Генератор імпульсів тиску

Реферат: Винахід належить до пневматичних клапанних розподільних механізмів двигунів внутрішнього згоряння. Генератор імпульсів тиску містить циліндр (2), тіло (9), яке з'єднано з циліндром (2), перший канал (15), що проходить від циліндра (2) у джерело низького тиску LP/HT і на який впливає керуючий клапан (5). Контур робочого текучого середовища має другий канал (4), який проходить у циліндр (2) від джерела високого тиску HP/ВТ і на який також впливає керуючий клапан (5), але через отвір (6). Привідний поршень (3) виконаний з можливістю переміщення під тиском повітря з каналу (4). Електроелемент (7) керує тілом (5) клапана, а друге тіло (8) клапана розташоване у другому каналі (4) або прилягає до нього для відкриття або закриття зазначеного каналу (4). Друге тіло корпуса клапана (8) є елементом, що жорстко з'єднаний з привідним поршнем (3). Керуючий клапан (5), який за допомогою електромагніта (7) поперемінно керує однонаправленим протіканням газу через канал (4) високого і канал (15) низького тиску, сприяє підвищенню стабільності керування впускними і випускними клапанами двигунів внутрішнього згоряння. UA 107307 C2 (12) UA 107307 C2 UA 107307 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до генератора імпульсів тиску, про який йдеться у патентній формулі І. Винахід призначений для управління впускними га випускними клапанами двигунів, що мають внутрішнє або зовнішнє джерело тепла. У 2-х такі них двигунах газообмін може відбуватися через клапани у голівці циліндра. У 4 - тактних двигунах розподільний над може бути виключено. У 2 та у 4 - тактних двигунах можна використовувати змінний ступінь стиснення. Зазначені двигуни мають найбільш переважне застосування. Робочим текучим середовищем, що діє на привідний поршень в генераторі імпульсів тиску, є повітря у переважному виконанні, але може бути використаним також інший газ. Коди в описі винаходу описано і вказується, що тіло клапана відкрито і закрито, це означає, що воно відкрито і закрито для потоку робочого текучого середовища у каналі, що проходить через положення, де встановлено тіло клапана. Значення відкритого та закритого положення слід розуміти відповідним чином. Коли електроелемент використовується в описі - це свого роду вислів майбутньої спрямованості, який включає й дію електромагнітів нинішнього дня. Патентні заявки SE0201613-7 та SE0002597-3 розкривають генератори імпульсного тиску для управління впускними та випускними клапанами двигунів внутрішнього згоряння. В першому зазначеному патенті потрібно чотири електромагніти, і в другому зазначеному патенті потрібно два електромагніти. Основи пристроїв у вказаних патентах є складними, що призводить до нестабільності управління клапаном і до невиправдано високих виробничих витрат. Даний винахід розкриває новий принцип пристрою з використанням тільки одного електромагніту, щο підвищує стабільність при управлінні клапаном і знижує виробничі витрати. Метою винаходу є усунення зазначених проблем у техніці попереднього рівня техніки. Ця мета досягається за допомогою генератора імпульсів тиску, який при включенні електроелемента буде викликати переміщення першого тіла клапана в положення, де він тримає перший канал закритим для евакуації робочого текучого середовища під тиском, а другий канал відкритим для впуску робочого текучого середовища, в той же час друге тіло клапана зберігає вказаний другий канал відкритим для заповнення робочим текучим середовищем. Гідравлічний затвор буде утримувати привідний поршень приводу і таким чином також клапан двигуна в його другому віддаленому положенні необхідно довгий час. Зазначений третій канал буде закритий для випуску гідравлічного текучого середовища, яке, проходячи через зворотний клапан заповнить об'єм, який утворений при переміщенні другого тіла клапана і, коли той переміщується в його віддалену точку повороту, тіло клапана буде заблоковано/зафіксовано в цьому положенні зі з'єднаним з ним привідним поршнем. Коли електроелемент відключений, перший корпус клапана повертається до свого стартового положення, відкриваючи зазначений третій канал для евакуації гідравлічного текучого середовища, а другий корпус клапана зі з'єднаним привідним поршнем може бути повернутий у своє перше положення, вихідне положення. У стартовому вихідному положенні, коли друге тіло клапана відкрито для потоку робочого текучого середовища, перше тіло клапана буде відкрито для потоку робочого текучого середовища, в результаті чого, робоче текуче середовище діє на привідний поршень, відбувається переміщення привідного поршня у встановленому циліндрі, при цьому друге тіло клапана, яке після певного зміщення закриється для потоку робочого текучого середовища, яке діє на привідний поршень. Таким чином, існує певна довжина переміщення/зміщення привідного поршню циліндра із заданого вихідного положення, яка визначає тривалість імпульсу тиску. Це електроелемент, що управляє тілом клапана, перше тіло клапана, яке управляється, щоб відкритися для потоку робочого текучого середовища, і таким чином ініціювати імпульс тиску, який буде перериватися механічно другим тілом клапану після певного зміщення від вихідного положення. Тривалість імпульсу тиску являє собою період, за який перше тіло клапана направляє друге тіло клапана до точки, де друге тіло клапана буде переривати потік робочого текучого середовища. Слід зауважити, що тривалість імпульсу буде однаково стабільною кожен раз, коли електромагніт ініційований. Існує прямий зв'язок між тривалістю імпульсу та ходом клапана, яким є зміщення привідного поршня і таким чином клапана двигуна. Друге тіло клапана, вал/шток привідного поршню характеризується звуженням в тій частині, що жорстко з'єднана з привідним поршнем. Більш вузька частина вставлена у привідний поршень або близько до нього і має певну довжину у напрямку до більш широкої частини валу привідного поршню, яка більш віддалена від привідного поршню. Вказана довжина вузької частини разом зі швидкістю переміщення привідного поршню визначають як довго робоче текуче середовище повинно текти у циліндр та діяти на привідний поршень. Вал привідного поршню буде рухатись вперед і назад в каналі, і широка частина валу приводного поршня над вузькою частиною має діаметр, який відрегульований по діаметру зазначеного каналу таким 1 UA 107307 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 чином, щоб робоче текуче середовище мало можливість текти у направленні до привідного поршню, проходячи звужену частину вала привідного поршню, але не в протилежному напрямку. Привідний поршень у вихідному положенні знаходиться попередньо напруженим за допомогою механічної, або пневматичної пружини, яка буде діяти таким же чином, як й в управляємих клапанах розподільного вала, щоб утримувати клапани двигуна закритими або повертати їх в закрите положення після того, як вони були відкриті. Імпульс тиску робочого текучого середовища, який відповідно до вищенаведеного опису дій відкриває клапан двигуна, буде протидіяти зазначеній пружині, яка діє так, щоб закрити клапан двигуна. Головним чином саме співвідношення між відкриваючими та закриваючими силами і тривалості імпульсу робочого текучого середовища при певному тиску в текучому середовищі вирішує, де відбувається віддалена точка повороту, хід/підйом клапана, привідного поршню і таким чином також й клапана двигуна. Для повернення привідного поршню у вихідне положення існує випускний канал, що закінчується у кришці циліндра, в якому рухається привідний поршень. Коли генеруються імпульси тиску і під час переміщення привідного поршня до його віддаленої точки повороту, цей випускний канал буде закритим. Відмінною частиною винаходу є те, що перше тіло клапана, в той же час, коли воно відкрито для потоку у напрямку до привідного поршня, буде закритим для потоку по випускному каналу з циліндра. Коли привідний поршень повинен повернутися або повернутий, він відкритий для випуску робочого текучого середовища, яке поступало, щоб переміщувати привідний поршень і таким чином відкрити клапан двигуна. Друге тіло клапана, вал привідного поршня рухається в каналі. У вихідному положенні привідного поршня другий канал з'єднаний з цим каналом з боку тієї частини, де вал привідного поршня звужений. У цьому другому каналі перше тіло клапана розташовано таким чином, що він може відкриватися або закриватися для потоку робочого текучого середовища у напрямку вказаної звуженої частини вала привідного поршня. Включення електромагніту відкриє потік робочого текучого середовища у напрямку до звуженої частини і робоче текуче середовище буде текти далі вздовж цієї звуженої частини вниз в циліндр на верхню поверхню привідного поршня і вимушує його і супроводжуючий його клапан двигуна рухатись до відкриття, щоб впустити повітря для спалювання або випустити вихлопні гази. Коли привідний поршень і клапан двигуна повинні повернутися або повертаються у вихідне положення електромагніт відключається і перше тіло клапана змушено закрити другий з'єднуючий канал для того, щоб робоче текуче середовище не змогло знову стікати в циліндр, поки звужена частина валу привідного поршню повернеться у положення, в якому робоче текуче середовище в іншому випадку текло б з другого сполучного каналу вперед у напрямку до привідного поршню. Коли електромагніт виключений/вимкнений він також відкривається, щоб дати можливість видалити робоче текуче середовище, внесене у циліндр, щоб переміщувати привідний поршень і, таким чином відкрити клапан двигуна. Генератор імпульсів тиску відповідно до винаходу може бути виконаний з гідравлічним затвором, який діє, коли включений електроелемент і перше тіло клапана зміщується, і друге тіло клапана зміщується до його віддаленої точки повороту. Особливостями є те, що переміщення першого тіла клапана, яке було викликане включенням електроелемента, закриється для потоку гідравлічного текучого середовища, а при відключенні електроелемента відкривається для потоку гідравлічного текучого середовища. Фігури демонструють здійснення винаходу, де на фіг. 1 показано схематично вигляд збоку в розрізі генератора імпульсів тиску відповідно з винаходом у першому положенні, вихідному положенні, де на фіг. 2 той ж самий вигляд у другому положенні, віддаленому положенні. Фіг. 3 показує генератор імпульсів тиску, що має гідравлічний затвор у першому положенні та фіг. 4 той же самий вигляд у другому положенні. Фіг. 1 ілюструє головку циліндра 1 з генератором імпульсів тиску відповідно до винаходу, яка є частиною привідного клапана для 2-х або 4-х тактного двигуна внутрішнього згоряння. Під головкою циліндру є камера згоряння 13. Тарілчастий клапан закриє камеру згоряння для потоку до неї або з неї по каналу 14. Гідравлічний контур 10 буде, як і у попередньому рівні техніки, виконувати відключаючу/фіксуючу дію на тарілчастий клапан до необхідного ступеня у той момент, коли він повинен бути закритий і закривається. Циліндр 2, який містить привідний поршень 3, може бути включений в головку циліндра або встановлений на голівці циліндру. Генератор імпульсів тиску має корпус 9 на циліндрі 2. Генератор імпульсів тиску містить циліндр 2 і привідний поршень 3, який переміщується в циліндрі 2, контур робочого текучого середовища, що має другий канал 4, який сполучений з циліндром 2, електроелемент керуючий першим тілом 5 клапана у вказаному каналі 4, щоб 2 UA 107307 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відкривати через отвір 6 у тілі 5 клапана, або закривати потік текучого робочого середовища в канал 4 і друге тіло 8 клапана також в каналі 4 для відкриття або закриття вказаного каналу. Тіло 8 клапана містить широку частину 8' і вузьку частину 8", яка жорстко з'єднана з привідним поршнем 3, який в свою чергу спирається на шток тарілчастого клапана 11 або жорстко з'єднаний з ним. Канал 4 містить дві частини 4' та 4" каналу. Частина 4" каналу відходить з боку передньої частини 4'. Друге тіло 8 клапана виконано з можливістю переміщення в каналі 4'. Широка частина 8' тіла клапана має діаметр, який відповідає діаметру каналу 4'. Вузька частина 8" тіла 8 клапана має розширення, що дорівнює за довжиною або більш довге ніж відстань між пересіченням між частинами 4' та 4" каналів і закінченням каналу 4, що веде в циліндр 2. На фігурі ілюстровано вихідне положення клапана двигуна 11 та привідного поршня 3, одне кінцеве/крайнє положення або вихідне положення. У цьому положенні вузька частина 8" другого тіла клапана розташована назовні проходу частини 4" каналу в частину 4' каналу і утримується відкритою для робочого текучого середовища, щоб воно текло через канал в циліндр 2. Тут має бути зазначено, що електроелемент 7, який приводить у рух перше тіло 5 клапана, може діяти безпосередньо на тіло клапана, як це показано на фігурі, або діяти опосередковано впливаючи так званою контрольно-виконавчою функцією. Тут має бути також зазначено, що вислів електроелемент означає елемент, який вмикається сигналом від комп'ютерної системи управління і таким чином виконує переміщення. Сьогодні електромагніти є типовими електроелементами, але в даний час ведуться розробки, що призводять до інших рішень, які відповідають дії електромагніта. Тут ціллю є те, що активізацією/вмиканням електроелемента переміщення з певного вихідного положення відбувалося у одному напрямку, а при відключенні електроелемента переміщення здійснювалось у іншому напрямку, який є зворотнім до зазначеного вихідного положення. Коли перше тіло 5 клапана включено єлектроелементом 7 і відкрито для потоку робочого текучого середовища з джерела високого тиску HP/ВТ у другому каналу 4 через отвір 6тіла клапана робоче текуче середовище буде діяти у напрямку привідного поршню 3 і переміщувати його з першого положення, вихідного положення, як показано на фіг. 1, до другого положення, віддаленого положення, як показано на фіг. 2. Ці два положення є кінцевими/крайніми положеннями поршня. На своєму шляху до другого положення широка частина 8' тіла клапана " буде розміщена прямо перед отвором 4' частини 4 каналу і закриє його для потоку робочого текучого середовища в каналі 4. Щоб утримати тарілчастий клапан закритим у напрямку до камери згоряння, він попередньо підтиснутий з його валом у напрямку до вихідного положення за допомогою механічної пружини 12 або пружини іншого типу, наприклад, пневматичною пружиною. Привідний поршень може бути жорстко з'єднаним з штоком клапана, як показано на фігурах, але може також спиратися на попередньо щільно затягнутий вал клапана у випадку, який тут не показано. Різні рішення можуть бути створені, не виходячи за рамки винаходу. Циліндр 2 має перший канал 15 для евакуації робочого текучого середовища, яке було впущене у циліндр завдяки вмиканню електроелементу 7 та наступному переміщенню привідного поршню 6. Евакуація відбувається до джерела низького тиску LP/HT і необхідно, щоб привідний поршень повернувся у вихідне положення за допомогою пружини 12. Коли перше тіло клапана відкрите для потоку робочого текучого середовища до циліндру по другому каналу 4, воно також закрите для евакуації/виходу до джерела низького тиску LP/ЛП по першому каналу 15 відповідно до фіг. 2. Вказане відкривання для впуску потоку в каналі 4 не повинно відбуватися до закриття для випуску в каналі 15, і відкриття має відбуватися не раніше, ніж закриття, в іншому випадку існує ризик випуску робочого текучого середовища до того, як буде забезпечено повний вплив на привідний поршень 3, щоб перемістити його. У переважному втіленні є відповідна система управління на основі електроніки, яка має відповідне програмне забезпечення, дає команду електроелементу 7 включити генератор імпульсів тиску, щоб доставляти імпульси тиску, які використовуються для повторного відкриття і закриття впускних та випускних клапанів 11 відповідно до камери згоряння двигуна для здійснення газообміну. У переважному втіленні кожен електроелемент 7 буде триматися включеним протягом такого періоду часу, щоб привідний поршень 3 досягнув своєї віддаленої точки повороту до того, як перше тіло 5 клапана відкриється, щоб випустити робоче текуче середовище. На зворотному шляху привідного поршню у напрямку до вихідного положення електроелемент не повинен бути відключеним з того моменту, коли є достатньо часу, щоб випустити необхідну кількість робочого текучого середовища, щоб зупинити не бажаний хід, який міг би відбутися. Генерується імпульс тиску, який буде зміщувати клапан двигуна 11 з вихідного положення у переміщення, що відкривається, і коли переміщення зупиняється шляхом впливу пружини 12, 3 UA 107307 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 клапан двигуна досягає своєї віддаленої позиції і негайно почне свій шлях назад у вихідне положення. Час, щоб залишити вихідне положення і повернутися до нього знову, тобто тривалість, може досягати кілька мілісекунд. Велика висота підйому/ходу клапана, що має коротку тривалість, дозволить забезпечити хороший газообмін і високі швидкості обертання. Якщо генератор імпульсів тиску має описаний гідравлічний контур, щоб блокувати привідний поршень у його віддаленому положенні, привідний поршень не може почати своє поворотне переміщення у напрямку до вихідного положення раніше відключення електроелементу. Електроелемент повинен бути включеним, щоб змістити перше тіло клапана з вихідного положення, і відключеним, щоб вказане тіло клапана повернути до зазначеного вихідного положення. Слід підкреслити, що генератор імпульсів тиску відповідно до фіг. 1-4 показаний схематично тому, що можливі деякі деталі, незважаючи на те, що вони не показані на фігурах. Таким чином, не показані ні принцип фіксуючої дії гідравлічного контуру, коли закривається клапан двигуна, ні те, що пружину виконану з можливістю повертати перше тіло клапана після відключення електроелемента. На фіг. 3 показана головка циліндра 1, що має генератор імпульсів тиску, де для переважного втілення є гідравлічний контур 10 для випускних клапанів, коли цей винахід застосовується до 4-х тактного приводу і при перемінному стисненні як на 2-х тактних, так й на 4-х тактних двигунах. При перемінному стисненні клапан двигуна не зміщується, але поршень у верхнійчастині камери згоряння 13 в головці циліндра 1 зміщується - не показано на фігурі. Гідравлічний контур забезпечений зворотним клапаном 18 і отвором у третього каналу 16 в першому тілі клапана 5. Коли електроелемент 7 включається, зміщення першого тіла клапана закриє його отвір в каналі 16 для потоку гідравлічного текучого середовища із вказаного контуру 10. Як описано вище друге тіло клапана зміщується в результаті переміщення першого тіла клапана, при цьому гідравлічне текуче середовище пройде зворотний клапан 18 і заповнить утворений простір/камеру 17. Коли клапан приводу досяг свого віддаленого положення, пружину 12 не може повернути його у вихідне положення тому, що гідравлічне текуче середовище не знаходячи виходу з простору 17. Це обумовлено тим, що зворотний клапан разом з першим тілом клапана закриють для потоку з вказаного простору 17, що показано на фіг. 4. Винахід не обмежується описаним вище втіленням, але можуть бути зроблені модифікації в межах обсягу наступної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Генератор імпульсів тиску, що містить: - циліндр (2); - перший канал (15), що проходить від циліндра (2) до області низького тиску LP/НТ; - другий канал (4), що проходить до циліндра (2) з джерела високого тиску НР/ВТ; - кероване перше тіло (5) клапана, що розташоване в каналі (4), щоб відкривати або закривати потік робочого текучого середовища в каналі (4); - електроелемент (7) для управління тілом (5) клапана; - привідний поршень (3), розташований у циліндрі (2) з можливістю переміщення; - пружину (12), встановлену в циліндрі (2) з можливістю використовувати її пружинну дію, щоб утримувати привідний поршень (3) в його вихідному положенні і повертати привідний поршень у вихідне положення після виходу з цього положення; - друге тіло (8) клапана, жорстко з'єднане з привідним поршнем і розташоване біля каналу (4) або в каналі (4) для відкриття або закриття вказаного другого каналу (4), який відрізняється тим, що при включенні електроелемента (7) перше тіло (5) клапана здатне зміщуватися зі свого вихідного положення, при цьому перший канал (15) відкритий, а другий канал (4) закритий, у положення, де він утримує перший канал (15) закритим, а другий канал (4) відкритим в той же час, як друге тіло (8) клапана утримує канал (4) відкритим, при цьому генерується імпульс тиску робочого текучого середовища від джерела високого тиску HP/ВТ, в результаті чого привідний поршень (3) з прилеглим до нього другим тілом (8) клапана переміщується з вихідного положення у напрямку до віддаленого положення, при цьому в процесі вказаного переміщення другого тіла (8) клапана другий канал (4) закривається, і, таким чином, імпульс тиску припиняється, при цьому перше тіло (5) клапана зберігає перший канал (15) закритим для випуску робочого текучого середовища з циліндра (2) до тих пір, поки електроелемент (7) не буде відключено і перше тіло (5) клапана не повернеться у своє вихідне положення. 4 UA 107307 C2 5 10 15 20 25 30 2. Генератор за п. 1, який відрізняється тим, що також містить: - гідравлічний контур (10) з зворотним клапаном (18); - третій канал (16) для евакуації гідравлічного текучого середовища, у якому при включенні електроелемента (7) перше тіло (5) клапана здатне переміщуватися зі свого вихідного положення в положення, де воно утримує перший канал (15) закритим, а другий канал (4) відкритим, і третій канал (16) закритим, в той час, як друге тіло (8) клапана утримує канал (4) відкритим, де генерується імпульс тиску робочого текучого середовища від джерела високого тиску HP/ВТ, в результаті чого привідний поршень (3) з прилягаючим до нього другим тілом (8) клапана будуть переміщуватися з вихідного положення у напрямі до віддаленого положення, при цьому протягом вказаного переміщення гідравлічне текуче середовище буде текти проходячи зворотний клапан (18) в камеру (17), яка утворена переміщенням другого тіла (8) клапана, і коли віддалене положення досягається, зазначена камера (17) заблоковується для відтоку гідравлічного текучого середовища до тих пір, поки електроелемент (7) не відключиться, і таким чином перше тіло (5) клапана повертається у його вихідне положення, при цьому третій канал (16) відкривається для потоку гідравлічного текучого середовища з камери (17) і привідний поршень може бути повернутий у його вихідне положення. 3. Генератор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що у вихідному положенні привідного поршня перше тіло (5) клапана розташоване у першому каналі (15), щоб закривати випуск потоку робочого текучого середовища із циліндра (2), при цьому після цього або одночасно у другому каналі (4), щоб відкривати впуск для робочого текучого середовища в циліндр (2). 4. Генератор за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що другий канал (4), який містить дві частини (4', 4"), де друга частина (4") каналу проходить від джерела високого тиску HP/ВТ до першої частини (4') каналу, в якій розташовано друге тіло (8) клапана з можливістю переміщення, і друге тіло клапана (8) містить вузьку частину (8"), яка у вихідному положенні розташована навпроти другої частини (4") каналу, при цьому зазначена вузька частина має розширення однакове за довжиною або довше, ніж відстань між входом першої частини (4') каналу у циліндр (2) і входом другої частини (4") каналу в першу частину (4') каналу. 5. Генератор за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що він включений у привід клапана, що має клапан (11) двигуна, при цьому привідний поршень (3) спирається на клапан двигуна або жорстко з'єднаний з ним. 5 UA 107307 C2 6 UA 107307 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7