УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗООБМЕНА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области транспортного двигателестроения, а именно к устройствам для регулирования газообмена в отключаемых цилиндрах поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Известны конструкции поршневых двигателей с возможностью регулирования мощности за счет отключения одного или нескольких цилиндров (Регулирование транспортных двигателей отключением части цилиндров: Монография - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 143 с). Данные конструкции позволяют обеспечить значительное улучшение топливной экономичности двигателей.
Общий недостаток известных конструкций заключается в отсутствии возможности исключения газообмена в отключаемых цилиндрах. Теоретически и экспериментально многими исследователями доказано, что отключение части цилиндров двигателя только по топливоподаче уменьшает часовой расход топлива на 2-5%, а отключение одновременно по топливоподаче и газообмену снижает часовой расход топлива на 25-30%.
Известны различные способы остановки клапанов для исключения газообмена в отключаемых цилиндрах, например, устройство для отключения и регулирования газообмена в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания (Патент на изобретение РФ №2116482 / Э.А. Швец, С.Ю. Новосадов, М.В. Ужов. Опубл. 27.07.1998), содержащее масляный насос, датчик числа оборотов коленчатого вала, датчик нагрузки, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик состава горючей смеси, маслоподводящее отверстие, сообщающееся с напорной масляной магистралью, золотник, корпус толкателя с маслоподводящей кольцевой проточкой, маслоподводящие и маслоотводящие каналы, поршень упор штанги толкателя.
Вместе с тем наиболее просто реализуемым является способ, заключающийся в применении телескопической штанги регулируемой длинны. К примеру из уровня техники известна телескопическая штанга, у которой регулировка длинны, производится сервомотором (авторское свидетельство СССР №1343065).
Известна телескопическая гидроштанга (авт. св. СССР №1493801, длина которой регулируется за счет наполнения маслом масляных полостей, выполненных в ее корпусе.
Общий недостаток известных устройств заключается в сложности их конструкции и низкой надежности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному является механизм регулирования газообмена поршневого двигателя (патент на полезную модель №194671 / Д.В. Шабалин, А.Ю. Сергеев, Д.Ю. Орлов и др. опубл. 18.12.2019), содержащий корпус и штангу толкателя, электронный блок управления, формирующий управляющий сигнал на электромагнитную катушку, расположенную в поршне, в котором выполнены каналы, сообщающие подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные магнитореологической жидкостью.
Недостатком прототипа является его низкая эффективность, обусловленная значительными затратами электрической энергии при создании магнитного поля для работы в режиме передачи усилия от кулачка к штанге толкателя, т.е. в случае штатной работы двигателя без прекращения газообмена.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение его эффективности, обусловленное уменьшением эксплуатационных затрат.
Технический результат достигается тем, что в поршне устанавливают плунжеры, движение которых обеспечивается перемещением зубчатых реек при вращении шестерни, жестко закрепленной на валу шагового электродвигателя, выполненного с возможностью управления электронным блоком управления.
Предложение поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображена схема устройства регулирования газообмена поршневого двигателя, состоящего из кулачка 1, профиль которого контактирует с поверхностью корпуса 2, в герметичной полости которого размещен поршень 3 со сквозными каналами 4, сообщающие подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные гидравлическим маслом, при этом между корпусом 2 и поршнем 3 установлена пружина 5. Поршень 3 жестко, резьбой, соединен со штангой толкателя 6. Внутри поршня 3 выполняют глухое отверстие, в котором размещают миниатюрный шаговый электродвигатель 7, управление которым возможно электронным блоком управления 8. На валу шагового электродвигателя 7, шпоночным соединением, фиксируют шестерню 9, обеспечивающую возвратно-поступательное движение четырех зубчатых реек 10, на концах которых резьбовым соединением прикреплены плунжеры 11.
На фиг. 2 представлен поршень 3 (вид сверху), где 4 - канал, 9 - шестерня, 10 - зубчатая рейка, 11 - плунжер.
Работа устройства регулирования газообмена поршневого двигателя подразумевает два режима.
При работе на первом режиме обеспечивается передача усилия от кулачка 1 через поршень 3 к штанге толкателя 6 и далее через коромысло к клапану (на фиг. 1 позиции клапана и коромысла не обозначены). Таким образом обеспечивается штатная работа клапанов цилиндра двигателя. Цилиндр не выключается из работы.
Работа на втором режиме позволяет разомкнуть механическую связь и прекратить передачу усилия от кулачка 1 к штанге толкателя 6, следовательно, обеспечивается выключение газообмена в цилиндре двигателя.
Выключение и включение газообмена в цилиндрах двигателя (регулирование передачи усилия от кулачка 1 к штанге толкателя 6) обеспечивается следующим образом. Корпус 2 выполнен герметичным и заполнен гидравлическим маслом. Внутри корпуса 2 располагается поршень 3, жестко закрепленный на конце толкателя 6 и разделяющий его внутреннюю полость на подпоршневую и надпоршневую. Перпендикулярно каналам 4 в поршне 3, сообщающим подпоршневую и надпоршневую полости, выполнены отверстия (фиг. 2 пунктирные линии), в которых располагаются плунжеры 11. Плунжеры 11 жестко, резьбовым соединением, крепятся на концах зубчатых реек 10. Возвратно-поступательное движение плунжеров 11 обеспечивается перемещением зубчатых реек 10 при вращении шестерни 9, жестко закрепленной на валу шагового электродвигателя 7, расположенного в поршне 3.
При необходимости включения газообмена плунжеры 11 герметично перекрывают сквозные каналы 8 и препятствуют свободному перетеканию гидравлического масла из подпоршневой полости в надпоршневую. При набегании кулачка 1 на нижнюю поверхность корпуса толкателя 2 в подпоршневой полости создается избыточное давление находящегося в нем гидравлического масла. Вследствие того, что коэффициент сжатия гидравлического масла весьма незначителен, перемещение поршня 3 относительно корпуса 2 не происходит. Усилие от вращения кулачка 1 полностью передается через сжатое масло, и поршень 3 на штангу толкателя 6, и далее через коромысло к клапану.
Таким образом, за счет использования данного технического решения имеется принципиальная возможность уменьшить затраты электрической энергии на создание магнитного поля и его поддержание в ходе работы двигателя в режиме передачи усилия от кулачка к штанге толкателя, т.е. в случае штатной работы двигателя без прекращения газообмена.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство регулирования газообмена поршневого двигателя позволяет повысить эффективность его работы за счет уменьшения затрат электрической энергии.