Предполагаемое изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано как в конструкциях четырехтактных карбюраторных двигателей, так и дизелей.The alleged invention relates to the field of internal combustion engines and can be used both in the design of four-stroke carburetor engines and diesel engines.
Известен механизм газораспределения, используемый в конструкции карбюраторного двигателя, описанный и показанный на стр.42-43, рис.43 в книге Стеблева Н.М. "Современный автомобиль". Издательство ДОСААФ М., 1955 г. Такой механизм состоит из впускного и выпускного клапанов, каждый из которых выполнен в виде стержня, плавно переходящего в головку, и последняя по своей образующей снабжена рабочей поверхностью, взаимодействующей с седлом клапана, запрессованным в блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Каждый из клапанов подпружинен относительно блока цилиндров и управляется с помощью толкателей, взаимодействующих с распределительным валом ДВС.С помощью клапанов за четыре хода движения поршня происходит заполнение цилиндров горючей смесью, ее сжатием, горением ее и расширением, и выпуском отработанных газов. Заполнение горючей смесью происходит из всасывающего коллектора, расположенного в блоке цилиндров, а выпуск отработанных газов в выхлопной коллектор. Несмотря на свою эффективность использования, такой механизм газораспределения обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что всасывание горючей смеси и удаление из цилиндров отработанных газов происходит через узкие щели, расположенные между седлами клапанов и внешними образующими поверхностями клапанных головок. Такое явление снижает эффективность заполнения горючей смесью полости цилиндра при всасывании и "очистку" этого же объема от отработанных газов, а так же способствует неравномерному распределению, температуры по всему объему головки клапана.The known gas distribution mechanism used in the design of the carburetor engine, described and shown on pages 42-43, Fig. 43 in the book of N. Steblev "Modern car." DOSAAF M. Publishing House, 1955. Such a mechanism consists of inlet and outlet valves, each of which is made in the form of a rod that smoothly passes into the head, and the latter is provided with a working surface interacting with the valve seat, pressed into the cylinder block of the internal engine combustion. Each of the valves is spring-loaded with respect to the cylinder block and is controlled by means of pushers interacting with the engine camshaft. Using the valves in four strokes of the piston movement, the cylinders are filled with a combustible mixture, compressed, burned and expanded, and exhaust gases are released. Filling with a combustible mixture occurs from the intake manifold located in the cylinder block, and the exhaust gas is discharged into the exhaust manifold. Despite its efficiency of use, such a gas distribution mechanism has a significant drawback, namely, that the intake of the combustible mixture and removal of exhaust gases from the cylinders occurs through narrow slots located between the valve seats and the external forming surfaces of the valve heads. This phenomenon reduces the efficiency of filling with a combustible mixture of the cylinder cavity during suction and "cleaning" the same volume of exhaust gases, and also contributes to the uneven distribution of temperature throughout the volume of the valve head.
Известен также механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания описанный в патентном документе US 2009114182, А1 опубликованного 07.05.2009 г. состоящего из стержня плавно переходящего по образующей усеченного конуса в головку, снабженную рабочей поверхностью, взаимодействующую с седлом и по его высоте выполнен ряд пазов, разделенных друг относительно друга криволинейной формы ребрами. Несмотря на свою эффективность использования, конструкция такого механизма газораспределения также недостаточно эффективна с точки зрения недостаточно высокой пропускной его способности при выпуске отработанных газов и поступающей в цилиндр горючей смеси.The gas distribution mechanism of an internal combustion engine is also described in patent document US 2009114182, A1 published on 05/07/2009 consisting of a rod smoothly passing along a generatrix of a truncated cone into a head equipped with a working surface, interacting with the saddle and a series of grooves separated by relative to another curved shape with ribs. Despite its efficiency of use, the design of such a gas distribution mechanism is also not efficient enough from the point of view of insufficiently high throughput capacity for the exhaust gas and the combustible mixture entering the cylinder.
Поэтому, целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности работы механизма газораспределения ДВС за счет увеличения проходных сечений впускного и выпускного клапанов, через которые в цилиндры поступает горючая смесь и удаляются из него отработанные газы, а так же равномерного распределения теплового поля по всему объему головок клапанов.Therefore, the aim of the proposed invention is to increase the efficiency of the engine gas distribution mechanism by increasing the flow areas of the intake and exhaust valves, through which the combustible mixture enters the cylinders and exhaust gases are removed from it, as well as the uniform distribution of the thermal field throughout the volume of the valve heads.
Поставленная цель достигается тем, что пазы имеют, по своей длине различный по величине радиус, уменьшающийся в сторону стержня клапана.This goal is achieved in that the grooves have, in their length, a radius of different magnitude, decreasing towards the valve stem.
На чертежах фиг.1 показан общий вид закрытого клапана с продольным его разрезом, на фиг.2 вид на клапан по стрелке А и на фиг.3 клапан в открытом состоянии.In the drawings of FIG. 1, a general view of a closed valve with a longitudinal section thereof is shown, in FIG. 2 is a view of the valve in the direction of arrow A and in FIG. 3, the valve is in the open state.
Клапан механизма газораспределения ДВС состоит из стержня 1 и головки 2, снабженной рабочей поверхностью 3, взаимодействующей с подобной седла 4. В пространстве между головкой 2 и стержнем 1 выполнены криволинейной формы ребра 5, а между ними расположены полукруглой формы пазы 6. Седло 4 жестко закреплено в блоке цилиндров 7, который примыкает к выхлопному коллектору 8 двигателя.The valve of the engine gas distribution mechanism consists of a rod 1 and a head 2 provided with a working surface 3 interacting with a similar seat 4. In the space between the head 2 and the rod 1, the ribs 5 are curved, and the grooves are semicircular in shape 6. The saddle 4 is rigidly fixed in the cylinder block 7, which is adjacent to the exhaust manifold 8 of the engine.
Работает клапан механизма газораспределения ДВС следующим образом. Известно, что наиболее теплонапряженным является выпускной клапан теплового двигателя и поэтому предположим, что на фиг.1, 2 и 3 представлен именно такой клапан. При режимах сжатия и рабочего хода клапан закрыт (фиг.1) и он своей рабочей поверхностью 3 плотно прижат к седлу 4, при этом его головка 2 нагревается до температуры порядка 800°C. В этом случае такое температурное поле распространяется и по пазам 6 и ребрам 5, но так как ребра 5 имеют незначительную толщину δ по сравнению с основным телом клапана, то они отдают в пространство выхлопного коллектора 8 часть тепла снижая тем самым температуру клапана, а, следовательно, и его теплонапряженность. Теперь представим, что клапан открыт (см. фиг.3), что соответствует режиму выпуска обработанных газов. В этом случае головка клапана 2 еще имеет достаточно высокую температуру также порядка 800°C но выхлопные газы начинают протекать не только в пространстве седла 4 по стрелкам В, но и проходят по стрелкам С в пазах 6 между ребрами 5 со все увеличивающейся скоростью движения за счет сужения пазов 6. Такое явление позволяет не только увеличить проходное сечение клапана, но и "отобрать" проходящему потоку газов температуру от его головки за счет наличия ребер 5, которые являются элементами, имеющими высокую теплопроводность в сравнение со стержнем 1 и головкой 2. Все это в итоге обеспечит необходимую надежность клапана и позволит более эффективно производить очистку цилиндров от выхлопных газов. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.The valve of the engine timing mechanism works as follows. It is known that the most heat-stressed is the exhaust valve of a heat engine, and therefore, suppose that such a valve is shown in Figs. 1, 2 and 3. Under compression and stroke modes, the valve is closed (Fig. 1) and it is firmly pressed against its seat 4 by its working surface 3, while its head 2 is heated to a temperature of about 800 ° C. In this case, such a temperature field propagates along the grooves 6 and ribs 5, but since the ribs 5 have a small thickness δ in comparison with the main body of the valve, they transfer part of the heat to the space of the exhaust manifold 8, thereby reducing the temperature of the valve, and therefore , and its heat intensity. Now imagine that the valve is open (see figure 3), which corresponds to the mode of release of the treated gases. In this case, the valve head 2 still has a sufficiently high temperature of about 800 ° C, but the exhaust gases begin to flow not only in the space of the saddle 4 along arrows B, but also pass along the arrows C in the grooves 6 between the ribs 5 with an ever increasing speed due to narrowing of the grooves 6. This phenomenon allows not only to increase the flow area of the valve, but also to "select" the temperature of the passing gas stream from its head due to the presence of fins 5, which are elements that have high thermal conductivity in comparison with rod 1 and head 2. All this will ultimately provide the necessary reliability of the valve and will allow more efficient cleaning of the cylinders from exhaust gases. Further, the processes described may be repeated repeatedly.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными конструкциями газораспределительных механизмов ДВС, очевидно, так как оно позволяет увеличить проходное сечение клапанов, как впускных, так и выпускных и снизить теплонапряженность их за счет повышенной теплоотдачи имеющихся на них ребер.The technical and economic advantage of the proposed technical solution in comparison with the known designs of the gas distribution mechanisms of the internal combustion engine is obvious, since it allows to increase the flow area of the valves, both inlet and outlet, and to reduce their heat stress due to the increased heat transfer of the fins present on them.
