УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ СЖАТОГО ВОЗДУХА К ПНЕВМОУСТРОЙСТВАМ В АВТОМОБИЛЯХ
DEVICE FOR SUPPLY OF COMPRESSED AIR TO PNEUMATIC DEVICES IN CARS

Изобретение относится к устройству для подачи сжатого воздуха к пневмоустройствам в автомобилях, в частности тормозным устройствам в автомобилях коммерческого назначения, в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы. Кроме того, изобретение относится к автомобилю по п. 16 и к способу по п. 17.
Возможность питания сжатым воздухом, например, тормозной системы автомобилей коммерческого назначения состоит в том, чтобы двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в определенных рабочих состояниях и при определенных рабочих циклах, в которых в камере сгорания, по меньшей мере, одного цилиндра господствует избыточное давление, использовать непосредственно или дополнительно в качестве компрессора. Однако проблемой при этом является то, что если отбор должен осуществляться непосредственно из камеры сгорания, то нельзя нарушать газообмен как таковой или должна соблюдаться нужная концепция выполнения камеры сгорания.
Задачей изобретения является создание устройства родового вида, которое, несмотря на непосредственный отбор воздуха из камеры сгорания, по меньшей мере, одного цилиндра ДВС не нарушало бы его конструктивно или газодинамически и которое можно было бы конструктивно просто реализовать.
Эта задача решается посредством признаков п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты его осуществления приведены в зависимых пунктах.
Согласно изобретению, предложено, что вне камеры сгорания расположен отводящий сжатый воздух клапан, который присоединен к камере сгорания, в частности, через заканчивающийся в ней соединительный канал. Это предложение обеспечивает конструктивно и технологически оптимальное расположение клапана, причем к тому же оформление камеры сгорания, по меньшей мере, одного цилиндра можно сохранить почти без изменений. Устье соединительного канала может быть выполнено относительно произвольным и располагаться на поверхности камеры сгорания.
В частности, клапан может располагаться в головке цилиндра ДВС со смещением назад от поверхности камеры сгорания со стороны головки цилиндра и/или благоприятным в аэродинамическом отношении образом соединен с камерой сгорания через соединительный канал. При этом последний может быть выполнен предпочтительно в виде расточки.
Кроме того, клапан может быть ориентирован, в основном, параллельно газообменным клапанам ДВС, в частности, если они и клапан расположены параллельно средней оси, по меньшей мере, одного цилиндра ДВС. Из этого следуют, в том числе, конструктивные и технологические преимущества при изготовлении, например, литой головки цилиндра и ее обработке резанием.
Предпочтительно клапан связан с отводящим каналом, в который в соответствии с данным положением клапана подается сжатый воздух, т.е. образуется управляемый клапаном отводящий канал.
Для достижения конструктивно оптимального и простого отвода сжатого воздуха из камеры сгорания управляемый клапаном отводящий канал предпочтительно может (например, с изгибом примерно на 90°) заканчиваться в боковой поверхности головки цилиндра и присоединен там к напорной магистрали с обратным клапаном.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения клапан может быть выполнен с возможностью управления исполнительным устройством механически и/или электрически и/или гидравлически и/или пневматически. При этом управление может осуществляться в зависимости от необходимости и/или от определенных или заданных рабочих состояний ДВС (в частности, в случае свободного от отработавших газов избыточного давления в камере сгорания) и/или в режиме принудительного холостого хода или в режиме торможения двигателем.
В случае механического управления клапан может быть временно открыт приводимым ДВС распределительным валом и исполнительным элементом. С исполнительным элементом может тогда взаимодействовать предпочтительно удерживающий клапан постоянно открытым элемент управления с электро-, гидро- и/или пневмоуправлением.
При этом исполнительным элементом может быть предпочтительно приводимое распределительным валом двуплечее коромысло, к чьим взаимодействующим с клапаном и кулачком распределительного вала плечам через исполнительные элементы, например цилиндропоршневые блоки в качестве элементов управления, попеременно подается рабочая среда. Такие цилиндропоршневые блоки могут приводиться в действие, например, гидравлически и/или пневматически.
В качестве альтернативы исполнительным устройством для клапана может быть цилиндропоршневой блок, по меньшей мере, с одним поршнем, который нагружает напряженный в закрытое положение пружиной клапан в направлении открывания и/или закрывания, например гидравлически или пневматически. По меньшей мере, один поршень может быть попеременно в зависимости от различных рабочих состояний ДВС присоединен к соответствующим источникам рабочей среды и/или к управляющим клапанам.
Согласно особенно предпочтительному первому варианту, поршень цилиндропоршневого блока установлен с возможностью перемещения в гильзе цилиндра, причем с обеих сторон поршня выполнено по одной напорной камере. На обращенной к клапану стороне поршня в распорной втулке расположено пружинное устройство, преимущественно пружина сжатия, предпочтительно винтовая пружина сжатия, которая опирается косвенно или непосредственно на гильзу цилиндра, а другим концом воздействует на клапан. Усилие напряжения этого пружинного устройства рассчитано так, что оно выше, чем усилие пружины клапана, напрягающее его в закрытое положение. Кроме того, усилие напряжения этого пружинного устройства рассчитано так, что оно на такте сжатия по времени перед воспламенением топлива выводится из взаимодействия, начиная с определенного давления в камере сгорания, в частности сжимается, и, тем самым, клапан может быть закрыт своей пружиной. Такая конструкция может быть изготовлена простым образом и выгодна, прежде всего, благодаря очень высокой функциональной надежности.
Согласно особенно предпочтительному варианту, может быть также предусмотрено, что пружинное устройство воздействует на клапан через колпачок холостого хода или через колпачок холостого хода вместе с приданной ему опорной чашкой со стороны клапана. Колпачок холостого хода установлен с возможностью перемещения предпочтительно на соединенном с поршнем регулировочном штоке с возможностью соединения с ним, а именно таким образом, что при подаче давления в нижнюю по отношению к стороне клапана поршневую камеру и вызванном этим перемещении поршня от клапана колпачок холостого хода смещается от клапана, а пружинное устройство выводится за счет этого из взаимодействия, в результате чего клапан может быть закрыт усилием своей пружины. При подаче давления в верхнюю по отношению к стороне клапана поршневую камеру или при отсутствии давления в верхней и нижней поршневых камерах колпачок холостого хода перемещается посредством пружинного устройства относительно регулировочного штока, в результате чего пружинное устройство может напрягать колпачок холостого хода в направлении клапана и, тем самым, воздействовать на него, так что он открывается против усилия своей пружины. При подаче давления в верхнюю поршневую камеру клапан в течение продолжительности подачи давления открывается на продолжительное время. При отсутствии давления в верхней и нижней поршневых камерах, напротив, клапан открыт лишь до тех пор, пока на такте сжатия ДВС по времени перед воспламенением топлива не будет господствовать определенное высокое давление в камере сгорания, которое закрывает клапан против усилия пружинного устройства.
В другом конкретном варианте исполнительного устройства цилиндропоршневой блок может содержать два нагружаемых во встречном направлении поршня. Тогда, например, в определенных рабочих состояниях ДВС, в частности в режиме принудительного холостого хода и/или в режиме торможения автомобиля двигателем один поршень при соответствующем нагружении может удерживать клапан постоянно открытым, а другой поршень в зависимости от определенных или определенным образом заданных рабочих циклов ДВС может периодически открывать клапан.
Согласно особенно предпочтительному конкретному варианту, напорная камера может быть расположена и выполнена между обоими поршнями так, что при подаче давления в напорную камеру нижний поршень перемещается в направлении клапана, пока не будет прилегать к определенному упору. На обращенную к клапану сторону нижнего поршня опирается пружинное устройство, предпочтительно пружина сжатия, особенно предпочтительно винтовая пружина сжатия, воздействующая на клапан, причем усилие напряжения пружинного устройства выше усилия напряжения пружины клапана, напрягающей его в положение закрывания. Кроме того, усилие напряжения пружинного устройства рассчитано так, что оно на такте сжатия по времени перед воспламенением топлива выводится из взаимодействия, начиная с определенного давления в камере сгорания, в частности сжимается, и, тем самым, клапан может быть закрыт своей пружиной. Также благодаря такой конструкции можно получить альтернативное исполнительное устройство с более высокой функциональной надежностью. При этом конкретно оба поршня могут быть размещены в цилиндропоршневом блоке так, что пружинное устройство в состоянии без давления не действует, а клапан закрыт усилием напряжения своей пружины.
Возникающие в сочетании с автомобилем и способом преимущества подробно описаны выше в сочетании с подробным описанием предложенного устройства, так что в этом отношении следует сослаться на приведенные выше рассуждения.
Несколько примеров осуществления изобретения более подробно поясняются с помощью прилагаемых схематичных чертежей, на которых изображают:
фиг. 1: продольный разрез цилиндра ДВС с заканчивающимся в его камере сгорания соединительным каналом, посредством которого через управляемый клапан, находящийся под избыточным давлением, воздух подается к пневмоустройству, например, в автомобиле коммерческого назначения;
фиг. 2 - воздействующее на клапан механогидравлическое исполнительное устройство с распределительным валом, коромыслом и двумя цилиндропоршневыми блоками, интегрированными в коромысло;
фиг. 3 - пневмоуправляемое исполнительное устройство для клапана с цилиндропоршневым блоком с поршнем, нагружаемым с обеих сторон в зависимости от рабочих состояний ДВС;
фиг. 4 - альтернативное фиг. 3 гидроуправляемое исполнительное устройство с двумя воздействующими на клапан поршнями.
На фиг. 1 в грубо схематичном виде изображено частичное сечение ДВС 1, выполненного, например, в виде 4-тактного поршневого ДВС, например для транспортного средства коммерческого назначения в качестве автомобиля, содержащего корпус 2 цилиндра, выполненную в нем расточку 3 цилиндра, в которой перемещается поршень 4, сочлененный с направленным вниз шатуном 5, и герметично надетую на корпус 2 головку 6 цилиндра. ДВС 1 может быть, в частности, дизельным двигателем с соответственно высоким сжатием.
Корпус 2, поршень 4 и головка 6 образуют камеру сгорания 7, которая посредством газообменных клапанов 8 (впускные и выпускные клапаны) и соответствующих каналов 9 в головке 6 снабжаются воздухом для горения и присоединены к выпускным магистралям.
В камере сгорания 7 заканчивается расположенный рядом с газообменными клапанами 8 соединительный канал 10 с проходным сечением, которым управляет клапан 11 с тарелкой 11а и стержнем 11b и который в открытом состоянии клапана 11 соединяет соединительный канал 10 с отводящим каналом 12, здесь лишь в качестве примере с изогнутым примерно на 90° и заканчивающимся в боковой поверхности 6а головки 6 отводящим каналом 12.
К отводящему каналу 12 присоединена напорная магистраль (не показана) с обратным клапаном, которая присоединена, например, к ресиверу пневматического рабочего тормоза автомобиля.
В примере на фиг. 1 газообменные клапаны 8 и аксиально перемещающийся в головке 6 клапан 11 расположены лишь в качестве примера параллельно средней оси цилиндра и друг другу. Клапан 11 может быть также смещен наискось или под углом до 90° к средней оси газообменных клапанов 8 или может быть расположен в головке 6 наклонно.
Посредством клапана 11 в случае избыточного давления в камере сгорания 7 воздух может отводиться и по отводящему каналу 12 и снабженной обратным клапаном напорной магистрали подаваться, например, в ресивер рабочего тормоза и/или к другим пневмоустройствам.
Избыточное давление в камере сгорания 7 используется, например, в режиме принудительного холостого хода ДВС или в режиме торможения двигателем, например при закрытой заслонке отработавших газов в системе их выпуска, или на определенных рабочих циклах ДВС (на такте сжатия по времени перед воспламенением топлива).
Управление клапаном 11, напряженным, например, своей пружиной 13 в закрытое состояние (фиг. 2), происходит, например, посредством исполнительного устройства 14, например с механогидравлическим управлением.
В примере на фиг. 2 исполнительное устройство 14 содержит установленное в головке 6 с возможностью качания на оси 15 двуплечее коромысло 16, плечо 16а которого приводится кулачком 17 распределительного вала (не показан), а противоположное плечо 16b воздействует на стержень 11b клапана 11. Следует заметить, что для функционирования клапана 11 может быть достаточным его относительно небольшой ход, например 1-4 мм, предпочтительно 3 мм.
В плечо 16а коромысла 16 интегрирован цилиндропоршневой блок 18, поршень 18а которого через роликовый толкатель 19 взаимодействует с кулачком 17, как это описано ниже. В головке 6 расположен другой цилиндропоршневой блок 20, поршень 20а которого через сферический нажимной элемент 21 воздействует на противоположное плечо 16b коромысла 16.
Напорная камера цилиндропоршневого блока 18 присоединена к обозначенному лишь стрелкой 22 питающему гидропроводу с управляющим клапаном (не показан) таким образом, что при приложении давления коромысло 16 начинает действовать, причем клапан 11 периодически открывается кулачком 17 на определенных рабочих циклах ДВС. В состоянии без давления коромысло 16 не действует, и клапан 11 остается закрытым; отбора сжатого воздуха не происходит.
С помощью цилиндропоршневого блока 20, присоединенного к обозначенному стрелкой 23 питающему гидропроводу, клапан 11 может удерживаться постоянно открытым, в частности в режиме принудительного холостого хода или в режиме торможения двигателем с закрытой заслонкой ОГ, за счет подачи давления в цилиндропоршневой блок. В этом рабочем состоянии сжигания топливно-воздушной смеси в ДВС не происходит, и он действует для цилиндра 3 или в случае нескольких цилиндров в качестве компрессора с соответствующей, при необходимости, подачей сжатого воздуха.
На фиг. 3 изображено альтернативное фиг. 2 пневмоуправляемое исполнительное устройство 24, образованное цилиндропоршневым блоком и содержащее расположенную на головке 6 гильзу 24а цилиндра, в которой перемещается поршень 24b, причем над и под ним образовано по одной напорной камере 24с, 24d.
Под гильзой 24а цилиндра расположена образованная отдельной деталью или выполненная за одно целое и/или из одного материала с ней распорная втулка 25, в которой расположена винтовая пружина сжатия 26, опирающаяся одним концом на гильзу 24а, а другим воздействующая через колпачок 27 холостого хода и опорную чашку 28 на стержень 11b клапана 11. Усилие напряжения винтовой пружины сжатия 26 выше усилия напряжения пружины 13 клапана 11, так что в состоянии без давления последний определенным образом открыт. При этом опорная чашка 28 прилегает к упору со стороны распорной втулки, который образован здесь упорной втулкой 32 (разумеется, возможно также выполнение в виде увеличенного диаметра или упорного кольца). Винтовая пружина сжатия 26 рассчитана так, что на такте сжатия по времени перед воспламенения топлива клапан 11 закрыт возрастающим давлением в камере сгорания.
Поршень 24b цилиндропоршневого блока 24 посредством выступающего из гильзы 24а цилиндра регулировочного штока 29 с головкой 29а сочленен с колпачком 27 холостого хода таким образом, что, исходя из показанного открытого положения клапана 11, при пневматически управляемом приложении давления (стрелка 30) к поршню 24b через нижнюю напорную камеру 24d колпачок 27 вместе с винтовой пружиной сжатия 26 движется вверх, в результате чего клапан 11 закрывается действующей тогда пружиной 13.
В режиме принудительного холостого хода или в режиме торможения двигателем в находящуюся над поршнем 24b напорную камеру 24с, как обозначено стрелкой 31, например пневматически, через управляющий клапан (не показан) подается давление, в результате чего поршень 24b движется вниз и через регулировочный шток 29 с головкой 29а и опорную чашку 28 удерживает клапан 11 постоянно открытым.
Исполнительное устройство или цилиндропоршневой блок 24 функционирует, в основном, как описано выше, т.е. в состоянии без давления клапан 11 открыт, будучи подпружинен (винтовая пружина сжатия 26), а за счет давления в камере сгорания может быть закрыт или за счет приложения давления к поршню 24b через напорную камеру 24с клапан 11 постоянно открыт. Пневмоисточник и необходимые управляющие клапаны не показаны.
На фиг. 4 изображено альтернативное исполнительное устройство или цилиндропоршневой блок 33, которое описано лишь потому, что существенно отличается от исполнительного устройства 24 на фиг. 3. Функционально одинаковые части обозначены теми же ссылочными позициями.
Цилиндропоршневой блок 33 выполнен с возможностью, например, гидроуправления и содержит два перемещающихся в гильзе 33а цилиндра поршня 33b, 33с. Обращенный к клапану 11 нижний поршень 33с выполнен в виде кольцевого поршня, через который проходит регулировочный шток 29 верхнего поршня 33b.
В показанном на фиг. 4 исходном положении (состояние без давления) клапан 11 закрыт за счет напряжения своей пружины 13, поскольку оба поршня 33b, 33с расположены и/или рассчитаны так, что винтовая пружина сжатия 26 не проявляет своего действия и, тем самым, пружина 13 действует более или менее самостоятельно.
При управляемой, например, гидравлически подаче давления в нижнюю напорную камеру 33d между обоими поршнями 33b, 33с (стрелка 34) поршень 33с перемещается вниз до тех пор, пока не будет прилегать к упору 25а со стороны гильзы цилиндра, который обозначен здесь в качестве примера уступом, а верхний поршень 33b прилегает к кольцеобразному упору 33е. При этом клапан 11 открывается винтовой пружиной сжатия 26, имеющей большее усилие напряжения, чем пружина 13. Для обеспечения определенного хода клапана опорная чашка 28 прилегает к упору 32а. Сжатый воздух может отбираться из камеры сгорания до тех пор, пока возрастающее на такте сжатия давление в ней не закроет клапан против усилия винтовой пружины сжатия 26.
Постоянное открывание клапана 11 достигается тогда, когда в верхнюю напорную камеру 33f подается давление (стрелка 35), причем тогда через смещенный вниз поршень 33b и его регулировочный шток 29 или его головку 29а опорная чашка 28 нагружена усилием, и, тем самым, клапан 11 постоянно открыт (предпочтительно в режиме принудительного холостого хода или в режиме торможения двигателем). При этом опорная чашка 28 может опираться на упор 32а. Здесь колпачок 27 холостого хода служит иначе, чем в варианте на фиг. 3, главным образом, направляя винтовую пружину сжатия 26, и может быть прочно соединен с опорной чашкой 28 или быть ее составной частью.
Описанное в качестве примера гидроуправление давлением может функционально осуществляться посредством управляющих клапанов и соответствующих источников рабочей среды.
Изобретение не ограничено изображенными примерами его осуществления. Помимо известных специалисту модификаций клапан 11 частично или полностью может приводиться в действие или открываться и закрываться электрически.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 Двигатель внутреннего сгорания
2 Корпус цилиндра
3 Цилиндр
4 Поршень
5 Шатун
6 Головка цилиндра
6а Боковая поверхность
7 Камера сгорания
8 Газообменные клапаны
9 Впускной и выпускной канал
10 Соединительный канал
11 Клапан
11а Тарелка клапана
11b Стержень клапана
12 Отводящий канал
13 Пружина клапана
14 Исполнительное устройство
15 Ось
16 Коромысло
16а Плечо
16b Плечо
17 Кулачок
18 Цилиндропоршневой блок
18а Поршень
19 Роликовый толкатель
20 Цилиндропоршневой блок
20а Поршень
21 Нажимной элемент
22, 23 Средство обеспечения давлением
24 Исполнительное устройство
24а Гильза цилиндра
24b Поршень
24с Напорная камера
24d Напорная камера
25 Распорная втулка
25а Упор
26 Винтовая пружина сжатия
27 Колпачок холостого хода
28 Опорная чашка
29 Регулировочный шток
29а Головка
30, 31 Средство обеспечения давлением
32 Упорная втулка
32a Упор
33 Исполнительное устройство
33а Гильза цилиндра
33b Поршень
33c Поршень
33d Напорная камера
33e Упор
33f Напорная камера
34, 35 Средство обеспечения давлением