Термодинамічний всмоктуючий клапан

1. Термодинамічний всмоктуючий клапан, здатний керувати потоком паливної суміші та повітря від карбюратора до картера двотактного двигуна, який включає порожнисте ті ло, встановлене між з'єднанням карте ра і з'єднанням карбюрато ра разом з необхідними ущільненнями, втул ку, кінець якої зрізаний під заздалегідь визначеним кутом і знахо диться усередині означеного тіла, і заслінку, яку одним кінцем закріплено на петлях і яка здатна закривати означений кінець, який відрізняється тим, що означену заслінку виготовлено з феромагнітного матеріалу, а на тілі клапана встановлено постійний магніт у та кому положенні відносно заслінки, щоб він діяв на означену заслінку, притягаючи і утримуючи її у положенні закриття означеної втулки. 2. Клапан за п. 1, який відрізняється тим, що на вільному кінці означеної заслінки закріплено вагу. 3. Клапан за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що має засоби обмеження руху заслінки. 4. Клапан за п. 3, який відрізняється тим, що означені засоби включають телескопічний буферний елемент, на кінці якого встановлено пружний елемент, який переважно являє собою пружини, здатні пом'якшувати уда ри заслінки, які вона завдає, рухаючись під час відкриття. (19) (21) 97105226 (22) 23.04.1996 (24) 15.11.2000 (31) VR95A000039 (32) 28.04.1995 (33) IT (85) 28.11.1997 (86) PCT/IB96/00362, 23.04.1996 (46) 15.11.2000, Бюл. № 6, 2000 p. (72) Пашковска Монiка (DE) (73) Пашковска Монiка (DE) (56) 1. US 5 417 259, 23.05.95. 2. US 5 377 719, 03.01.95. 29514 ристання обертових пластин конструкція двигуна ускладнюється, що підвищує вартість виготовлення. Іншою вадою таких систем є те, що вони точно функціонують тільки коли суворо визначено швидкість обертання кулачкового валу (значення у об/хвил), що дуже обмежує їх використання; зокрема, такі системи непридатні для двигунів автомобілів, призначених для перегонів та раллі. Якість функціонування пластинчастих клапанів залежить від мате ріалу, з якого їх ви готовлено. Оскільки пластини встановлюють жорстко, вони не зазнають трива лих напружень, але зазнають деформацій і зносу, що призводить до поломок і частих замін. У додаток до цього використання пластин з причини внутрішніх взаємодій робить неможливою повільну подачу пального на стадіях, коли зростаючий опір пластин заважає надходженню пального тоді, коли воно найбільш потрібне. Крім того, та ка система не вирішує проблем неекономічних затрат пального і забруднення навколишнього середовища, притаманних двотактним двигунам. Взагалі, забруднення, яке спричиняють двотактні двигуни, зумовлене недосконалістю процесу подачі пального протягом робочого циклу. Фактично робоча камера заливається пальним, яке не може бути повністю спожите, тобто спалене, протягом усього дво х тактів. Згадані вище причини обмежують використання двотактних двигунів, незважаючи на їх економічність і невелику вартість ви готовлення. У документації до патенту США 4 356 798 описано всмоктуючий термодинамічний клапан, здатний керувати потоком пальної суміші і повітря від карбюратора до картера двотактного двигуна. Цей клапан має порожнисте тіло, придатне для розміщення між картером і карбюратором, з необхідними ущільненнями, втулку, що продовжується всередину цього тіла і зрізана під певним схи лом, і стінку, один кінець якої закріплений на петлях і яка може закривати цю втулку. У патенті США 5 390 633 описано всмоктуючий термодинамічний клапан, розташо ваний між карте ром і карбюратором, з втулкою, що продовжується всередину всмоктуючого отвору і зрізана під певним схилом, і з стінкою, один кінець якої закріплений на петлях і яка може закривати цю втулку. У патенті DEA 3 741 880 запропоновано клапан з заслонкою з феромагнітного матеріалу і електромагнітом, встановленим на клапані. У цій конструкції сила притягання відкриває клапан, але не повертає стінку у положення, що закриває клапан, як це передбачено у попередньому винахо ді. Задачею цього винахо ду є усунення вад і незручностей, згаданих вище, і створення термодинамічного всмоктуючого клапану, який у разі використання у двотактних двигунах забезпечує подачу необхідної для спалахнення кількості пального, що дає збільшення потужності приблизно на 50% і зменшення пального, що спалюється, також приблизно на 50%. Особливості клапана, які дозволяють досягти цього, наве дено у незалежному пункті фор мули винахо ду. У залежних пункта х запропоновано найкращі варіанти вті лення винахо ду. Запропоноване рішення базується на законах термодинаміки (H.Faltin, "Technische Thermodinamik", Berlin 1961; W.R.Grundlach "Einfuerung in die Technische Thermodinamik", Zuerich 1947; A.Hall, E.lbele, "Engineering Thermodinamics", Prentice Hall 1960), і забезпечує просту конструкцію і широке застосування. Згідно з винахо дом термодинамічний всмоктуючий клапан має певним чином оброблену заслонку, яка закриває втулку зі скошеним зрізом, і працює відповідно до принципу дії скошеного сопла Бендеманна, яке забезпечує змінний відносний отвір (на відміну від постійного відносного отвору, ха рактерного для сопла Лаваля), що залежить від тиску у картері. Таким чином, відсутнє меха нічне керування подачею пального до картера. Пальне, проходячи через таке сопло з змінним відносним отвором, створює потік, що має дозвукову швидкість. Отже, на вході потоку у картер виникає явище Ранкіна-Югоніо і коефі цієнт декомпресії газу регулюється відповідно до будьякого тиску. Рух пального у діасонічному потоці залежить від швидкості обертання кулачкового валу, що не дозволяє потоку відокремити ся від стінок всмоктуючої тр убки. Згадані вище яви ща запобігають утворенню вихорів і забезпечують розширення пото ку газу, що вихо дить з клапану, а також виключають можливість повертання пального протягом повного оберту кулачкового ва лу. Згідно з винахо дом, потік газу до картера через заслонку клапану є вібраційним (що відповідає кінетичній теорії газу). Описане вище відбувається у межах оберту кулачкового ва лу. Заслінка, що закриває скошене сопло з змінним відносним отвором, ділить пальне, що надходить до картера, на частини, і, отже, з кожним рухом всмоктуючого поршня відбувається декілька циклів подачі (від двох до десяти в залежності від об'єму двигуна), причому кожний наступний цикл має вищий енергетичний рівень, ніж попередній (ефект катапульти). Ці цикли, що ділять всмоктуючий рух поршня на кілька періодів, можуть бути пояснені законами фізики, а саме, коли зниження тиску у картері стає здатним перебороти інерцію маси рухомої заслонки, вона займає відкриваюче положення і пальна суміш надходить до картеру. Згідно з винахо дом, коливальні рухи заслонки обмежені еластичним буфе ром, розташованим у втулці клапану і призначеним для послаблення ударів заслонки. При відкритті заслінка наштовхується на буфер, відбивається від нього і повертається у закриваюче положення, тимчасово перериваючи потік пальної суміші. Під час зворотного руху, однак, заслінка наштовхується на потік палива, що тече через сопло згідно з законом Кулона, і справляє тиск на потік. На практиці може статися, що заслінка закриває у прогресії, і тоді за законом Бернуллі потік пальної суміші зменшується швидше, ніж тиск; це 2 29514 явище зворотної компресії відбувається протягом повного оберту кулачкового валу і продовжується до повного закриття заслонкою. В цей момент зниження тиску у картері переборює силу, що утримує заслонку, і вона знову займає відкриваюче положення, починаючи цим новий цикл. Згідно з суттєвою ознакою винаходу зворотний рух заслонки забезпечується дією постійного магніту, який встановлює заслонку у положення закриття. Всмоктуючий клапан згідно з винаходом у згоді з законами термодинаміки безпосередньо впливає на ККД двотактного дви гуна. Випробування, виконані заявником, довели, що економія пального досягає 50% одночасно з відповідним збільшенням потужності. Було також встановлено, що зростає строк служби двигуна, всупереч сподіванням, заснованим на збідненому змащуванні внаслідок зменшення пото ку пальної суміші. Останній факт пояснюється покращан ням вилучення залишків згоряння, а також інтенсифікацією охолодження завдяки м'якому збідненню суміші (подібно до рідин у хо лодильниках Лінде). Таким чином, двотактний двигун, оснащений клапаном згідно з винахо дом, не зазнає перегрівання навіть за високих зовнішніх температур і повного завантаження; у ньому також не виникає самоспалахнення і, крім того, не трапляється шун тування свічі, що є ти повим для двотактних дви гунів. Нарешті, до сягається значне підвищен ня гнучкості дви гуна. Для кращо го розуміння особливостей, мети та переваг ви нахо ду да лі йде детальний опис необмежуючих прикладів з посиланнями на креслення, у яких: фіг. 1 містить схематичне зображення поперечного перетину всмоктуючого клапану згідно з винахо дом; фіг. 2 містить горизонтальний перетин по лінії А-А клапану з фіг. 1. На фігурах зображено термодинамічний всмоктуючий клапан згідно з винаходом, який має тіло 4, всередині якого встановлено скошену втулку з соплом або шийкою 11, і який встановлюється між з'єднанням 1 циліндра або карте ра і з'єднанням 7 карбюратора з використанням ущільнень 8, 12. Заслінка 10, встановлена під заздалегідь визначеним кутом над шийкою 11, може руха тися навколо осі, створеної парою стрижнів 5. Крім того, на заслонці 10 на певній відстані від стрижнів 5 закріплено вагу 9, який обирають в залежності від те хнічних характеристик двигуна. Як можна бачити на фіг. 1, заслінка, встановлена під певним кутом, наприклад, приблизно 45°, ство рює сопло Бейдеманна з змінним відносним отвором. Між тілом 4 і шийкою 11 уздовж осі тіла 4 вста новлено ущільнення 6. Згідно з винаходом, усередині тіла 4 встановлено телескопічний буфер ний елемент 2, який складається з рукава з нарізкою по усій довжині для позиціювання і пружного кінця 3, наприклад, пружини, яка виконує подвійну функцію пом'якшення ударів заслонки 10 при повному відкритті, а також створення зусилля, яке рухає заслонку 10 у напрямі положення закриття. Клапан скріплено з корпусом двигуна і карбюратором гвинта ми 13 (фіг. 2). Всмоктуючий клапан такого типу має всі переваги, згадані вище, і може бути легко пристосований до двотактного двигуна будь-якого типу завдяки наявності буферного елементу 2, який визначає максимальний отвір. В результаті досягається ідеальне заповнення карте ра пальним. Згідно з суттєвою ознакою винахо ду заслонку 10 виготовлено з феромагнітного матеріалу, а під тілом 4 клапану встановлено постійний магніт (не показаний на фіг.). Такий магніт створює постійну силу, яка притягає заслонку 10 у напрямі до положення закриття, зменшує вібрації і допомагає повертанню заслонки після удару об буфер. Крім того, створене магнітне поле окрім меха нічної дії на заслонку має електростатичний вплив на хімічну та фі зичну структуру паливної суміші, оскільки наводить сильне електростатичне поле на кромці заслонки, що вібрує у магнітному полі. Таке поле прискорює електрони, які, бомбардуючи частки повітря у паливній суміші, вивільняють інші заряджені частки; після цього головний заряд на кромці заслонки притягає частину ци х часток, які, маючи заряд протилежного знаку, нейтралізують заряд на кромці. З др угого боку, частки, що мають заряд того ж знаку, відштовхуються зарядом кромки і відносять з собою частину суміші, створюючи електричний вітер. Електростатичне поле, наведене на кромці заслонки, діє у напрямку, протилежному напрямку дії поля між електродами свічки, яке породжує іскру у іо нізованому га зі. Протилежні дії полів створюють електростатичне притягування і максимальну концентрацію заряджених часток пального навколо електродів свічки як перед виникненням іскри, так і під час її проходження, що сприяє економічній витраті пального і підвищенню потужності дви гуна. Тим часом інерція часток палива, що підпадають під дію електростатичних сил, призводить до зникнення частини електричних зарядів, чим послаблюється поверхневий натяг і підви щується коефіцієнт дифузії; таким чином, час згоряння скорочується, а інтенсивність зростає. 3 29514 Фіг. 1 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4