WO2016144281A1 - Крановый золотник - Google Patents

Крановый золотник Download PDF

Info

Publication number
WO2016144281A1
WO2016144281A1 PCT/UA2015/000051 UA2015000051W WO2016144281A1 WO 2016144281 A1 WO2016144281 A1 WO 2016144281A1 UA 2015000051 W UA2015000051 W UA 2015000051W WO 2016144281 A1 WO2016144281 A1 WO 2016144281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
spool
valve
stator
welded
Prior art date
Application number
PCT/UA2015/000051
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ
Original Assignee
Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ filed Critical Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ
Publication of WO2016144281A1 publication Critical patent/WO2016144281A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation

Definitions

  • the invention relates to gas distribution mechanisms that are used in reciprocating internal combustion engines with both forced ignition and compression ignition.
  • the technical field in which this device is used is automobile transport.
  • a large number of spool valve mechanisms are used with a piston as a spool, with rotary and sliding sleeves, with flat spools, with conical and cylindrical spools.
  • the closest prototype of this invention is a gas distribution mechanism with a rotating cylindrical spool, the description of which is given in the textbook / Orlin A. S, Kruglov M. G. Internal combustion engines M. "Engineering", 1980 /.
  • the drawing of this cylindrical spool 1 is shown in FIG. one .
  • the advantage of a gas distribution valve with a rotating cylindrical valve is the noiseless operation, large flow areas for gases, the ability to work at a higher engine shaft speed.
  • valve spool with a rotating cylindrical spool As can be seen from FIG. 1, it is that after the exhaust process, part of the exhaust gas remains in the combustion chamber and in the internal cavity of the spool. At the beginning of the intake process, the exhaust gases again enter the cylinder, which reduces the maximum power that the engine can develop.
  • the basis of the invention is the task of creating such a tap valve, which would have avoided the repeated ingress of exhaust gases into the engine cylinder, could carry out the gas exchange process in several cylinders and in which the rotating part of the cylindrical shape would have a small mass.
  • the technical result of the invention of a valve spool will be the creation of such an internal combustion engine, which will have increased maximum power.
  • the technical result, namely the creation of an internal combustion engine with an increased maximum power, is achieved by the fact that the valve spool is used only as an intake organ, and either the windows on the side of the cylinder or another valve spool in the cylinder head are used as the exhaust valve.
  • a spool rotor having the form of a pipe segment with a shank welded to it with a slot for driving a spool at one end, at the other end has an inlet, and outlet openings, the number of which coincides with the number of side the stator holes are located on the side surface of the rotor so that the distances between the nearest projections of the centers of these holes on a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor are equal to each other and the distances between the nearest projections of the centers of the side holes of the rotor on the axis of rotation are equal to each other and equal to the distances between the centers of the nearest side holes of the stator.
  • the center of the side hole of the rotor is a conditional point that lies on the generatrix of the outer surface of the spool rotor passing through two maximally distant ⁇
  • the crane slide valve which carries out the intake process, is equipped with a three-cylinder two-stroke engine with exhaust windows on the side surface of the wet cylinder liner.
  • the spool rotor speed is the same as the crankshaft speed.
  • the engine is equipped with two centrifugal superchargers mounted on a common shaft. One of them pumps atmospheric air into the inner cavity of the valve spool rotor, and the other pumps exhaust gases from the exhaust manifold into the exhaust pipe.
  • the engine is equipped with a very high cylinder head, in which there is a cooling cavity and into which the wet sleeve is inserted about half its height. In this regard, the engine is equipped with a tunnel type crankcase.
  • the movable part of the spool is the rotor of the spool 2, which is shown in section in FIG. 2. It is equipped with a rotor shank 3, a slot 4, a stop edge of the shank 5, an inlet of the rotor 6, and the outlet holes of the rotor of the spool 7 (three pieces).
  • FIG. 3 and FIG. 4 shows sections along A - A and B - B.
  • FIG. 3 and FIG. 4 shows sections along A - A and B - B.
  • FIG. 5 shows a cross section of the stator of the spool 9, which is structurally integrated with the cylinder head. This section is made by a plane passing through the axis of rotation of the spool rotor in the stator of the spool and parallel to the axes of the engine cylinders.
  • FIG. 5 shows the lateral openings of the stator of the spool 10, each of which communicates with the combustion chamber of the corresponding cylinder, an oil channel under pressure 1 1, to which four small channels are connected through which lubricant is supplied to the rotor of the spool 2.
  • On the inner surface of the stator of the spool 9 there are four grooves for oil passage 12. Having passed through the grooves for oil passage 1 2 and through four small channels, oil enters the oil drainage channel 14.
  • two oil scraper In order to prevent oil from entering the chambers during operation of the spool of combustion with each small channel are two oil scraper
  • the width of the outlet openings of the spool rotor 7 is approximately two times the width of the side openings of the stator of the spool 10.
  • FIG. Figure 6 shows an enlarged section along the C - C section of the stator of the spool 9, which is structurally combined with the cylinder head with the rotor of the spool 2 located in it.
  • the rotor of the spool 2 is shown in the fully open position.
  • FIG. 6 shows the inner cavity of the spool rotor 18, seals 1 9, cooling system 20, exhaust manifold 25, blower shaft 27, piston 3 1, which is located at the bottom dead center, spark plug 32.
  • the engine is equipped with this crane valve as well as an internal combustion engine with fuel injection into the cylinders and direct-flow blowing. Gas exchange is carried out due to the pressure difference that two centrifugal supercharger.
  • An engine equipped with the described tap valve can be either a positive ignition engine or a compression ignition engine.
  • the basis of the invention is the task of such an improvement in the valve spool, which will improve the fuel efficiency of the engine.
  • the technical result will be a reduction in the consumption of expensive hydrocarbon fuels.
  • the technical result is achieved by the fact that in the process of purging through each of the side holes of the stator of the spool 10, atmospheric air first enters the cylinder of the engine, which purges the cylinder, and then a mixture of air with gasoline or combustible gas also enters the cylinder of the engine.
  • the essence of the invention of a valve spool for a forced-ignition internal combustion engine is that in the middle of the inner cavity of the spool rotor 1 8 there is an inner rotor pipe with an inlet at the end and several oblong openings on the side surface, as well as several connecting pipes, each of which one end is welded to the edge of the hole on the side surface of the inner pipe of the rotor, and part of the other end is welded to the part of the edge of the outlet Rostia spool rotor 7. INDUSTRIAL APPLICABILITY.
  • This part consists of the inner pipe of the rotor 15, which is a piece of pipe welded from one end and having three oblong holes on the side surface. The edges of these elongated holes are welded to the edges of the connecting pipes 16, which are in the form of short segments of flattened pipes.
  • the inner pipeline of the rotor 15 with the welded connecting nozzles 1 6 is inserted into the inner cavity of the rotor of the valve 1 8. Then a part of the edge of each connecting pipe 16 is welded to the corresponding part of the outlet of the rotor of the valve 7, after which the side surface of the rotor of the valve is ground.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view along E-E, enlarged, the inner pipe of the rotor 15, when it is already welded into the rotor of the spool 2. Also in FIG. 8 shows the connecting pipe 16, the cavity of the inner pipe of the rotor 17, the internal cavity of the rotor of the spool 1 8, the cooling groove 8, the weld 22, the outlet of the connecting pipe 23, the outlet of the rotor of the spool 7.
  • FIG. 9 shows a section along D - D of an internal combustion engine with forced ignition equipped with a valve spool, in which in the inner cavity of the rotor of the valve 18 the inner pipe of the rotor 15 is located with connecting pipes 16.
  • the cut is made by a plane that is formed by the axis of rotation of the rotor of the spool 2 and the axis of rotation of the shaft of the superchargers 27, on which the centrifugal supercharger of atmospheric air 28 and the centrifugal supercharger of exhaust gases 26 are mounted.
  • FIG. 9 also shows a fuel pipe with an injector 29, a gear transmission 30, a chain gear 42, a spline connection 40, a thrust washer of a spool with a cut 45, an exhaust pipe 21, a bearing 41, a power take-off shaft 24.
  • About one turn of the rotor of the spool 2 has about three rotations of the shaft superchargers 27.
  • FIG. 10 The principle of operation of the valve spool is illustrated by the drawings of FIG. 10, FIG. 1 1, FIG. 1 2, FIG. 1 3, FIG. 14, which are a section of FIG. 9 to F - F.
  • the small crosses indicate exhaust gases
  • open circles indicate atmospheric air
  • filled circles indicate a mixture of air with gasoline or gas.
  • an internal combustion engine with positive ignition operates as follows. Through a fuel line with an injector 29, fuel continuously enters the cavity of the inner pipe of the rotor 17 and mixes with air.
  • piston 3 1 is depicted in a position not reaching fifty degrees to the bottom dead center. The spool valve and the exhaust windows are closed, and a discharge is created in the exhaust manifold 25, due to the operation of the centrifugal exhaust gas blower 26. With further movement of the piston to the bottom dead center, the exhaust windows open and the exhaust gases flow intensively from the cylinder to the exhaust manifold 25.
  • FIG. eleven the piston is depicted in a position not reaching thirty degrees to bottom dead center. With further movement of the piston to the bottom dead center, the outlet of the rotor of the spool 7 opens and the cylinder is intensively blown with air.
  • the piston is at the bottom dead center. After that, the piston starts
  • the electrodes of the spark plug will be in a mixture of air with fuel, which will be either depleted, normal, enriched, or rich. In any case, after the formation of a spark between the electrodes, a stable ignition of the combustible mixture will occur. Similar processes occur in two other cylinders.
  • the valve spool described in the first claim is used both in a forced ignition engine and in a compression ignition engine, i.e., a diesel engine.
  • a diesel engine equipped with a tap valve has a common drawback for all diesel engines, namely, the weak turbulence of the air entering the cylinder at low and medium engine speeds. The consequence of this is the low volatility of fuel droplets injected into the cylinder and a longer combustion process.
  • the basis of the invention is the task of such an improvement in the valve spool for a diesel engine, which would allow for the rotational movement of air in the engine cylinder during its filling.
  • the technical result will be the creation of a diesel engine with better volatility of fuel droplets injected into the cylinder, which will improve the combustion process at low and medium engine speeds.
  • the technical result is achieved by the fact that droplets of fuel, during the injection into the cylinder, move towards the air charge, which carries out rotational motion in the cylinder.
  • valve spool for a compression ignition internal combustion engine is that an edge of a separate guide pipe, which is located in the middle of the inner cavity of the spool rotor, is welded to the edge of each outlet of the spool rotor described in the first claim.
  • the structural element of the valve valve which provides the process of rotation of air in the cylinder, is a guide pipe 33, which is shown in section in FIG. 1 5.
  • FIG. 16 shows a section through the guide pipe along G - G.
  • Three of these guide pipe pipes 33 are inserted alternately into the inner cavity of the spool rotor 1 8 and the edge of the guide pipe 33 is welded to the edge of the outlet of the spool rotor 7. After that, the outer surface of the spool rotor 2 is ground.
  • a portion of the rotor of the spool 2 with a guide pipe 33 welded to it is shown in section in FIG. 1 7.
  • Crane spool works as follows. Under the action of a differential pressure in the inner cavity of the spool rotor 1 8 and the engine cylinder, the air enters first into the guide pipe 33, where it changes the direction of its movement, and then into the cylinder. In the cylinder, the air flow hits the cylinder wall and, reflecting from it, continues to carry out rotational movement in the cylinder. When the tap valve closes, compression occurs, at the end of which fuel is tangentially injected into the cylinder towards the swirling movement of the air charge. The fuel is injected with a nozzle with one atomizer, which
  • An advantage of the described spool valve for a diesel engine is the ability to rotate movement of the air charge.
  • the disadvantage of the described spool is that it allows the rotational movement of air in the cylinder to be effectively carried out only with sufficiently fast air movement in the guide pipe 33, which occurs at medium and high engine speeds. At low engine speeds, the rate of air flow from the guide pipe 33 will be small. As a result, the intensity of the rotational movement of the air charge will be insufficient for the efficient evaporation of fuel droplets.
  • the basis of the invention is the task of such an improvement in the valve spool for a compression ignition engine, which will allow for intensive rotational movement of the air charge in the cylinder at idle and at low engine speeds.
  • the technical result will be improved evaporation of droplets of fuel at idle and at low speeds of a diesel engine.
  • the technical result is achieved by the fact that from the guide pipe 33, air enters the cylinder at high speed at all engine operating modes.
  • the essence of the improvement of the invented tap valve for the engine with forced ignition is that guide vanes are mounted in the inner cavity of the guide pipe 33, and the rotor shank is equipped with a centrifugal regulator.
  • valve spool In order to confirm the possibility of improving the valve spool and the possibility of equipping a diesel engine with this valve spool, we give a description of the valve spool in a static state and describe the principle of its operation.
  • FIG. 1 A portion of the spool rotor structurally integrated with the centrifugal regulator 36, with the guide pipe 33 and the guide vanes 34 is shown in section in FIG. 19.
  • This drawing also shows a nozzle with one sprayer 35, loads 37, which are in the form of short pipes cut in half, gear sectors 38, a rack with two rows of teeth 39, a small thrust washer of the spring 43, spring 44, a large thrust washer of the spring 46.
  • FIG. 19 thrust spool washer with a slit 45 removed. This is done so that in the process of operation, the slot 4 can move along the spline connection 40, since in the process of operation the valve spool will not only rotate, but also reciprocate along the axis of rotation.
  • arrows indicate the movement of an air charge, and short dashes indicate the movement of fuel droplets during the injection process.
  • Crane spool diesel engine operates as follows. At low engine speeds, FIG. 19, the centrifugal force acting on the loads 37 is less than the elastic force of the spring 44, as a result of which the spring presses the slot 4 against the large thrust washer of the spring 46. In this case, the air charge enters the cylinder through only one of the three small guide channels.
  • the centrifugal force acting on the loads 37 also increases and at some point it becomes larger than the spring force and, by means of the gear sectors 38 and the rack with two rows of teeth 39, the centrifugal force begins to compress the spring 44.
  • the slot 4 is detached from the large thrust washer of the spring 46 and begins to move along the spline connection 40, as a result of which the spool rotor begins to move along its axis of rotation. In this case, the air charge enters
  • stator spool 9 in FIG. 5 - section stator spool 9;
  • FIG. 8 section of the inner pipe of the rotor 1 5 along E - E, when it is welded into the rotor of the spool 2 (increased); in FIG. 9 - section along D - D of an internal combustion engine with
  • FIG. 1 1 - section along F - F with the piston position not reaching thirty degrees to the bottom dead center;
  • FIG. 16 section of the guide pipe 33 along G - G (increased); in FIG. 17 - part of the rotor of the valve 2 with welded to it
  • FIG. 19 is a section along D - D of an internal combustion engine with
  • FIG. 20 - a section along D — D of an internal combustion engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sliding Valves (AREA)
  • Storage Of Web-Like Or Filamentary Materials (AREA)

Abstract

Крановый золотник состоит из ротора (2) и статора. Статор объединен с головкой блока цилиндра и имеет торцевые и боковые отверстия. Боковые отверстия статора сообщаются с камерами сгорания цилиндров двигателя. Ротор (2) золотника имеет форму отрезка трубы с приваренным к нему хвостовиком (3) с зубчатой рейкой и шлицем (4) для привода ротора (2) на одном из торцов. На другом торце ротора (2) золотника имеется впускное отверстие (6). Выпускные отверстия (7), количество которых совпадает с количеством боковых отверстий статора, расположены на боковой поверхности ротора (2) золотника. Расстояния между ближайшими проекциями центров боковых отверстий (7) ротора золотника на плоскость перпендикулярную оси вращения ротора (2) золотника равны между собой. Расстояния между ближайшими проекциями центров боковых отверстий (7) ротора (2) золотника на ось его вращения равны между собой и равны расстояниям между центрами ближайших боковых отверстий статора. Технический результат заключается в обеспечении аксиального смещение золотника вдоль оси вращения за счет взаимодействия центробежного регулятора с зубчатой рейкой.

Description

КРАНОВЫЙ ЗОЛОТНИК
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Изобретение относится к газораспределительным механизмам, которые используются в поршневых двигателях внутреннего сгорания как с принудительным воспламенением, так и с воспламенением от сжатия. Областью техники, в которой данное устройство применяется, является автомобильный транспорт.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ,
Используется большое количество золотниковых газораспределительных механизмов с поршнем в качестве золотника, с поворотными и скользящими гильзами, с плоскими золотниками, с коническими и цилиндрическими золотниками.
Ближайшим прототипом данного изобретения является газораспределительный механизм с вращающимся цилиндрическим золотником, описание которого дано в учебнике / Орлин А. С, Круглов М. Г. Двигатели внутреннего сгорания М. «Машиностроение», 1980/. Чертёж данного цилиндрического золотника 1 приведён на Фиг. 1 . Преимуществом золотникового газораспределения с вращающимся цилиндрическим золотником является бесшумность работы, большие проходные сечения для газов, возможность работы при большей частоте вращения вала двигателя.
Недостатком золотникового газораспределения с вращающимся цилиндрическим золотником, как видно из Фиг. 1 , является то, что после процесса выпуска часть отработанных газов остаётся в камере сгорания и во внутренней полости золотника. В начале процесса впуска отработанные газы снова попадают в цилиндр, что уменьшает максимальную мощность, которую способен развивать двигатель. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу изобретения поставлена задача создания такого кранового золотника, который - бы позволил избежать повторного попадания отработанных газов в цилиндр двигателя, мог осуществлять процесс газообмена в нескольких цилиндрах и у которого вращающаяся часть цилиндрической формы имела - бы небольшую массу. Техническим результатом изобретения кранового золотника станет создание такого двигателя внутреннего сгорания, который будет иметь увеличенную максимальную мощность. Технический результат, а именно создание двигателя внутреннего сгорания с увеличенной максимальной мощностью, достигается тем, что крановый золотник используется только в качестве впускного органа, а в качестве выпускного органа используются либо окна на боковой поверхности цилиндра, либо другой крановый золотник в головке цилиндра.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Суть изобретения кранового золотника двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что ротор золотника имеющий форму отрезка трубы с приваренным к нему хвостовиком со шлицем для привода золотника на одном из торцов, на другом торце имеет впускное отверстие, а выпускные отверстия, количество которых совпадает с количеством боковых отверстий статора, расположены на боковой поверхности ротора так, что расстояния между ближайшими проек- циями центров данных отверстий на плоскость перпендикулярную оси вращения ротора равны между собой, а расстояния между ближайшими проекциями центров боковых отверстий ротора на ось его вращения равны между собой и равны расстояниям между центрами ближайших боковых отверстий статора. Центр бокового отверстия ротора: - это условная точка, которая лежит на образующей наружной поверхности ротора золотника, проходящей через две максимально удалённые друг Ί
J
от друга точки на кромке бокового отверстия ротора золотника, и которая равноудалена от этих двух точек кромки ротора золотника.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Для того, чтобы подтвердить возможность изготовления кранового золотника и работоспособность двигателя внутреннего сгорания, оснащённого данным золотником, дадим описание кранового золотника в статическом состоянии и опишем принцип его работы. Перед описанием золотника отметим, что в данной патентной заявке крановым золотником, который осуществляет процесс впуска, оснащён трёхцилиндровый двухтактный двигатель с выпускными окнами на боковой поверхности мокрой гильзы цилиндра. Частота вращения ротора золотника совпадает с частотой вращения коленчатого вала. Двигатель оснащён двумя центробежными нагнетателями, насаженными на общий вал. Один из них нагнетает атмосферный воздух во внутреннюю полость ротора кранового золотника, а другой нагнетает отработанные газы из выпускного коллектора в выхлопную трубу. Двигатель оснащён очень высокой головкой блока цилиндров, в которой находится охлаждающая полость и в которую мокрая гильза вставляется примерно на половину своей высоты. В связи с этим двигатель комплектуется картером туннельного типа.
Подвижной частью золотника является ротор золотника 2, который изображён в разрезе на Фиг. 2. Он оснащён хвостовиком ротора 3, шлицом 4, упорной кромкой хвостовика 5, впускным отверстием ротора 6, выпускными отверстиями ротора золотника 7 (три штуки). На внутренней поверхности ротора, против каждого выпускного отверстия ротора золотника 7, располагаются канавки охлаждения 8. Они служат для более интенсивного охлаждения той части золотника, наружная поверхность которой соприкасается с горячими газами в камере сгорания. На Фиг. 3 и Фиг. 4 изображены разрезы по А - А и В - В. На Фиг. 5 изображено сечение статора золотника 9, который конструктивно объединён с головкой блока цилиндров. Данное сечение выполнено плоскостью, проходящей через ось вращения ротора золотника в статоре золотника и параллельной осям цилиндров двигателя. На Фиг. 5 изображены боковые отверстия статора золотника 10, каждое из которых сообщается с камерой сгорания соответствующего цилиндра, масляный канал под давлением 1 1 , с которым соединены четыре маленьких канала, через которые осуществляется подвод смазки к ротору золотника 2. На внутренней о поверхности статора золотника 9 имеются четыре канавки для прохода масла 12. Пройдя по канавкам для прохода масла 1 2 и через четыре маленьких канала масло попадает в дренажный канал масла 14. Для того, чтобы в процессе работы золотника масло не попадало в камеры сгорания с каждым маленьким каналом сообщаются две маслосъёмные
5 канавки 13.
Если поместить методом параллельного переноса в статор золотника 9, который изображён на Фиг. 5, ротор золотника 2, который изображён на Фиг. 2, то мы увидим, что в первом цилиндре, ближайшем от впускного отверстия ротора 6, выпускное отверстие о ротора золотника 7 совпадёт с боковым отверстием статора золотника 10. Из внутренней полости ротора золотника в первый цилиндр будет поступать сжатый нагнетателем воздух. Боковые отверстия статора золотника 10 соединённые со вторым и третьим цилиндром закрыты корпусом ротора золотника 2.
5 После поворота ротора золотника 2 по часовой стрелке на угол равный сто двадцать градусов, если смотреть со стороны хвостовика ротора 3, второе выпускное отверстие ротора золотника 7 совпадёт со вторым боковым отверстием статора золотника 10. Из внутренней полости ротора золотника во второй цилиндр будет поступать сжатый нагнетателем воздух. Боковые отверстия статора золотника 10 соединённые с первым и третьим цилиндром закрыты корпусом ротора золотника 2.
После следующего поворота ротора золотника 2 по часовой стрелке на угол сто двадцать градусов, если смотреть со стороны хвостовика ротора 3, третье выпускное отверстие ротора золотника 7 совпадёт с третьим боковым отверстием статора золотника 10. Из внутренней полости ротора золотника в третий цилиндр будет поступать сжатый нагнетателем воздух. Боковые отверстия статора золотника 10 соединённые с первым и вторым цилиндром закрыты корпусом ротора золотника 2. При дальнейшем вращении ротора золотника 2 процессы продувки и наполнения цилиндров повторяются.
Как видно из Фиг. 2 и Фиг. 5 при одинаковой длине выпускных отверстий ротора золотника 7 и боковых отверстий статора золотника 10, ширина выпускных отверстий ротора золотника 7 примерно в два раза больше ширины боковых отверстий статора золотника 10.
На Фиг. 6 изображён в увеличенном виде разрез по С - С статора золотника 9, который конструктивно объединён с головкой блока цилиндров, с размещённым в нём ротором золотника 2. На данном чертеже ротор золотника 2 изображён в полностью открытом положении. Также на Фиг. 6 изображены внутренняя полость ротора золотника 18, уплотнения 1 9, система охлаждения 20, выпускной коллектор 25, вал нагнетателей 27, поршень 3 1 , который находится в нижней мёртвой точке, свеча зажигания 32.
Работает двигатель оснащённый данным крановым золотником так - же как двигатель внутреннего сгорания с впрыском топлива в цилиндры и прямоточной продувкой. Газообмен осуществляется за счёт разности давлений, которую создают два центробежных нагнетателя. Двигатель, оснащённый описанным крановым золотником, может быть как двигателем с принудительным воспламенением, так и двигателем с воспламенением от сжатия.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ.
При использовании описанного выше золотника топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Преимуществом двигателя, оснащённого данным крановым золотником, является большая максимальная мощность и возможность работы на больших оборотах. Топливная экономичность данных двигателей будет приблизительно такой - же, как у большинства двигателей внутреннего сгорания.
В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования кранового золотника, которое позволит улучшить топливную экономичность двигателя. Техническим результатом станет уменьшение потребления дорогостоящего углеводородного топлива. Технический результат достигается тем, что в процессе продувки через каждое из боковых отверстий статора золотника 10 в цилиндр двигателя попадает сначала атмосферный воздух, который осуществляет продувку цилиндра, а потом через тоже отверстие в цилиндр двигателя попадает смесь воздуха с бензином или горючим газом.
Суть изобретения кранового золотника для двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением заключается в том, что в середине внутренней полости ротора золотника 1 8 находится внутренний трубопровод ротора с впускным отверстием на торце и несколькими продолговатыми отверстиями на боковой поверхности, а так - же несколько соединительных патрубков, у каждого из которых один торец приварен к кромке отверстия на боковой поверхности внутреннего трубопровода ротора, а часть другого торца приварена к части кромки выпускного отверстия ротора золотника 7. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Для того, чтобы подтвердить возможность создания кранового золотника для двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением и его работоспособности, приведём описание кранового золотника в статическом состоянии и опишем принцип его работы.
Сначала дадим описание внутренней части ротора золотника 2, которая изображена в разрезе на Фиг. 7. Данная часть состоит из внутреннего трубопровода ротора 15, который представляет собой отрезок трубы заваренный с одного конца и имеющий на боковой поверхности три продолговатых отверстия. К кромкам этих продолговатых отверстий приварены кромки соединительных патрубков 16, которые имеют вид коротких отрезков сплюснутых труб. После этого внутренний трубопровод ротора 15 с приваренными соединительными патрубками 1 6 вставляют во внутреннюю полость ротора золотника 1 8. Затем часть кромки каждого соединительного патрубка 16 приваривают к соответствующей части кромки выпускного отверстия ротора золотника 7, после чего боковая поверхность ротора золотника шлифуется.
На Фиг. 8 изображён в разрезе по Е - Е, увеличено, внутренний трубопровод ротора 15, когда он уже вварен в ротор золотника 2. Также на Фиг. 8 изображены соединительный патрубок 16, полость внутреннего трубопровода ротора 17, внутренняя полость ротора золотника 1 8, канавки охлаждения 8, сварной шов 22, выпускное отверстие соединительного патрубка 23, выпускное отверстие ротора золотника 7.
На Фиг. 9 изображён разрез по D - D двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением оснащённого крановым золотником, у которого во внутренней полости ротора золотника 18 расположен внутренний трубопровод ротора 15 с соединительными патрубками 16. Разрез сделан плоскостью, которая образована осью вращения ротора золотника 2 и осью вращения вала нагнетателей 27, на котором смонтированы центробежный нагнетатель атмосферного воздуха 28 и центробежный нагнетатель отработанных газов 26. На Фиг. 9 изображены также топливопровод с инжектором 29, зубчатая передача 30, цепная передача 42, шлицевое соединение 40, упорная шайба золотника с разрезом 45, выхлопная труба 21 , подшипник 41 , вал отбора мощности 24. На один оборт ротора золотника 2 приходится примерно три оборота вала нагнетателей 27.
Принцип работы кранового золотника поясняется чертежами Фиг. 10, Фиг. 1 1 , Фиг. 1 2, Фиг. 1 3, Фиг. 14, которые являются разрезом Фиг. 9 по F - F. На всех чертежах маленькими крестиками обозначены отработанные газы, не закрашенными кружками обозначен атмосферный воздух, закрашенными кружками обозначена смесь воздуха с бензином или газом.
Оснащённый крановым золотником двигатель внутреннего сгорания с принудительным воспламенением работает следующим образом. По топливопроводу с инжектором 29 топливо непрерывно попадает в полость внутреннего трубопровода ротора 17 и смешивается с воздухом. На Фиг. 10 поршень 3 1 изображён в положении не доходящем на пятьдесят градусов до нижней мёртвой точки. Крановый золотник и выпускные окна закрыты, а в выпускном коллекторе 25, в следствии работы центробежного нагнетателя отработанных газов 26, создано разряжение. При дальнейшем движении поршня к нижней мёртвой точке происходит открытие выпускных окон и интенсивное истечение отработанных газов из цилиндра в выпускной коллектор 25. На Фиг. 1 1 . поршень изображён в положении не доходящем на тридцать градусов до нижней мёртвой точки. При дальнейшем движении поршня к нижней мёртвой точке открывается выпускное отверстие ротора золотника 7 и цилиндр интенсивно продувается воздухом. На Фиг. 12 поршень находится в нижней мёртвой точке. После этого поршень начинает
5 двигаться вверх и через выпускное отверстие соединительного патрубка 23 смесь воздуха с бензином или горючим газом начинает поступать в цилиндр. На протяжении некоторого времени в цилиндр поступают одновременно и воздух, через выпускное отверстие ротора золотника 7, и смесь воздуха с бензином или горючим газом, через выпускное о отверстие соединительного патрубка 23. В положении поршня тридцать градусов после нижней мёртвой точки, Фиг. 13, выпускное отверстие ротора золотника 7 закрывается, и при дальнейшем движении поршня вверх в цилиндр поступает, через выпускное отверстие соединительного патрубка 23, только смесь воздуха с бензином или горючим газом. При
5 дальнейшем движении поршня вверх, положение шестьдесят градусов после нижней мёртвой точки на Фиг. 14, выпускное отверстие соединительного патрубка 23 закрывается, и начинается процесс сжатия горючей смеси в цилиндре.
Как видно из Фиг. 14 в цилиндре находятся два газа: - это воздух и о смесь воздуха с топливом. В смеси воздуха с топливом коэффициент избытка воздуха а может находиться в тех - же пределах как и в обычном двигателе, пределах от ноль целых шесть десятых до одна целая три десятых ( 0,6 < а < 1 ,3 ). В среднем для цилиндра смесь воздуха с топливом является бедной. В конце процесса сжатия
5 электроды свечи зажигания будут находиться в смеси воздуха с топливом, которая будет либо обеднённой, либо нормальной, либо обогащенной, либо богатой. В любом случае после образования искры между электродами будет происходить устойчивое зажигание горючей смеси. Аналогичные процессы происходят в двух других цилиндрах. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Следующая часть описания относится к дизельным двигателям. Описанный в первом пункте формулы изобретения крановый золотник применяется как в двигателе с принудительным воспламенением, так и в двигателе с воспламенением от сжатия, то есть дизельном двигателе. Дизельный двигатель, оснащённый крановым золотником, имеет недостаток общий для всех дизельных двигателей, а именно слабая турбулентность попавшего в цилиндр воздуха на малых и средних оборотах двигателя. Следствием этого является слабая испаряемость капелек топлива впрыснутых в цилиндр и более длительный процесс сгорания.
В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования кранового золотника для дизельного двигателя, которое позволило - бы осуществить вращательное движение воздуха в цилиндре двигателя в процессе его наполнения. Техническим результатом станет создание дизельного двигателя с лучшей испаряемостью капелек топлива впрыснутых в цилиндр, что позволит улучшить процесс сгорания топлива на малых и средних оборотах двигателя. Технический результат достигается тем, что капельки топлива, в процессе впрыска в цилиндр, движутся навстречу воздушному заряду, который осуществляет вращательное движение в цилиндре.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Суть изобретения кранового золотника для двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия заключается в том, что к кромке каждого выпускного отверстия ротора золотника, описанного в первом пункте формулы изобретения, приваривают кромку отдельного направляющего патрубка, который находится в середине внутренней полости ротора золотника.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ. Для того, чтобы подтвердить возможность создания кранового золотника и возможность оснащения данным золотником дизельного двигателя приведём описание кранового золотника в статическом состоянии и опишем принцип его работы.
5 Конструктивным элементом кранового золотника, который обеспечивает процесс вращения воздуха в цилиндре, является направляющий патрубок 33, который изображён в разрезе на Фиг. 1 5. На Фиг. 16 изображён разрез направляющего патрубка по G - G. Три данных направляющих патрубка 33 вставляются поочерёдно во о внутреннюю полость ротора золотника 1 8 и кромка направляющего патрубка 33 приваривается к кромке выпускного отверстия ротора золотника 7. После этого наружная поверхность ротора золотника 2 шлифуется. Часть ротора золотника 2 с приваренным к нему направляющим патрубком 33 изображены в разрезе на Фиг. 1 7.
5 Крановый золотник работает следующим образом. Под действием перепада давлений во внутренней полости ротора золотника 1 8 и цилиндре двигателя, воздух попадает сначала в направляющий патрубок 33, где изменяет направление своего движения, а затем в цилиндр. В цилиндре поток воздуха ударяется о стенку цилиндра и о отражаясь от неё продолжает осуществлять вращательное движение в цилиндре. Когда крановый золотник закрывается, происходит сжатие, в конце которого в цилиндр тангенциально впрыскивается топливо навстречу вихревому движению воздушного заряда. Впрыск топлива осуществляется форсункой с одним распылителем, который
5 впрыскивает топливо в направлении параллельном днищу поршня.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ. Преимуществом описанного кранового золотника для дизельного двигателя является возможность осуществления им вращательного движения воздушного заряда. Недостаток описанного золотника заклю - чается в том, что он позволяет эффективно осуществить вращательное движение воздуха в цилиндре только при достаточно быстром движении воздуха в направляющем патрубке 33, которое имеет место при средних и высоких оборотах двигателя. При малых оборотах двигателя скорость истечения воздуха из направляющего патрубка 33 будет небольшой. Как следствие интенсивность вращательного движения воздушного заряда будет недостаточной для эффективного испарения капелек топлива.
В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования кранового золотника для двигателя с воспламенением от сжатия, которое позволит осуществлять интенсивное вращательное движение воздушного заряда в цилиндре на холостом ходу и на малых оборотах двигателя. Техническим результатом станет улучшенная испаряемость капелек топлива на холостом ходу и на малых оборотах дизельного двигателя. Технический результат достигается тем, что из направляющего патрубка 33 воздух поступает в цилиндр с большой скоростью на всех режимах работы двигателя.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Суть усовершенствования изобретённого кранового золотника для двигателя с принудительным воспламенением заключается в том, что во внутренней полости направляющего патрубка 33 смонтированы направляющие лопатки, а хвостовик ротора снабжён центробежным регулятором.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Для того, чтобы подтвердить возможность усовершенствования кранового золотника и возможность оснащения данным крановым золотником дизельного двигателя, приведём описание кранового золотника в статическом состоянии и опишем принцип его работы.
Описание начнём с направляющего патрубка 33, внутрь которого вставлены и приварены к его внутренней поверхности две направляющие лопатки 34, которые делят внутренний канал направляющего патрубка 33 на три малых направляющих канала. Полученный патрубок с направляющими лопатками 34, когда он уже вварен в ротор золотника 2, изображён в разрезе на Фиг. 1 8. Часть ротора золотника, конструктивно объединённая с центробежным регулятором 36, с направляющим патрубком 33 и направляющими лопатками 34 изображена в разрезе на Фиг. 19. На этом чертеже также изображены форсунка с одним распылителем 35, грузы 37, которые имеют форму коротких труб разрезанных пополам, зубчатые сектора 38, рейка с двумя рядами зубьев 39, малая упорная шайба пружины 43, пружина 44, большая упорная шайба пружины 46. Как видно на Фиг. 19 упорная шайба золотника с разрезом 45 удалена. Это сделано для того, чтобы в процессе работы шлиц 4 мог перемещаться вдоль шлицевого соединения 40, так как в процессе работы крановый золотник будет осуществлять не только вращательное, но и возвратно - поступательное движение вдоль оси вращения. На Фиг. 19 и Фиг. 20 стрелками обозначено движение воздушного заряда, а короткими чёрточками обозначено движение капелек топлива в процессе впрыска.
Крановый золотник дизельного двигателя работает следующим образом. На малых оборотах двигателя, Фиг. 19, центробежная сила, действующая на грузы 37, меньше силы упругости пружины 44, в следствии чего пружина прижимает шлиц 4 к большой упорной шайбе пружины 46. При этом воздушный заряд поступает в цилиндр только по одному из трёх малых направляющих каналов.
С увеличением частоты вращения золотника увеличивается и центробежная сила действующая на грузы 37 и в какой - то момент она становится больше силы упругости пружины и посредством зубчатых секторов 38 и рейки с двумя рядами зубьев 39 центробежная сила начинает сжимать пружину 44. Шлиц 4 отрывается от большой упорной шайбы пружины 46 и начинает перемещаться по шлицевому соединению 40, в следствии чего ротор золотника начинает движение вдоль оси своего вращения. При этом воздушный заряд поступает в
5 цилиндр уже через два малых направляющих канала.
При дальнейшем увеличении частоты вращения ротора центробежная сила действующая на грузы 37 увеличивается ещё больше, они ещё сильнее сжимают пружину 44 и ротор золотника смещается вдоль оси своего вращения ещё дальше. При этом воздушный заряд поступает в о цилиндр через все три малых направляющих канала, Фиг. 20.
С уменьшением частоты вращения ротора золотника центробежная сила действующая на грузы 37 уменьшается, сила упругости пружины 44 возвращает ротор золотника 2 в начальное положение и воздушный заряд поступает в цилиндр уже по двум или по одному из трёх малых
5 направляющих каналов, Фиг. 19.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.
Устройство кранового золотника, его улучшенных конструкций и принцип их действия поясняется чертежами, на которых изображено: на Фиг. 1 - крановый золотник, описанный в учебнике;
о на Фиг. 2 - ротор золотника 2 в разрезе;
на Фиг. 3 - разрез ротора золотника по А - А;
на Фиг. 4 - разрез ротора золотника по В - В;
на Фиг. 5 - разрез статора золотника 9;
на Фиг. 6 - разрез статора золотника 9 с размещённым в ним ротором 5 золотника 2 по С - С ( увеличено );
на Фиг. 7 - разрез внутреннего трубопровода ротора 1 5 с
соединительными патрубками 16;
на Фиг. 8 - разрез внутреннего трубопровода ротора 1 5 по Е - Е, когда он вварен в ротор золотника 2 ( увеличено ); на Фиг. 9 - разрез по D - D двигателя внутреннего сгорания с
принудительным воспламенением;
на Фиг. 10 - разрез по F - F при положении поршня не доходящем
пятьдесят градусов до нижней мёртвой точки;
на Фиг. 1 1 - разрез по F - F при положении поршня не доходящем на тридцать градусов до нижней мёртвой точки;
на Фиг. 12 - разрез по F - F при положении поршня в нижней
мёртвой точке;
на Фиг. 13 - разрез по F - F при положении поршня тридцать градусов после нижней мёртвой точки;
на Фиг. 14 - разрез по F - F при положении поршня шестьдесят градусов после нижней мёртвой точки;
на Фиг. 15 - направляющий патрубок 33 в разрезе ( увеличено );
на Фиг. 16 - разрез направляющего патрубка 33 по G - G ( увеличено ); на Фиг. 17 - часть ротора золотника 2 с приваренным к нему
направляющим патрубком 33 в разрезе ( увеличено );
на Фиг. 18 - часть ротора золотника 2 с приваренным к нему
направляющим патрубком 33 и направляющими лопатками 34 в разрезе ( увеличено );
на Фиг. 19 - разрез по D - D двигателя внутреннего сгорания с
воспламенением от сжатия при малых оборотах ротора золотника; на Фиг. 20 - разрез по D— D двигателя внутреннего сгорания с
воспламенением от сжатия при больших оборотах ротора золотника.
Использование кранового золотника на двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением позволит существенно улучшить топливную экономичность двигателя. Кроме того, поскольку смесь воздуха с топливом в среднем для цилиндра является бедной, в выхлопных газах будут практически отсутствовать окись углерода, несгоревшие углеводороды, окислы азота. Использование кранового золотника на двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия позволит улучшить испаряемость капелек топлива впрыснутых в цилиндр, что будет способствовать лучшему сгоранию дизельного топлива с минимальным образованием сажи.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 . Крановый золотник состоящий из ротора и статора, конструктивно объединённого с головкой блока цилиндров и имеющего кроме двух торцевых отверстий несколько расположенных в ряд 5 боковых отверстий последовательно удалённых друг от друга и сообщающихся с камерами сгорания цилиндров, который отличается тем, что ротор золотника, ( Фиг. 2 ), имеющий форму отрезка трубы с приваренным к нему хвостовиком с зубчатой рейкой и шлицем для привода ротора на одном из торцов, на
10 другом торце имеет впускное отверстие, а выпускные отверстия, количество которых совпадает с количеством боковых отверстий статора, расположены на боковой поверхности ротора золотника так, что расстояния между ближайшими проекциями центров боковых отверстий ротора золотника на плоскость
] 5 перпендикулярную оси вращения ротора золотника равны между собой, а расстояния между ближайшими проекциями центров боковых отверстий ротора золотника на ось его вращения равны между собой и равны расстояниям между центрами ближайших боковых отверстий статора.
0 2. Крановый золотник, по пункту 1 , отличается тем, что в середине внутренней полости ротора золотника находится внутренний трубопровод ротора с впускным отверстием на торце и несколькими продолговатыми отверстиями на боковой поверхности а также несколько соединительных патрубков, у каждого из которых один торец приварен к кромке продолговатого отверстия на боковой поверхности внутреннего трубопровода ротора, а часть кромки другого торца приварена к части кромки выпускного отверстия ротора золотника.
3. Крановый золотник, по пункту 1 , отличается тем, что к кромке каждого выпускного отверстия ротора золотника приварена кромка отдельного направляющего патрубка, который находится в середине внутренней полости ротора золотника.
4. Крановый золотник, по пункту 1 и по пункту 3, отличается тем, что в середину направляющего патрубка, расположенного в середине внутренней полости ротора золотника, вварены направляющие лопатки, а зубчатая рейка хвостовика ротора конструктивно объединена с центробежным регулятором.
PCT/UA2015/000051 2015-03-11 2015-06-16 Крановый золотник WO2016144281A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201502138A UA112603C2 (uk) 2015-03-11 2015-03-11 Крановий золотник
UAA201502138 2015-03-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016144281A1 true WO2016144281A1 (ru) 2016-09-15

Family

ID=56879657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2015/000051 WO2016144281A1 (ru) 2015-03-11 2015-06-16 Крановый золотник

Country Status (2)

Country Link
UA (1) UA112603C2 (ru)
WO (1) WO2016144281A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0258511A1 (en) * 1986-05-09 1988-03-09 Kabushiki Kaisha S.S Limited Rotary valve internal combustion engine
WO2005021937A1 (en) * 2003-09-01 2005-03-10 Giovanni Vano Internal combustion engine
US20120085311A1 (en) * 2010-10-10 2012-04-12 Afshin Kiani Valve system for piston engines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0258511A1 (en) * 1986-05-09 1988-03-09 Kabushiki Kaisha S.S Limited Rotary valve internal combustion engine
WO2005021937A1 (en) * 2003-09-01 2005-03-10 Giovanni Vano Internal combustion engine
US20120085311A1 (en) * 2010-10-10 2012-04-12 Afshin Kiani Valve system for piston engines

Also Published As

Publication number Publication date
UA112603C2 (uk) 2016-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR890000571B1 (ko) 로우타리 엔진
WO1997037113A1 (fr) Machine motrice rotative a aubes
US6539913B1 (en) Rotary internal combustion engine
US20090217905A1 (en) Direct injection type of diesel engine
US4096828A (en) Rotary piston internal combustion engine
KR102108605B1 (ko) 내연기관
US5251591A (en) Rotary valve for an internal combustion engine
US6032622A (en) Internal combustion cylinder engine
US8381691B2 (en) Fuel injection system
US6499445B2 (en) Two-stroke engine
WO2016144281A1 (ru) Крановый золотник
US6810546B1 (en) Internal combustion engine with five port head configuration
US4003346A (en) Rotary piston internal combustion engine
JPH039288B2 (ru)
EP0548416A1 (en) Rotary machine
US20030188701A1 (en) Internal combustion engine
USRE29759E (en) Fuel injection type rotary piston engine
US11466614B2 (en) Rotary roller motor
US20010047775A1 (en) Internal combustion cylinder engine
WO2007053857A1 (en) A reciprocating internal combustion engine with a cam groove-connecting rod type transmission mechanism
US7584726B2 (en) Two-stroke opposite radial rotary-piston engine
KR100925843B1 (ko) 로터리 엔진
RU2013593C1 (ru) Роторно-пластинчатый двигатель внутреннего сгорания
KR101368521B1 (ko) 2행정 회전 피스톤기관
RU2457342C2 (ru) Двигатель

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15884815

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15884815

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1