RU2566849C1

RU2566849C1 - Damping of shock loads at gas pressure control valve of system ice gas pressure control valve air drive with charging of pneumatic accumulator with gas from compensating pneumatic accumulator

Info

Publication number: RU2566849C1
Application number: RU2014137083/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рыбаков
Original assignee: Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-10-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: at gas pressure control valve displacement from one extreme position to another one the control system traces the valve current position and rate. Besides, it defines the valve deceleration start time in compliance with which the control slide valve changes the direction of gas feed from pneumatic accumulator into opposite chamber of the valve drive piston. Valve rate decreases before the motion extreme point. Then, control system returns the slide valve into previous position to make the gas set the valve to preset position. Pneumatic accumulator is charged with the energy of combustion products in ICE cylinder by compressor piston.

EFFECT: lower shock loads in the valve system.

1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент 2529267 «Способ амортизации ударных нагрузок газораспределительного клапана с электропневматическим приводом двигателя внутреннего сгорания».The closest prototype of the claimed invention is patent 2529267 "A method of shock absorption of a gas distribution valve with an electro-pneumatic drive of an internal combustion engine."

Реферат к патенту 2529267: Изобретение относится к области газораспределения в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение ресурса. Сущность изобретения заключается в том, что при открытии или закрытии клапана, в конце его движения, система управления отслеживает текущее положение и скорость клапана и подает команду на перевод золотника таким образом, чтобы воздух из пневмоаккумулятора начал поступать в противоположную полость привода поршня газораспределительного клапана. При этом скорость движения клапана уменьшается до величины, обеспечивающей безударный контакт. После этого система управления возвращает золотник переключения потока воздуха из пневмоаккумулятора в первоначально задаваемое открытое или закрытое положение.Abstract to patent 2529267: The invention relates to the field of gas distribution in internal combustion engines. The technical result is to increase the resource. The essence of the invention lies in the fact that when the valve is opened or closed, at the end of its movement, the control system monitors the current position and speed of the valve and gives a command to translate the valve so that air from the pneumatic accumulator begins to flow into the opposite cavity of the piston of the gas distribution valve. In this case, the valve speed decreases to a value that provides shock-free contact. After that, the control system returns the spool for switching the air flow from the pneumatic accumulator to the initially set open or closed position.

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

При действии газораспределительного клапана при посадке клапана на седло и его открытии могут наблюдаться ударные нагрузки, что снижает ресурс, надежность газораспределительной системы и повышает шумность двигателя. Цель заявленного изобретения состоит в том, чтобы не допустить ударных нагрузок на клапан и изъять из привода газораспределительного клапана систему продувки пневмоаккумулятора, в результате чего исключается возможность засорения воздушных магистралей и ударных нагрузок на газораспределительный клапан.Under the action of the gas distribution valve, when the valve is seated on the seat and its opening, shock loads can be observed, which reduces the resource, the reliability of the gas distribution system and increases the noise of the engine. The purpose of the claimed invention is to prevent shock loads on the valve and remove the air accumulator purge system from the gas distribution valve drive, thereby eliminating the possibility of clogging of air lines and shock loads on the gas distribution valve.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность заявленного изобретения поясняется на примере действия пневматического привода газораспределительного клапана с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора, см. фигуру.The essence of the claimed invention is illustrated by the example of the action of a pneumatic gas distribution valve actuator with charging the pneumatic accumulator of the gas drive system from the compensation pneumatic accumulator, see the figure.

При пуске ДВС поршень ДВС 1 на такте сжатия сжимает воздух или топливную смесь в камере сгорания ДВС 2, которая давит на левую торцевую поверхность поршня привода компрессора 3, в результате чего он движется вправо (по рисунку). Находящийся в правой полости поршня компрессора 4 газ через обратный клапан 5 поступает в пневмоаккумулятор 6. Зарядка пневмоаккумулятора 6 происходит при первом пуске ДВС, а подзарядка может происходить и на рабочем такте. Когда давление газа в пневмоаккумуляторе 6 достигнет величины, обеспечивающей оптимальное функционирование привода газораспределительного клапана 7, газ из пневмоаккумулятора 6 поступает в нижнюю полость поршня стопора 8 по каналу 9, в результате чего поршень стопора 8 и соединенный с ним стопор 10 занимают верхнее положение. Стопор 10 входит в выточку поршня компрессора 4, блокирует движение поршня компрессора 4 и поступление газа в пневмоаккумулятор 6 прекращается. Для открывания газораспределительного клапана 7 система управления отслеживает текущее положение поршня ДВС 1 и в момент времени, когда требуется открыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник 11 в положение, как показано на фигуре. Газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 12 и 13 поступает в верхнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 14, соединенного штоком 15 с газораспределительным клапаном 7. Под давлением газа газораспределительный клапан 7 открывается и, если он впускной, позволяет воздуху из атмосферы по каналу 16 поступать в камеру сгорания ДВС 2, или, если он выпускной, вытекать продуктам сгорания из камеры сгорания ДВС 2 в атмосферу. Отработавший газ из нижней полости поршня привода газораспределительного клапана 14 по каналам 17 и 18 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 19. Для закрывания газораспределительного клапана 7 система управления в момент времени, когда требуется закрыть газораспределительный клапан 7, устанавливает золотник 11 в нижнее положение, газ из пневмоаккумулятора 6 по каналам 12 и 17 поступает в нижнюю полость поршня привода газораспределительного клапана 14 и газораспределительный клапан 7 закрывается. Отработавший газ из верхней полости поршня привода газораспределительного клапана 14 по каналам 13 и 20 поступает в компенсационный пневмоаккумулятор 19. Компенсационный пневмоаккумулятор 19, кроме приема газа при срабатывании привода газораспределительного клапана 7, выполняет функцию температурного демпфера. Как только в результате нагрева температура газа в пневмоаккумуляторе 6 превысит оптимальное давление, открывается предохранительный клапан 21 и газ из пневмоаккумулятора 6 стравливается в компенсационный пневмоаккумулятор 19. При понижении давления газа в пневмоаккумуляторе 6 ниже величины, обеспечивающей оптимальное функционирование привода газораспределительного клапана 7, пружина стопора 22 переводит поршень стопора 8 и стопор 10 в нижнее положение. На последующих тактах всасывания воздуха в камеру сгорания ДВС 2 пружина поршня компрессора 23 переводит поршень привода компрессора 3 и поршень компрессора 4 в исходное, левое, для подзарядки пневмоаккумулятора 6, положение. При этом газ из компенсационного пневмоаккумулятора 19 через обратный клапан 24 подается в правую полость поршня компрессора 4. Компрессор готов к очередному циклу подзарядки пневмоаккумулятора 6. Проблемы предотвращения утечки газа через зазоры между штоком 15, поршнем привода компрессора 3, поршнем компрессора 4 решаются сильфонами 26, 25. Таким образом, обеспечивается постоянство состава газа пневмопривода.When starting the internal combustion engine, the piston of the internal combustion engine 1 compresses air or fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine 2 at the compression stroke, which presses on the left end surface of the piston of the compressor drive 3, as a result of which it moves to the right (according to the figure). The gas located in the right cavity of the piston of the compressor 4 through the check valve 5 enters the air accumulator 6. The air accumulator 6 is charged at the first start of the internal combustion engine, and recharging can also occur at the operating cycle. When the gas pressure in the pneumatic accumulator 6 reaches a value that ensures optimal functioning of the gas distribution valve 7, the gas from the pneumatic accumulator 6 enters the lower cavity of the piston of the stopper 8 through channel 9, as a result of which the piston of the stopper 8 and the stopper 10 connected to it occupy the upper position. The stopper 10 enters the undercut of the piston of the compressor 4, blocks the movement of the piston of the compressor 4 and the flow of gas into the pneumatic accumulator 6 stops. To open the gas control valve 7, the control system monitors the current position of the engine piston 1 and, at the time when it is necessary to open the gas control valve 7, sets the spool 11 to the position as shown in the figure. Gas from the pneumatic accumulator 6 through channels 12 and 13 enters the upper piston cavity of the gas distribution valve 14, connected by the rod 15 to the gas distribution valve 7. Under gas pressure, the gas distribution valve 7 opens and, if it is inlet, allows air from the atmosphere to enter the chamber through the channel 16 combustion engine 2, or, if it is exhaust, leak the combustion products from the combustion chamber of the engine 2 into the atmosphere. The exhaust gas from the lower cavity of the piston of the gas distribution valve 14 through the channels 17 and 18 enters the compensation air accumulator 19. To close the gas distribution valve 7, the control system at the time when it is necessary to close the gas distribution valve 7, sets the spool 11 to the lower position, the gas from the air accumulator 6 through channels 12 and 17 enters the lower cavity of the piston of the drive of the gas distribution valve 14 and the gas distribution valve 7 is closed. The exhaust gas from the upper piston of the valve of the gas distribution valve 14 through the channels 13 and 20 enters the compensation air accumulator 19. The compensation air accumulator 19, in addition to receiving gas when the actuator of the gas distribution valve 7 is activated, performs the function of a temperature damper. As soon as the gas temperature in the pneumatic accumulator 6 exceeds the optimum pressure as a result of heating, the safety valve 21 opens and the gas from the pneumatic accumulator 6 is vented to the compensation pneumatic accumulator 19. When the gas pressure in the pneumatic accumulator 6 is lower than the value ensuring optimal functioning of the gas distribution valve 7, the spring of the stopper 22 moves the piston of the stopper 8 and stopper 10 to the lower position. At subsequent stages of air intake into the combustion chamber of the engine 2, the spring of the compressor piston 23 translates the compressor drive piston 3 and the compressor piston 4 to the original, left, position for charging the pneumatic accumulator 6. In this case, gas from the compensation pneumatic accumulator 19 is supplied through the non-return valve 24 to the right cavity of the compressor piston 4. The compressor is ready for the next cycle of recharging the pneumatic accumulator 6. The problems of preventing gas leakage through the gaps between the rod 15, the compressor drive piston 3, and the compressor piston 4 are solved by bellows 26, 25. Thus, the constancy of the gas composition of the pneumatic drive is ensured.

Способ амортизации ударных нагрузок на газораспределительный клапан в системе пневматического привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора состоит в следующем.The method of shock absorption of the gas distribution valve in the pneumatic drive system of the gas distribution valve of an internal combustion engine with charging the system’s pneumatic accumulator from the compensation pneumatic accumulator is as follows.

Система управления при открытии или закрытии газораспределительного клапана 7 и в окрестностях крайней точки его движения подает команду на золотник управления потока газа 11 таким образом, чтобы воздух из пневмоаккумулятора 6 начал поступать в противоположную полость привода поршня газораспределительного клапана 14. В результате скорость движения газораспределительного клапана 7 уменьшается до величины, обеспечивающей амортизацию ударных нагрузок - безударный контакт. После этого система управления возвращает золотник 11 в первоначально задаваемое - открытое или закрытое - положение.The control system when opening or closing the gas control valve 7 and in the vicinity of the extreme point of its movement gives a command to the gas flow control valve 11 so that air from the pneumatic accumulator 6 begins to flow into the opposite piston drive cavity of the gas control valve 14. As a result, the speed of the gas control valve 7 decreases to a value that provides shock absorption cushioning - shock-free contact. After that, the control system returns the spool 11 to the initially set - open or closed - position.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ амортизации ударных нагрузок на газораспределительный клапан в системе пневматического привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора, включающей газораспределительный клапан, систему управления приводом газораспределительного клапана, газораспределительный клапан, золотник управления потоком газа, пневмоаккумулятор системы пневматического привода газораспределительного клапана, поршень компрессора газа и компенсационный пневмоаккумулятор, отличающийся тем, что при движении газораспределительного клапана из одной крайней точки в другую система управления привода газораспределительного клапана отслеживает текущее положение и скорость газораспределительного клапана, определяет момент времени начала торможения движения газораспределительного клапана, в соответствии с которым золотником управления потоком газа меняет направление подачи газа из пневмоаккумулятора системы пневматического привода газораспределительного клапана в противоположный объем поршня привода газораспределительного клапана, в результате чего скорость газораспределительного клапана уменьшается до величины, обеспечивающей амортизацию при прибытии газораспределительного клапана в конечную точку движения, после чего система управления возвращает золотник управления потоком газа в предыдущее положение, и газ из пневмоаккумулятора окончательно завершает установку газораспределительного клапана в заданное положение, при этом зарядка пневмоаккумулятора осуществляется энергией продуктов сгорания или топливной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, приводящей поршень компрессора газа в колебательное движение, при котором газ перекачивается из компенсационного пневмоаккумулятора в пневмоаккумулятор системы пневматического привода газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания.A method of absorbing shock loads on a gas distribution valve in a pneumatic drive system of a gas distribution valve of an internal combustion engine with charging a pneumatic accumulator of a system of gas from a compensation pneumatic accumulator including a gas distribution valve, a gas distribution valve control system, a gas distribution valve, a gas flow control valve, a gas accumulator of a pneumatic gas valve drive system, gas compressor piston and computer gas accumulator, characterized in that when the gas distribution valve moves from one extreme point to another, the gas distribution valve control system monitors the current position and speed of the gas distribution valve, determines the timing of the start of braking of the gas distribution valve, according to which the gas flow control spool changes the flow direction gas from the pneumatic accumulator of the pneumatic valve control system of the gas distribution valve the positive volume of the gas distribution valve drive piston, as a result of which the gas distribution valve speed is reduced to a value that ensures cushioning when the gas distribution valve arrives at the end point of movement, after which the control system returns the gas flow control valve to its previous position, and the gas from the pneumatic accumulator finally completes the installation of the gas distribution valve in a predetermined position, while the pneumatic accumulator is charged by the energy of the products burned or a fuel mixture in the cylinder of an internal combustion engine, which drives the piston of the gas compressor into oscillatory motion, in which gas is pumped from the compensation pneumatic accumulator to the pneumatic accumulator of the pneumatic drive system of the gas distribution valve of the internal combustion engine.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития систем автоматического управления создание системы управления для заявленного изобретения является вполне ординарной задачей.Materials and technology for the implementation of the claimed invention do not go beyond the scope of modern capabilities. At the current level of development of automatic control systems, the creation of a control system for the claimed invention is quite an ordinary task.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура. Принципиальная схема пневматического привода газораспределительного клапана и топливной форсунки двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающая постоянство состава газа в системе пневматического привода.Figure. Schematic diagram of a pneumatic drive of a gas distribution valve and a fuel nozzle of an internal combustion engine, ensuring a constant gas composition in the pneumatic drive system.

1 - поршень ДВС; 2 - камера сгорания ДВС; 3 - поршень привода компрессора; 4 - поршень компрессора; 5, 24 - обратный клапан; 6 - пневмоаккумулятор; 7 - газораспределительный клапан; 8 - поршень стопора; 9, 12, 13, 16, 17, 18, 20 - канал; 10 - стопор; 11 - золотник; 14 - поршень привода газораспределительного клапана; 15 - шток поршня привода газораспределительного клапана; 19 - компенсационный пневмоаккумулятор; 21 - предохранительный клапан; 22 - пружина стопора; 23 - пружина поршня компрессора; 25, 26 - сильфон.1 - internal combustion engine piston; 2 - combustion chamber of the internal combustion engine; 3 - the piston of the compressor drive; 4 - compressor piston; 5, 24 - check valve; 6 - pneumatic accumulator; 7 - gas distribution valve; 8 - stopper piston; 9, 12, 13, 16, 17, 18, 20 - channel; 10 - stopper; 11 - spool; 14 - the piston of the valve timing; 15 - the piston rod of the valve timing; 19 - compensation pneumatic accumulator; 21 - safety valve; 22 - a spring of a stopper; 23 - compressor piston spring; 25, 26 - bellows.

Claims

A method of absorbing shock loads on a gas distribution valve in a pneumatic drive system of a gas distribution valve of an internal combustion engine with charging a pneumatic accumulator of a system of gas from a compensation pneumatic accumulator including a gas distribution valve, a gas distribution valve control system, a gas distribution valve, a gas flow control valve, a gas accumulator of a pneumatic gas valve drive system, gas compressor piston and computer gas accumulator, characterized in that when the gas distribution valve moves from one extreme point to another, the gas distribution valve control system monitors the current position and speed of the gas distribution valve, determines the timing of the start of braking of the gas distribution valve, according to which the gas flow control spool changes the flow direction gas from the pneumatic accumulator of the pneumatic valve control system of the gas distribution valve the positive volume of the gas distribution valve drive piston, as a result of which the gas distribution valve speed is reduced to a value that ensures cushioning when the gas distribution valve arrives at the end point of movement, after which the control system returns the gas flow control valve to its previous position, and the gas from the pneumatic accumulator finally completes the installation of the gas distribution valve in a predetermined position, while the pneumatic accumulator is charged by the energy of the products burned or a fuel mixture in the cylinder of an internal combustion engine, which drives the piston of the gas compressor into oscillatory motion, in which gas is pumped from the compensation pneumatic accumulator to the pneumatic accumulator of the pneumatic drive system of the gas distribution valve of the internal combustion engine.