RU2150588C1

RU2150588C1 - Timing gear of four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2150588C1
Application number: RU98119254A
Authority: RU
Inventors: О.Н. Гаршин
Original assignee: Гаршин Олег Николаевич
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; piston engines. SUBSTANCE: timing gear of four-stroke internal combustion engine has housing of cylinder head 1, spring-loaded valve 2 with diameter of poppet equal to 0.6-0.85 of cylinder diameter, and three cylindrical bushings 3, 4 and 5 installed coaxially with valve 2 and arranged inside housing of cylinder head 1 for travelling vertically along axis of rod of valve 2. Bushing 3 overlaps suction space 6, bushing 4 overlaps exhaust space 7, control bushing 5 is installed between bushings 3 and 4 and it has two rods of pusher 7 loaded by springs 9. Control bushing 5 has outer ring beads 10 to engage with inner bead 11 of bushing 3 and inner bead 12 of bushing 5. Bushings 3 and 4 are pressed to upper and lower seats by means of spring 13 installed between bushings 3 and 4 around control bushing 5. Two ring grooves are provided in housing of cylinder head 1 for sealing bushings and 4 and preventing oil from getting into suction space 6 and exhaust space 7. Sealing rings 14 are fitted in ring grooves. EFFECT: improved performance characteristics of internal combustion engine owing to use of bushing-type timing gear. 4 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к двигателестроению, в частности к поршневым четырехтактным двигателям внутреннего сгорания. The proposed solution relates to engine manufacturing, in particular to four-stroke reciprocating internal combustion engines.

Известен одноклапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий тарельчатый клапан, впускной и выпускной коллекторы и заслонку, установленную на шарнире, на перемычке между всасывающим и выпускным коллекторами, расположенными на двух уровнях и приводимую в действие посредством импульсного давления выхлопных газов во время такта выхлопа и посредством разряжения и собственного веса во время такта всасывания. А.С. N 1744279. A one-valve gas distribution mechanism of an internal combustion engine is known, comprising a poppet valve, intake and exhaust manifolds, and a damper mounted on a hinge on a jumper between the intake and exhaust manifolds located at two levels and driven by the pulse pressure of the exhaust gases during the exhaust stroke and by vacuum and dead weight during the suction stroke. A.S. N 1744279.

Недостатком механизма является низкая надежность шарнирного механизма, возможность "зависания" заслонки при работе двигателя на высоких оборотах, невозможность использования механизма в карбюраторных двигателях. The disadvantage of the mechanism is the low reliability of the articulated mechanism, the possibility of "freezing" of the damper when the engine is operating at high speeds, the inability to use the mechanism in carburetor engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий один клапан и две поворотные заслонки, расположенные соответственно в впускном и выпускном каналах. [Заявка ФРГ N 3812988]. Known internal combustion engine containing one valve and two rotary valves located respectively in the inlet and outlet channels. [Application of Germany N 3812988].

Недостатком данного решения является усложнение схемы газораспределительного механизма за счет дополнительного механизма привода заслонок, увеличения сопротивления движению выхлопных газов в выхлопном канале в результате турбулентности, создаваемой заслонкой, сложность обеспечения плотности закрытия заслонок, малый моторесурс осевого механизма, работающего в выхлопной полости. The disadvantage of this solution is the complication of the gas distribution mechanism due to the additional damper drive mechanism, increasing the resistance to movement of exhaust gases in the exhaust channel as a result of the turbulence created by the damper, the difficulty of ensuring the closure density of the damper, and the small life of the axial mechanism operating in the exhaust cavity.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый клапан шиберного типа и тарельчатый клапан. [Заявка ФРГ N 3725049, кл. F 01 L 1/28] . Closest to the technical nature of the proposed technical solution is an internal combustion engine containing a hollow gate valve type and a poppet valve. [Application of Germany N 3725049, cl. F 01 L 1/28].

Недостатком данного решения является:
1. Отсутствие смазки между уплотнительными кольцами в нижней части полого шиберного клапана и внутренней поверхности головки цилиндра и самого цилиндра, что снижает надежность и моторесурс данного механизма, и требует его частой замены.The disadvantage of this solution is:
1. Lack of lubrication between the sealing rings in the lower part of the hollow gate valve and the inner surface of the cylinder head and the cylinder itself, which reduces the reliability and service life of this mechanism, and requires its frequent replacement.

2. Большая металлоемкость верхней части клапанного узла и отсутствие охлаждения этой части неминуемо приведет к чрезмерному нагреву металла, перегреву масла и, как следствие этого, накоплению смолистых отложений в наружной пружинной полости и заклиниванию всего клапанного узла. 2. The large metal content of the upper part of the valve assembly and the lack of cooling of this part will inevitably lead to excessive heating of the metal, overheating of the oil and, as a consequence, the accumulation of tar in the external spring cavity and jamming of the entire valve assembly.

3. Большой наружный диаметр тарелки клапана - 0,88 диаметра цилиндра и малый размер выхлопных отверстий в верхней части пустотелого шиберного клапана, создают сопротивление при выхлопе и снижают положительный эффект большого проходного сечения клапанного канала. 3. The large outer diameter of the valve disc - 0.88 of the cylinder diameter and the small size of the exhaust holes in the upper part of the hollow gate valve, create resistance to exhaust and reduce the positive effect of the large bore of the valve channel.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что механизм газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания содержит тарельчатый клапан и газораспределительную цилиндрическую втулку, установленную соосно с тарельчатым клапаном внутри головки цилиндра, причем газораспределительная цилиндрическая втулка выполнена из двух запирающих и одной управляющей втулок, установленных между собой с помощью двух внешних кольцевых торцевых буртов у управляющей втулки и по одному внутреннему торцевому кольцевому бурту у запирающих втулок, а на управляющей втулке с внешней стороны установлена пружина, которая упирается в торцы запирающих втулок. The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the gas distribution mechanism of a four-stroke internal combustion engine comprises a poppet valve and a gas distribution cylindrical sleeve mounted coaxially with a poppet valve inside the cylinder head, the gas distribution cylindrical sleeve made of two locking and one control bushings installed between each other using two outer annular end collars at the control sleeve and one inner end annular bu the mouth of the locking bushings, and on the control sleeve from the outside there is a spring that abuts against the ends of the locking bushings.

При осуществлении предлагаемого технического решения достигается улучшение рабочих характеристик двигателей внутреннего сгорания за счет снижения сопротивления клапанного канала путем увеличения его проходного сечения и данное техническое решение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания различных типов: бензиновых, дизельных, с наддувом и без наддува. When implementing the proposed technical solution, an improvement in the performance of internal combustion engines is achieved by reducing the resistance of the valve channel by increasing its bore and this technical solution can be used in four-stroke internal combustion engines of various types: gasoline, diesel, supercharged and naturally aspirated.

Предлагаемые чертежи поясняют устройство и работу механизма газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания где:
фиг. 1 - схема общего вида механизма газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 2 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта всасывания;
фиг. 3 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта сжатия и рабочего хода;
фиг. 4 - схематическое изображение работы механизма газораспределения в разрезе во время такта выхлопа.The proposed drawings explain the arrangement and operation of the gas distribution mechanism of a four-stroke internal combustion engine where:
FIG. 1 is a diagram of a general view of a gas distribution mechanism of a four-stroke internal combustion engine;
FIG. 2 is a schematic sectional view of the operation of the gas distribution mechanism during the suction stroke;
FIG. 3 is a schematic sectional view of the operation of the gas distribution mechanism during a compression stroke and a stroke;
FIG. 4 is a schematic view of the operation of the gas distribution mechanism in the context during the exhaust stroke.

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит корпус головки цилиндра 1, подпружиненный тарельчатый клапан 2, диаметр тарелки которого составляет 0,6 - 0,85 диаметра цилиндра и установленные соосно с клапаном 2 три цилиндрические втулки 3, 4 и 5, расположенные внутри корпуса головки цилиндра 1 с возможностью перемещения вертикально вдоль оси штока клапана 2. Втулка 3 перекрывает всасывающую полость 6, втулка 4 перекрывает выхлопную полость 7, управляющая втулка 5 установлена между втулками 3 и 4 и имеет два штока толкателя 8, подпружиненных пружинами 9. Управляющая втулка 5 имеет наружные кольцевые бурты 10, которыми взаимодействуют с внутренним буртом 11 втулки 3 и внутренним буртом 12 втулки 4. К верхнему и нижнему седлу втулки 3 и 4 прижимаются посредством пружины 13, установленной между втулками 3 и 4 вокруг управляющей втулки 5. Для уплотнения втулок 3 и 4, и предотвращения попадания масла в всасывающую 6 и выхлопную 7 полости в корпусе головки цилиндра 1 имеются две кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца 14. The gas distribution mechanism of the internal combustion engine comprises a cylinder head housing 1, a spring-loaded poppet valve 2, the diameter of the poppet of which is 0.6 - 0.85 cylinder diameters and three cylindrical bushings 3, 4 and 5 located coaxially with the valve 2 and located inside the cylinder head housing 1 with the ability to move vertically along the axis of the valve stem 2. Sleeve 3 overlaps the suction cavity 6, sleeve 4 overlaps the exhaust cavity 7, the control sleeve 5 is installed between the bushings 3 and 4 and has two plunger rods 8, spring-loaded with springs 9. The control sleeve 5 has an outer annular collar 10, which interact with the inner collar 11 of the sleeve 3 and the inner collar 12 of the sleeve 4. To the upper and lower saddles of the sleeve 3 and 4 are pressed by means of a spring 13 installed between the bushings 3 and 4 around the control bushings 5. To seal bushings 3 and 4, and to prevent oil from entering the suction 6 and exhaust 7 cavities in the cylinder head housing 1, there are two annular grooves in which the sealing rings 14 are installed.

Устройство работает следующим образом. Во время тактов сжатия и рабочего хода клапан 2 находится в закрытом положении, втулка полости всасывания 3 и втулка выхлопной полости 4 под действием пружины 13 прижаты к седлам всасывающей 6 и выхлопной 7 полостей и перекрывают эти полости. Управляющая втулка 5 находится в среднем положении и в следствии наличия торцевого зазора 0,6 - 0,8 мм между наружными кольцевыми буртами 10, управляющей втулки 5 и внутренними кольцевыми буртами 11 и 12 запирающих втулок 3 и 4, управляющая втулка не оказывает действия на втулки 3 и 4. После завершения рабочего хода поршня кулачки (не показаны) управляющей втулки 5 и клапана 2 одновременно воздействуют на толкатели (не показаны) клапана 2 и распределительной втулки 5 и заставляют их перемещаться вдоль оси вниз, открывая клапанный канал и выхлопную полость. При этом управляющая втулка 5 своим верхним наружным кольцевым буртом 10 воздействует на внутренний кольцевой бурт 12 втулки 4, перемещает ее вниз вдоль оси и сжимает пружину 13. Во время такта выпуска отработанных газов, поршень перемещается вверх, вытесняет продукты сгорания топлива через клапанный канал и внутреннюю полость втулок в выхлопную полость 7. Для удаления выхлопных газов из внутривтулочного пространства используется продувочное устройство (на схеме не показано), которое подает импульсную струю сжатого воздуха P = 20 - 40 кг/см² под углом 9^o к оси клапана на внутреннюю поверхность тарелки клапана 2, при положении шатунной шейки коленчатого вала с 15^o до ВМТ - до 5^o до ВМТ. Импульсная струя воздуха обтекает тарелку клапана 2, попадает в камеру сгорания, увеличивается в объеме и в следствии нагрева и повышения давления, вытесняет из камеры сгорания остатки выхлопных газов через внутривтулочное пространство в выхлопную полость 7.The device operates as follows. During the compression strokes and the stroke, the valve 2 is in the closed position, the sleeve of the suction cavity 3 and the sleeve of the exhaust cavity 4 are pressed against the saddles of the suction 6 and exhaust 7 cavities by the action of the spring 13 and overlap these cavities. The control sleeve 5 is in the middle position and due to the presence of an end gap of 0.6 - 0.8 mm between the outer ring collars 10, the control sleeve 5 and the inner ring collars 11 and 12 of the locking bushings 3 and 4, the control sleeve does not act on the bushings 3 and 4. After completion of the piston stroke, the cams (not shown) of the control sleeve 5 and valve 2 simultaneously act on the plungers (not shown) of the valve 2 and the distribution sleeve 5 and cause them to move downward along the axis, opening the valve channel and the exhaust polo st. In this case, the control sleeve 5 with its upper outer annular collar 10 acts on the inner annular collar 12 of the sleeve 4, moves it down along the axis and compresses the spring 13. During the exhaust cycle, the piston moves upward, displacing the products of fuel combustion through the valve channel and the internal the cavity of the bushings in the exhaust cavity 7. To remove exhaust gases from the intrathoracic space, a purge device (not shown in the diagram) is used, which delivers a pulsed stream of compressed air P = 20 - 40 kg / cm ² under angle of 9 ^o to the axis of the valve on the inner surface of the valve plate 2, with the position of the crank pin of the crankshaft from 15 ^o to TDC - up to 5 ^o to TDC. A pulsed air stream flows around the valve 2 plate, enters the combustion chamber, increases in volume and, as a result of heating and pressure increase, displaces the remaining exhaust gases from the combustion chamber through the in-duct space into the exhaust cavity 7.

После завершения такта выхлопа управляющая втулка 5 быстро перемещается вверх вдоль оси клапана 2 и, пройдя среднее положение, своим верхним наружным кольцевым буртом 10 освобождает втулку 4, которая под действием пружины 13 прижимает ее к верхнему седлу, тем самым перекрывая выхлопную полость 7. Нижним наружным кольцевым буртом управляющая втулка 5 захватывает внутренний кольцевой бурт 11 втулки 3 и перемещает ее вверх вдоль оси, открывая полость всасывания 6. After the exhaust stroke is completed, the control sleeve 5 quickly moves upward along the axis of the valve 2 and, having passed the middle position, releases the sleeve 4 with its upper outer ring shoulder 10, which, under the action of the spring 13, presses it against the upper seat, thereby blocking the exhaust cavity 7. The lower outer annular collar control sleeve 5 captures the inner annular collar 11 of the sleeve 3 and moves it up along the axis, opening the suction cavity 6.

После завершения такта всасывания и закрытия клапана 2, управляющая втулка 5 перемещается в среднее положение. При этом втулка 3 под действием пружины 13 перемещается вдоль оси вниз и прижимается к нижнему седлу, перекрывая всасывающую полость 6. Далее циклы повторяются. After completing the suction stroke and closing the valve 2, the control sleeve 5 is moved to the middle position. In this case, the sleeve 3 under the action of the spring 13 moves along the axis downward and is pressed against the lower saddle, blocking the suction cavity 6. Next, the cycles are repeated.

В результате большой величины проходного сечения клапанного канала и газового тракта уменьшается сопротивление движению поршня при всасывании и выхлопе и, следовательно увеличивается КПД двигателя внутреннего сгорания. Использование трехвтулочного механизма дает возможность применения его в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания любых типов, в дизелях и карбюраторных бензиновых. As a result of the large passage area of the valve channel and the gas path, the resistance to the movement of the piston during suction and exhaust is reduced and, therefore, the efficiency of the internal combustion engine is increased. The use of a three-plug mechanism makes it possible to use it in four-stroke internal combustion engines of any type, in diesel engines and gasoline carburetor.

Claims

The gas distribution mechanism of a four-stroke internal combustion engine, comprising a poppet valve and a gas distribution cylindrical sleeve mounted coaxially with a poppet valve inside the cylinder head, characterized in that the gas distribution cylindrical sleeve is made of two locking and one control bushings installed between themselves by means of two outer end collars at the control sleeve and one inner ring collar at the locking bushings, and on the control a spring is installed on the sleeve from the outside, which abuts against the ends of the locking bushings.