5, находящиеся в зацеплении с ведомыми зубчатыми коническими колесами 4, приводят во вращение цилиндрические поворотные золотники 1 и каналы устройств, установленных во впускном тракте, на такте впуска совпадают с впускными окном корпуса 2, а, следовательно, через впускной канал, выполненный в головке 3 блока цилиндров, с впускным коллектором. В этом случае происходит наполнение полости цилиндра топливовоздушной смесью или воздухом. На такте сжатия при дальнейшем повороте элементов привода цилиндрический поворотный золотник 1 перекрывает впускной канал и обеспечивает надежное запирание рабочего тела в камере сгорания за счет контакта трения скольжения между цилиндрическими поверхностями поворотного золотника 1 и корпуса 2. При этом за счет контакта уплотнительных элементов 7 с внутренней поверхностью корпуса 2 исключается прорыв рабочего тела. Аналогичный эффект достигается в процессе горения рабочей смеси и такта расширения.
На такте выпуска отработавших газов происходит совмещение канала цилиндрического поворотного золотника 1 и каналы устройств, установленных в выпускном тракте, на такте выпуска совпадают с выпускными окном корпуса 2, а, следовательно, через выпускной канал, выполненный в головке 3 блока цилиндров, с выпускным коллектором. В этом случае происходит очищение полости цилиндра от отработавших газов. Далее процесс повторяется.
При использовании в качестве приводов электродвигателей, гидроцилиндров или электромагнитов (гибкие приводы) при необходимости перехода на дискретный режим отбора мощности путем поочередного отключения цилиндров поворотные золотники 1 могут находиться в другом положении при перемещении поршня отключаемого цилиндра от нижней мертвой точки к верхней. Например, соединять полость камеры сгорания с впускным или выпускным коллекторами и тем самым обеспечивать подпор давления во впускном коллекторе и увеличение начального давления впуска в активных цилиндрах или снизить концентрацию вредных веществ в выпускном коллекторе от выпуска активного цилиндра.
Эффект от использования изобретения состоит в том, что повышается эффективность двигателя за счет уменьшения нагрузки, затрачиваемой на преодоление усилия пружин закрывающего механизма, обеспечивается увеличение коэффициента наполняемости цилиндров за счет снижения величины сопротивления потоку топливовоздушной смеси или воздуха в сечении «седло - клапан», а также появляется возможность управления фазами газораспределения и величиной сечении каналов.
Надежность функционирования повышается за счет того, что изобретение обеспечивает гарантированную надежность запирания рабочего тела на тактах сжатия и расширения.
Кроме того, эффект от использования изобретения состоит в том, что оно может быть реализовано в двигателях внутреннего сгорания с дискретным изменением мощности за счет поочередного отключения части цилиндров.