четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, распределительный вал с впускным и выпускным кулачками, подпружиненные впускной и выпускной клапаны, рычаги привода, взаимодействующие с кулачками и клапанами, воздушный канал, сообщенный с цилиндром, подпружиненный продувочный клапан со штоком, размещенный в воздушном канале, привод продувочного клапана, включающий фиксирующую пружину, источник сжатого воздуха, сообщенный трубопроводом с воздушным каналом, отличающийся тем, что привод продувочного клапана содержит опорную планку, стакан, частично охватывающий шток продувочного клапана с возможностью осевого перемещения, упор, скрепленный со штоком продувочного клапана, ограничивающий осевое перемещение стакана и образующий с последним зазор, причем планка шарнирно связана со стаканом и имеет ось качания, расположенную перпендикулярно оси продувочного клапана, на противоположные концы планки опираются рычаги привода впускных и выпускных клапанов, а фиксирующая пружина размещена между стаканом и упором.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что величина зазора между стаканом и упором равна величине перемещения стакана от воздействия одного из рычагов привода, имеющего больший ход конца, опирающегося на планку.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что включает регулировочные элементы, например винт с гайкой, установленные в местах контакта рычагов привода с опорной планкой.

4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что включает дозирующий орган, например вентиль, установленный в разрыве трубопровода между воздушным каналом и источником сжатого воздуха.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания, работающим преимущественно с повышенным противодавлением за цилиндром.

Известно устройство для осуществления способа работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (а.с. СССР N 914789 по кл. F 02B 5/20, опубл. 23.03.82, бюл. N 11), у которого привод продувочных клапанов осуществляется подпружиненным коромыслом, обеспечивающим поочередное открытие каждого продувочного клапана.

В известном устройстве не предусмотрено согласование работы продувочных клапанов с фазами процесса продувки.

Известен двигатель внутреннего сгорания (а.с. СССР N 1343059 по кл.F 02B 19/02, опубл. 7.10.87, бюл. N 37), у которого дозирование подаваемого в цилиндр сжатого воздуха осуществляется перепускным клапаном, имеющим привод от кулачка распределительного вала с гидравлическим устройством, причем шток перепускного клапана размещен в штоке впускного.

В известном двигателе не предусмотрена синхронизация периода подачи сжатого воздуха в цилиндре двигателе с фазами процесса продувки.

Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (а.с. СССР N 987135 по кл. F 02B 25/20, опубл. 7.01.83, бюл. N 1), выбранный в качестве прототипа, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров, канал перепуска сжатого воздуха между цилиндрами, продувочные клапаны, размещенные в воздушном канале у каждого цилиндра, и привод клапанов, состоящий из коромысла, пружины для фиксации положения привода, гидроцилиндра с поршнями, упоров для ограничения хода поршней и гидронасоса. Устройство обеспечивает взаимную продувку спаренных цилиндров сжатым воздухом, отбираемым из этих же цилиндров. Источником сжатого воздуха в данном случае является один из спаренных цилиндров, сообщенных с воздушным (продувочным) клапаном.

Известный двигатель не обеспечивает четкого согласования (синхронизации) периода подачи дополнительного сжатого воздуха в цилиндр двигателя с фазами процесса продувки, что снижает качество продувки надпоршневого объема цилиндра, приводит к перерасходу сжатого воздуха и к ухудшению экономичности двигателя.

Как известно, при работе двигателя внутреннего сгорания с повышенным противодавлением за цилиндром из-за отсутствия (или плохого качества) продувки ухудшается протекание рабочего процесса, снижается КПД двигателя и его экономичность. Для организации качественной продувки надпоршневого объема цилиндра от отработавших газов используют подачу в цилиндр дополнительного сжатого воздуха от постороннего источника в период продувки, т.е.в период перекрытия впускных и выпускных газораспределительных клапанов (см. например, а.с. СССР N 964206 по кл. F 02B 29/00 от 4.03.81, а.с.СССР N 979669 по кл.F 02B 21/00 от 4.03.81 и др.).

Целью предлагаемого изобретения является согласование периода подачи дополнительного сжатого воздуха в цилиндр двигателя с фазами процесса продувки надпоршневого объема цилиндра для повышения качества продувки и КПД двигателя.

Для достижения поставленной цели четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, распределительный вал с впускным и выпускным кулачками, подпружиненные впускной и выпускной клапаны, рычаги привода, взаимодействующие с кулачками и клапанами, воздушный канал, сообщенный с цилиндром, подпружиненный продувочный клапан со штоком, размещенный в воздушном канале, привод продувочного клапана, включающий фиксирующую пружину, источник сжатого воздуха, сообщенный трубопроводом с воздушным каналом, дополнительно содержит опорную планку, стакан, частично охватывающий шток продувочного клапана с возможностью осевого перемещения, упор, скрепленный со штоком продувочного клапана, ограничивающий осевое перемещение стакана и образующий с последним зазор, причем планка шарнирно связана со стаканом и имеет ось качания, расположенную перпендикулярно оси продувочного клапана, на противоположные концы планки опираются рычаги привода впускных и выпускных клапанов, а фиксирующая пружина размещена между стаканом и упором.

Кроме того, величина зазора между стаканом и упором равна величине перемещения стакана от воздействия одного из рычагов привода, имеющего больший ход конца, опирающегося на планку, а также устройство включает регулировочные элементы, например винт с гайкой, установленные в местах контакта рычагов привода с опорной планкой, и дозирующий орган, например вентиль, установленный в разрыве трубопровода между воздушным каналом и источником сжатого воздуха.

На чертеже изображен поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания с приводом клапанов.

В крышке 1 цилиндра 2 двигателя размещены клапаны: впускной 3, выпускной 4 и продувочный 5 с пружиной 6 и воздушные каналы 7 и 8. Привод клапанов содержит впускные и выпускные соответственно кулачки 9 и 10 и рычаги 11 и 12, последние через регулировочные элементы 13 и 14 опираются на опорную планку 15 с осью качания 16, планка шарнирно связана со стаканом 17, частично охватывающим шток 18 продувочного клапана 5, на штоке закреплен упор 19, между упором и стаканом размещена фиксирующая пружина 20, с воздушным каналом 8 трубопроводом 21 сообщен через дозирующий орган 22 источник сжатого воздуха 23, между стаканом 17 и упором 19 образован зазор "а".

В исходном состоянии рычаги 11 и 12 опираются одними концами на кулачки 9 и 10, а другими на торцы впускного 3 и выпускного 4 клапанов и одновременно на противоположные концы опорной планки 15. При этом под действием фиксирующей пружины 20 стакан 17 находится в верхнем положении, а продувочный клапан 5 под действием пружины 6 в закрытом состоянии. Между стаканом 17 и упором 19 конфигурацией и взаимным расположением деталей образован зазор "а".

В воздушный канал 8 по трубопроводу 21, минуя дозирующий орган 22, подведен сжатый воздух от постороннего источника 23, но выходу воздуха в цилиндр 2 препятствует закрытый продувочный клапан 5.

Регулирующие элементы 13 и 14, например винт с гайкой, установленные в местах контакта рычагов привода 11 и 12 с опорной планкой 15, служат для обеспечения безударной работы механизма и удобства обслуживания. В качестве регулирующих элементов могут быть использованы гидротолкатели.

Дозирующий орган 22, например вентиль, установленный в разрыв трубопровода 21 между воздушным каналом 28 и источником сжатого воздуха 23, служит для управления качеством продувки и согласования количества продувочного воздуха с величиной противодавления за цилиндром. Дозирующий орган может управляться вручную либо иметь автоматический привод.

В качестве источника сжатого воздуха может быть использован баллон 23, компрессор, один или несколько цилиндров двигателя, работающие в режиме компрессора, и т.п.

При работе двигателя вращение выпускного кулачка 10 вызывает перемещение рычага 12, который воздействует на выпускной клапан 4, пересиливая его пружину, и одновременно рычаг 12 воздействуют на опорную планку 15 и через нее на стакан 17, пересиливая пружину 20 и перемещая стакан 17 вниз. При этом выпускной клапан 4 открывается, планка 15 поворачивается вокруг своей оси 16 против часовой стрелки на некоторый угол (второй ее конец упирается в неподвижный рычаг 11), а стакан 17 доходит до упора 19. Усилие пружины 6 продувочного клапана 5 больше усилия фиксирующей пружины 20, поэтому продувочный клапан 5 остается в закрытом положении.

В двигателе совершается такт выпуска отработавших газов из цилиндра. В конце такта выпуска впускной кулачок 9 своим профилем воздействует на рычаг 11, который открывает впускной клапан 3, пересиливая его пружину, и одновременно рычаг 11 воздействует на опорную планку 15, которая через стакан 17, находящийся на упоре 19, открывает продувочный клапан 5, пересиливая его пружину 6. Сжатый воздух по каналам 8 и 7 поступает в цилиндр 2, где очищает надпоршневый объем от отработавших газов при открытых впускных 3 и выпускных 4 газорасределительных клапанах. В цилиндре двигателя происходит процесс продувки.

В начале такта впуска профиль выпускного кулачка 10 отходит от рычага 12, что сопровождается закрытием под действием пружины выпуского клапана 4 и освобождением опорной планки 15, которая, поворачиваясь вокруг своей оси 16 по часовой стрелке, дает возможность закрыться продувочному клапану 5 под действием пружины 6. При этом стакан 17 остается на упоре 19, фиксирующая пружина 20 в сжатом состоянии, а впускной клапан 3 в открытом положении.

В цилиндре двигателя закончился процесс продувки и происходит заполнение цилиндра свежим зарядом.

В конце процесса впуска профиль кулачка 9 отходит от рычага 11, что сопровождается закрытием впускного клапана 3, поворотом опорной планки 15 в горизонтальное положение и поднятием стакана 17 в верхнее положение. Привод газораспределения вернулся в исходное состояние.

В цилиндре двигателя продолжается рабочий процесс. Величина зазора "а" между стаканом 17 и упором 19 выбирается из условия обеспечения закрытого положения продувочного клапана 5 при открытом положении одного из газораспределительных клапаном 3 или 4, на которые воздействуют рычаги 11 и 12, а при разной величине перемещения рычагов (разный ход клапанов или различная длина плеч рычагов) зазор "а" выбирается по величине перемещения стакана 17 от воздействия рычага, имеющего больший ход конца, опирающегося на планку.

Для исключения открытия продувочного клапана 5 при воздействии лишь одного из рычагов 11 или 12 его пружина 6 по жесткости выбирается такой, чтобы ее усилие было больше, чем совместное действие фиксирующей пружины 20 (в сжатом состоянии) и усилия от давления сжатого воздуха на тарелку продувочного клапана 5 со стороны воздушного канала 7.

Таким образом, предлагаемая конструкция четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в частности привода его газораспределительных клапанов, обеспечивает согласование периода подачи дополнительного сжатого воздуха в цилиндр с фазами процесса продувки, что улучшает качество очистки надпоршневого объема цилиндра от отработавших газов и повышает КПД двигателя.

Устройство разрабатывается применительно к двигателям типа ЧН21/21 и ЧН26/26.