Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с цилиндрическими золотниками

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ЗОЛОТНИКАМИ В изобретении для газораспределения в двигателе внутреннего сгорания предлагается использовать принцип цилиндрического золотника, выполненного в виде общего вала, вращающегося в цилиндрической полости и имеющего отдельные каналы для каждого цилиндра. Ось вращения вала параллельна оси вращения коленчатого вала, а сам распределительный вал имеет для каждого цилиндра выемку в форме сегмента, либо сектора, либо другой формы. Общий вид механизма для одного цилиндра в упрощенном виде изображен на фиг. 1. Угловая скорость вращения распределительного вала вдвое меньше скорости вращения коленчатого вала. Во время работы ДВС в нужный момент выемка клапана соединяет отверстие, имеющееся в цилиндре, с отверстием впускного либо выхлопного коллектора,обеспечивая всасывание воздуха и выхлоп отработанных газов. Для уменьшения трения распределительного вала о поверхность полости предусматривается установка подшипников скольжения. Для предотвращения разгерметизации цилиндров предусматривается установка уплотнительных колец и подпружиненных уплотнительных пластин 9. Охлаждение золотникового вала предусматривается посредством протекания охлаждающей жидкости внутри вала. 015494 Газораспределительный механизм является неотъемлемой частью поршневого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (в дальнейшем - ДВС), который применяется в транспорте и в других областях техники, где используется преобразование тепловой энергии в механическую. А) Наиболее распространенным в современных ДВС является газораспределительный механизм,выполненный в виде клапанов и кулачкового распределительного вала. При этом распределительный вал, сочлененный с коленчатым валом двигателя, посредством кулачков приводит в возвратно поступательное движение тарельчатые клапаны, которые, открывая и закрывая впускные и выпускные отверстия, обеспечивают фазы газораспределения четырехтактного ДВС. Б) В качестве альтернативы описанной конструкции американский изобретатель Robert О. Wilke разработал узел поворотного золотника для ДВС (US 97935344, 22.09.1997; US 95576927, 22.12.1995). Суть изобретения состоит в том, что ДВС содержит первый поворотный золотник открытия впускного канала для воздуха, вводимого в камеру сгорания, и второй поворотный золотник для выпуска отработанных газов из камеры сгорания ("Изобретения стран мира", вып. 64,5/2000, с. 33). Применение двух поворотных золотников на цилиндр делает конструкцию сложной, громоздкой и влечет увеличение веса на единицу мощности. В) Donald Ballard (US 97935231, 22.09.1997) предложил двигатель внутреннего сгорания с вращающимися клапанами. ДВС содержит вращающий клапан, вставленный в цилиндрическое отверстие, сформированное в головке цилиндра. Клапан обеспечивает подачу рабочей жидкости и отвод продуктов сгорания через впускное и выпускное отверстия, совмещаемые с отверстиями, сообщающимися с камерой сгорания ("Изобретения стран мира", вып. 64,3/2000, с. 41). Существенным недостатком данной конструкции является то, что для размещения в клапане двух отверстий необходимого размера требуемый диаметр клапана значительно превышает диаметр рабочего цилиндра, что делает конструкцию еще более громоздкой и малоэффективной, чем в предыдущем случае. Сущность представляемого изобретения состоит в том, что для газораспределения в двигателе внутреннего сгорания предлагается использовать принцип цилиндрического золотника, выполненного в виде общего вала, вращающегося в цилиндрической полости и имеющего отдельные каналы для каждого цилиндра. Ось вращения вала параллельна оси вращения коленчатого вала, а сам распределительный вал имеет для каждого цилиндра выемку в форме сегмента, либо сектора, либо другой формы. Общий вид механизма для одного цилиндра в разрезе изображен на фиг. 1. На диаграмме (фиг. 3) изображены взаимное расположение поршня и распределительного вала и направление газовых потоков в различных фазах газораспределения во время работы ДВС. Угловая скорость вращения распределительного вала вдвое меньше скорости вращения коленчатого вала. Во время работы ДВС в нужный момент выемка клапана соединяет отверстие, имеющееся в цилиндре, с отверстием впускного либо выхлопного коллектора, обеспечивая всасывание воздуха и выхлоп отработанных газов (фиг. 3). При этом важно взаимное расположение выемки клапана и отверстий цилиндра, впускного и выхлопного коллекторов. В сечении,перпендикулярном оси вращения валов, выемка должна составлять 135 по окружности клапана, а указанные отверстия - по 45 по окружности полости, расстояния между отверстиями соответственно 45, 45 и 135 (см. фиг. 1). Так как по окончании фазы всасывания в выемке клапана остается некоторое количество всасываемого воздуха, который впоследствии смешивается с выхлопными газами, данный принцип более всего подходит для двигателей с прямым впрыском топлива. На чертежах изображен пример использования представляемого принципа в дизельных ДВС. Для уменьшения трения распределительного вала о поверхность полости предусматривается установка подшипников скольжения. Подача смазки к трущимся поверхностям производится от масляного насоса по каналам, имеющимся в валу. Для предотвращения разгерметизации цилиндров предусматривается установка уплотнительных колец 2 (фиг. 2) и подпружиненных уплотнительных пластин 9 (фиг. 1). Однако, обеспечив охлаждение золотникового вала в достаточной степени и выполнив притирку вала, можно избежать необходимости в установке уплотнительных пластин. Охлаждение золотникового вала предусматривается посредством протекания охлаждающей жидкости внутри вала. Для этого вдоль оси вала предусмотрено сквозное отверстие, которое соединяется с подводящим и отводящим патрубками через специальные уплотнения, конструкция которых аналогична конструкции уплотнения водяного насоса. Поместив внутри вала спираль, можно обеспечить циркуляцию хладагента по независимому контуру без дополнительного насоса. По сравнению с распространенными клапанными ГРМ изобретение имеет ряд существенных преимуществ. 1. Благодаря использованию одного общего отверстия в цилиндре для всасывания и выхлопа появляется возможность увеличения площади сечения отверстия. Вместе с уменьшением завихрений газов это дает возможность обеспечить высокую наполняемость цилиндров воздухом при всасывании и свободный проход газов при выхлопе на любых повышенных скоростных режимах. 2. Значительно уменьшается крутящий момент, необходимый для вращения распределительного вала, что повышает надежность, увеличивает КПД двигателя и продляет срок службы деталей привода вала.-1 015494 3. Благодаря отсутствию возвратно-поступательного движения клапанов снижаются вибрация и шум при работе двигателя. 4. Конструкция упрощается, может быть применена на серийно выпускаемых ДВС. При этом уменьшается количество деталей, снижается стоимость, повышается надежность. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с цилиндрическими золотниками, выполненными в виде общего вала, отличающийся тем, что в каждом золотнике предусмотрен один общий паз, а в каждом цилиндре - одно общее отверстие для впуска и выхлопа газов. 2. Газораспределительный механизм по п.1, отличающийся наличием продольного канала по оси золотникового вала для протекания охлаждающей жидкости, подаваемой от системы охлаждения двигателя. 3. Газораспределительный механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на золотниковом валу установлены подшипники скольжения и имеются специальные каналы в головке блока цилиндров и в золотниковом валу для подачи смазки к подшипникам от масляного насоса двигателя и отвода смазки в картер двигателя. Газораспределительный механизм Общий вид (B-B) 1 - распределительный вал; 2 - отверстие для выхлопа отработанных газов; 3 - охлаждающая жидкость; 4 - блок цилиндров; 5 - поршень; 6 - отверстие для всасывания воздуха; 7 - форсунка; 8 - камера предварительного сгорания; 9 - уплотнение; 10 - отверстие в рабочем цилиндре; 11 - канал для стока масла Фиг. 1 1 - вал; 2 - уплотнительное кольцо; 3 - подшипник скольжения; 4 - уплотнение; 5 - водяной патрубок; 6 - зубчатое колесо привода; 7 - масляный канал; 8 - водяной канал Фиг. 2 Диаграмма работы четырехтактного двигателя