Спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння

1 Спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з чотирьохтактним робочим циклом, що включає блок циліндра, циліндр з вікнами, які поршень відкриває близько нижньої мертвої точки, головку циліндра з випускним каналом і його випускним клапаном з регульованими фазами, який полягає в тому, що процес випуску, що складається із попереднього випуску спрацьованих газів із циліндра в початковий період випуску та примусового їх виштовхування поршнем на такті випуску, здійснюють в випускний канал головки циліндра через його випускний Винахід відноситься до області двигунів внутрішнього згоряння з чотирьохтактним робочим циклом і може бути використаний в них для удосконалення процесу випуску спрацьованих газів із циліндра Важливими та актуальними вимогами до способу роботи двигуна внутрішнього згоряння є підвищення його економічності, надійності та ДОВГОВІЧНОСТІ роботи Знайомий спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з чотирьохтактним робочим циклом (1) Він включає блок циліндра, циліндр з вікнами, головку циліндра з випускним каналом і його випускним клапаном, який має привід від кулачкового механізму, поршень, що при переміщенні в циліндрі утворює чотирьохтактний робочий цикл Його робочий процес включає процес випуску спрацьованих газів із циліндра, який складається із вільного випуску спрацьованих газів із циліндра в початковий період випуску та із примусового їх виштовхування поршнем на такті випуску в випускний канал головки циліндра через його випускний клапан, відкритий в термін процесу випуску В аналозі вікна циліндра, які поршень клапан з регульованими фазами, відкритий в термін процесу випуску, який відрізняється тим, що попередній випуск спрацьованих газів здійснюють в додатковий випускний канал, виконаний, наприклад, в блоці циліндра, використовуючи вікна циліндра в якості з'єднуючих об'єм циліндра з останнім каналом через його регульований клапан, відкритий в термін попереднього випуску, при цьому, випускний клапан головки циліндра відкривають на прикінці попереднього випуску 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що площі перетину випускного каналу головки циліндра і його клапана, додаткового випускного каналу і його клапана а також вікон циліндра вибирають із умов забезпечення ефективного очищення циліндра від спрацьованих газів з мінімальними витратами потужності відкриває близько нижньої мертвої точки, використовують в якості з'єднуючих об'єм циліндра з додатковим впускним каналом через його впускний клапан, відкритий на прикінці такту наповнення та на початку такту стискання Недоліки аналога 1 Плавність початку підіймання і посадки клапана, що залежать від динаміки кулачкового механізму приводу, плавно змінюють перетин щілини клапана в початковий та завершальний періоди процесу випуску Це призводить до виникнення подовженого опору руху газів через щілину клапана в ці періоди і, як наслідок, до виникнення великих швидкостей руху газів і утворення високочастотного шуму в початковий період випуску та до збільшення маси остатніх газів в камері згоряння при завершенні процесу випуску 2 Залежність зміни перетину щілини випускного клапана від динаміки кулачкового механізму приводу призводить до необхідності збільшувати кут початку відкриття випускного клапана відносно нижньої мертвої точки з метою забезпечення ефективного очищення циліндра від спрацьованих газів ю 00 ю 58445 З Відведення циклової маси спрацьованих газів із циліндра в випускний канал головки циліндра призводить до підвищення теплових навантажень на головку циліндра та на деталі циліндро-поршневої групи, а наявність, при цьому, противотиску в випускному каналі призводить до збільшення маси остатніх газів в циліндрі при завершенні процесу випуску Перераховані недоліки аналога знижують індикаторні та ефективні показники двигуна внутрішнього згоряння, зменшують його економічність, надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ роботи, та ускладнюють систему глушіння шуму при виведенні спрацьованих газів в навколишнє середовище За прототип прийнято спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з чотирьохтактним робочим циклом (2) Він включає блок циліндра, циліндр, головку циліндра з випускним каналом і його випускним клапаном з регульованими фазами, та поршень, який при переміщенні в циліндрі утворює чотирьохтактний робочий цикл Його робочий процес включає процес випуску спрацьованих газів із циліндра, який також складається із вільного випуску спрацьованих газів із циліндра і примусового їх виштовхування поршнем, при цьому, спрацьовані гази також відводять в випускний канал головки циліндра Недоліком прототипу є відведення циклової маси спрацьованих газів в випускний канал головки циліндра, що призводить до підвищення теплового навантаження на головку циліндра і деталі циліндро-поршневої групи, а наявність, при цьому, противотиску в випускному каналі призводить до збільшення маси остатніх газів в циліндрі при завершенні процесу випуску Показаний недолік знижує індикаторні та ефективні показники двигуна внутрішнього згоряння, зменшує його економічність, надійність та ДОВГОВІЧНІСТЬ роботи З метою зменшення витрат потужності на очищення циліндра від спрацьованих газів в головці циліндра розміщуют два випускних клапани Але канал для них залишається єдиним, тому залишається наявність в ньому противотиску газів, що залишає проблему збільшення остатніх газів в циліндрі при завершенні процесу випуску При цьому, конструкція головки циліндра ускладнюється а питоме теплове навантаження на неї збільшується Це обмежує можливості підвищення індикаторних і ефективних показників двигуна внутрішнього згоряння, а також підвищення його економічності, надійності та ДОВГОВІЧНОСТІ Задача - створити спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння, який забезпечує підвищення його індикаторних і ефективних показників, економічності, надійності та ДОВГОВІЧНОСТІ роботи Поставлена задача вирішується наступним зразком Спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з чотирьохтактним робочим циклом, що вкачає блок циліндра, циліндр з вікнами, які поршень відкриває близько нижньої мертвої точки, головку циліндра з випускним каналом і його випускним клапаном з регульованими фазами, який заключається в тому, що процес випуску, що складається із попереднього випуску спрацьованих газів із циліндра в початковий період випуску та примусового їх виштовхування поршнем на такті випуску, здійснюють в випускний канал головки циліндра через його випускний клапан, відкритий в термін процесу випуску, згідно винаходу, попередній випуск спрацьованих газів здійснюють в додатковий випускний канал, виконаний, наприклад, в блоці циліндра, використовуючи вікна циліндра в якості з'єднуючих об'єм циліндра з останнім каналом через його клапан, відкритий в термін попереднього випуску, при цьому, випускний клапан випускного каналу головки циліндра відкривають на прикінці попереднього випуску, а площі перетину випускного каналу головки циліндра і його клапана, додаткового випускного каналу і його клапана а також вікон циліндра вибирають із умов забезпечення ефективного очищення циліндра від спрацьованих газів з мінімальними витратами потужності Функціональне призначення сукупності заявлених признаків дозволило створити спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з удосконаленим процесом випуску, в якому - Попередній випуск спрацьованих газів здійснюють в додатковий випускний канал, виконаний, наприклад, в блоці циліндра Це дозволяє відвести більше 50% спрацьованих газів, що виходять із циліндра в термін попереднього випуску, минувши головку циліндра, безпосередньо за межі двигуна внутрішнього згоряння, що суттєво знижує теплове навантаження на головку циліндра і на двигун в цілому - Використовують вікна циліндра в якості з'єднуючих об'єм циліндра з додатковим випускним каналом Це дає можливість відокремити попередній випуск і, при цьому, спрямувати спрацьовані в циліндрі гази в додатковий випускний канал Одночасно, залежність зміни перетину вікон циліндра від переміщення поршня та визначені оптимальні форми і розміри вікон циліндра даю можливість зменшувати швидкість руху газів в початковий термін попереднього випуску, що призводить до зниження шуму в процесі випуску - Вікна циліндра з'єднують його об'єм з додатковим випускним каналом через його клапан, відкритий в термін попереднього випуску Це дозволяє роз'єднати процеси впуску і випуску та виключити попадання спрацьованих газів в картер двигуна в разі відкриття вікон циліндра юбкою поршня - Випускний клапан випускного каналу головки циліндра відкривають на прикінці попереднього випуску Це дозволяє максимально використати можливості попереднього випуску та спрямувати залишок спрацьованих в циліндрі газів в випускний канал головки циліндра і виштовхнути їх поршнем на такті випуску, що знижує теплове навантаження на головку циліндра, а також, зменшує масу остатніх газів в циліндрі на прикінці 58445 процесу випуску завдяки зменшенню противотиску в випускному каналі головки циліндра - Площі перетину випускного каналу головки циліндра і його клапана, додаткового випускного каналу і його клапана а також вікон циліндра вибирають із умов забезпечення ефективного очищення циліндра від спрацьованих газів з мінімальними витратами потужності Це поширює можливості максимального використання попереднього випуску і дозволяє відвести в додатковий випускний канал більшу частину спрацьованих газів із циліндра, а також, визначити оптимальні витрати потужності на примусову очистку циліндра Суть пропонуємого винаходу заключається в створенні способу роботи двигуна внутрішнього згоряння з удосконаленим процесом випуску, який дозволяє підвищити індикаторні і ефективні показники двигуна внутрішнього згоряння, підвищити економічність, надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ його роботи На фіг 1 показана принципова схема двигуна внутрішнього згоряння, реалізуємого в заявленому способі На фіг 2 приведені приблизні графіки формування площин перетину щілини випускного клапана головки циліндра і вікон циліндра в залежності від кута повороту колінчастого вала, реалізуємих в заявленому способі і в аналозі Двигун внутрішнього згоряння для реалізації заявленого способу включає (Фіг 1) блок циліндра 1, циліндр 2 з вікнами 3, головку циліндра 4 з розміщеними в ній випускним каналом 5, його випускним клапаном 6 і механізмом керування фазами 7 клапана 6, додатковий випускний канал 8 з його випускним клапаном 9 і механізмом управління 10 клапаном 9 Згідно формулі винаходу та Фіг 1 і 2, процес випуску у заявленому способі здійснюють послідовно в додатковий випускний канал 8 та в випускний канал 5 головки циліндра 4, а ефективність очистки циліндра від спрацьованих газів та мінімальні витрати потужності, при цьому, забезпечують оптимальні величини площин перетину додаткового випускного каналу 8 і його клапана, випускного каналу 5 головки циліндра 4, оптимальна величина площини перетину вікон З, яка формується ходом поршня 11 і формою вікон З, як показано на приблизному графіку 2 (Фіг 2), та оптимальна величина площини перетину щілини регульованого випускного клапана 6 головки циліндра 4, як показано на приблизному графіку З (Фіг 2) Для порівняння приведено приблизний графік 1 (Фіг 2) формування площини перетину щілини випускного клапана приведеного аналога Приклад реалізації заявленого способу Процес розширення виконується в термін руху поршня 11 (Фіг 1) від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки, після запалення робочого тіла в камері згоряння При переміщенні поршня 11 близько нижньої мертвої точки робоче тіло в циліндрі продовжує мати надлишковий тиск і виконує корисну роботу Теоретично максимальну корисну роботу газів в циліндрі 2 можна отримати при досягненні поршнем 11 нижньої мертвої точки Але необхідність ефективної очистки циліндра 2 від спрацьованих газів потребує починати и раніше досягнення поршнем 11 нижньої мертвої точки В чотирьохтактних двигунах внутрішнього згоряння поширено використовують системи випуску, що включаю випускний канал 5 і його випускний клапан 6, розташовані в головці 4 циліндра 2 Тоді кут початку відкриття випускного клапана 6 відносно повороту колінчастого вала до нижньої мертвої точки залежить в основному від конструктивних особливостей механізму привода випускного клапана Науково-технічні досягнення дозволяю реально використовувати привід 7 випускного клапана 6, який забезпечує регулювання фаз його відкриття і закриття, що дозволяє максимально зменшити кут початку відкриття випускного клапана 6 Але така схема випуску спрацьованих газів із циліндра 2 має недоліки, як показано в прототипі Для зменшення теплових навантажень на головку циліндра 4 і зниження противотиску в випускному каналі 5 головки циліндра 4, згідно винаходу, попередній випуск спрацьованих газів із циліндра здійснюють в додатковий випускний канал 8, виконаний, наприклад, в блоці циліндра 1, використовуючи вікна 3 циліндра 2 в якості з'єднуючих об'єм циліндра 2 з каналом 8 через його регульований клапан 9, відкритий в термін попереднього випуску Показане використання вікон 3 циліндра 2 дає можливість відокремити попередній випуск і спрямувати спрацьовані в циліндрі 2 гази в додатковий випускний канал 8 При цьому, випускний клапан 6 випускного каналу 5 головки циліндра 4 відкривають на прикінці попереднього випуску, що дозволяє відвести в додатковий канал 8 максимальну КІЛЬКІСТЬ спрацьованих газів, більше 50% від їх маси, і таким чином, максимально зменшити теплове навантаження на головку циліндра 4 і на циліндро-поршневу групу в цілому Одночасно, при цьому, зменшується противотиск в випускному каналі 5 головки циліндра 4, так як в цей канал відводиться менше 50% маси спрацьованих газів, що призводить до зменшення маси остатніх газів в циліндрі 2 на прикінці процесу випуску Ефективну очистку циліндра 2 від спрацьованих газів та мінімальні витрати потужності на процес випуску забезпечую вибором оптимальних площин перетину випускного каналу 5 головки циліндра 2 і його клапана 6, додаткового випускного каналу 8 і його клапана 9 та вікон 3 циліндра 2 Одночасно, пряма залежність зміни перетину вікон 3 циліндра 2 від переміщення поршня 11 та оптимальні форми і розміри вікон 3 циліндра 2 дають можливість зменшувати швидкість руху газів в початковий період попереднього випуску, що призводить до зниження шуму в процесі випуску, і як наслідок, до спрощення конструкції шумопоглинача при виведенні спрацьованих газів в навколишнє середовище Процес випуску завершується закриттям випускного клапана 6 головки 4 циліндра 2 після верхньої мертвої точки Далі виконується процес наповнення об'єму циліндра 2 свіжим робочим зарядом та процес його стискання в циліндрі 2 Реалізація заявленого способу роботи двигуна 58445 внутрішнього згоряння з удосконаленим процесом випуску дозволяє поширити його функціональні можливості для підвищення техніко-економічних показників, надійності і ДОВГОВІЧНОСТІ ЙОГО роботи Література Комп'ютерна верстка О В Курасв 8 1 А С № 1379478 Способ работы ДВС М Кл F02B 29/06 Б И №9,1988г 2 Каким станет в будущем привод к клапанам Электронная система управления клапанами EVA -Журнал «Авторские за рубежом», № 9, 2000 год Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна