RU2629343C1 - Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive - Google Patents
Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629343C1 RU2629343C1 RU2016120710A RU2016120710A RU2629343C1 RU 2629343 C1 RU2629343 C1 RU 2629343C1 RU 2016120710 A RU2016120710 A RU 2016120710A RU 2016120710 A RU2016120710 A RU 2016120710A RU 2629343 C1 RU2629343 C1 RU 2629343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- inlet
- piston
- pusher
- valves
- Prior art date
Links
Images
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
- F01L25/00—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means
- F01L25/02—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by fluid means
- F01L25/04—Drive, or adjustment during the operation, or distribution or expansion valves by non-mechanical means by fluid means by working-fluid of machine or engine, e.g. free-piston machine
- F01L25/06—Arrangements with main and auxiliary valves, at least one of them being fluid-driven
- F01L25/063—Arrangements with main and auxiliary valves, at least one of them being fluid-driven the auxiliary valve being actuated by the working motor-piston or piston-rod
-
- 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
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
- F01L9/16—Pneumatic means
Landscapes
- Fluid-Driven Valves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам объемного действия, в частности, к поршневым приводам, использующим потенциальную энергию расширения газообразного рабочего тела для производства механической энергии и может быть использовано для организации рабочего цикла привода, например, цикла Ренкина.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to volumetric action machines, in particular, to piston drives using the potential expansion energy of a gaseous working fluid to produce mechanical energy and can be used to organize a duty cycle of a drive, for example, a Rankine cycle.
В состав поршневых приводов входят газораспределительные механизмы, обеспечивающие впуск рабочего тела в цилиндр при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и отвод отработанного рабочего тела при движении поршня от НМТ к ВМТ.Piston drives include gas distribution mechanisms that allow the working fluid to enter the cylinder when the piston moves from the top dead center (BDC) to the bottom dead center (BDC) and exhaust the working fluid when the piston moves from BDC to TDC.
Известны газораспределительные механизмы, имеющие в своем составе впускной и выпускной клапаны поступательного действия, уплотняемые по границе с седлами, и кулачковый распределительный вал, приводящий клапан в движение непосредственно или посредством промежуточных элементов (толкателей, коромысел, рокеров, рычагов и т.д.). При этом каждый клапан открывается и закрывается за счет воздействия индивидуального кулачка заданного профиля, который ориентирован относительно других кулачков таким образом, чтобы обеспечить необходимый порядок работы клапанов отдельных цилиндров и фазы цикла газораспределения для каждого из цилиндров. (Биргер И.А., Дружинин Н.И., Житомирский В.К. и др. Авиационные поршневые двигатели. Кинематика, динамика и расчет на прочность. Пособие для инженеров. - М.: Оборонгиз, 1950. - 871 с.)Known gas distribution mechanisms, incorporating inlet and outlet valves of progressive action, sealed along the border with the seats, and cam camshaft, which drives the valve directly or by means of intermediate elements (pushers, rocker arms, rockers, levers, etc.). At the same time, each valve opens and closes due to the action of an individual cam of a given profile, which is oriented relative to other cams in such a way as to provide the necessary order of operation of the valves of individual cylinders and the valve timing for each cylinder. (Birger I.A., Druzhinin N.I., Zhitomirsky V.K. et al. Aircraft piston engines. Kinematics, dynamics and strength analysis. A manual for engineers. - M .: Oborongiz, 1950. - 871 p.)
По своему конструктивному исполнению различают газораспределительные механизмы с нижним расположением клапанов, верхним расположением клапанов, смешанные, а также механизмы с верхним и нижним расположением распределительного вала. При всех своих отличиях данные механизмы имеют общий принцип действия, заключающийся в циклическом воздействии кулачкового механизма на клапан.According to their design, gas distribution mechanisms with a lower valve arrangement, an upper valve arrangement, mixed, as well as mechanisms with an upper and lower camshaft arrangement are distinguished. With all its differences, these mechanisms have a general principle of operation, which consists in the cyclic action of the cam mechanism on the valve.
Такие газораспределительные механизмы получили широкое распространение в поршневых четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, где фазы всасывания и выхлопа составляют около
Известен газораспределительный механизм, основанный на самодействующем клапане [Поршневая расширительная машина: Патент RU 2183288, м. кл. F04B 39/10, F04B 53/10 / Калекин B.C.; Бычковский Е.Г.; Ваняшов А.Д.; Кезь Д.Н.], в котором выхлоп осуществляется через радиальные отверстия в боковых стенках цилиндра, а впуск рабочего тела через нормально открытое отверстие в головке цилиндра, перекрываемое запорным элементом под воздействием перепада давления над ним и в цилиндре. При достижении поршнем выпускных окон часть рабочего тела покидает цилиндр, давление в нем падает, а оставшаяся часть рабочего тела сжимается при ходе поршня верх, открывая запорный элемент для подачи следующей порции рабочего тела. Указанная выше работа совершается за счет того, что в известной поршневой расширительной машине, содержащей цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, впускной штуцер, крышку цилиндра, самодействующий нормально открытый клапан, ограничитель, запорный элемент в самодействующем нормально открытом клапане выполнен в виде упругой пластины, консольно закрепленной между ограничителем и клапанной доской. Кроме того, самодействующий нормально открытый клапан дополнительно содержит регулировочный и направляющий винты, установленные в нижней части крышки цилиндра, причем направляющий винт подпружинен.Known gas distribution mechanism based on a self-acting valve [Piston expansion machine: Patent RU 2183288, m. Cl. F04B 39/10, F04B 53/10 / Kalekin B.C .; Bychkovsky E.G .; Vanyashov A.D .; Kez DN], in which the exhaust is carried out through radial holes in the side walls of the cylinder, and the inlet of the working fluid through a normally open hole in the cylinder head, blocked by a shut-off element under the influence of a pressure differential above it and in the cylinder. When the piston reaches the outlet windows, part of the working fluid leaves the cylinder, the pressure in it drops, and the remaining part of the working fluid is compressed during the piston stroke, opening the shut-off element to supply the next portion of the working fluid. The above work is accomplished due to the fact that in a known piston expansion machine comprising a cylinder with a piston and exhaust windows, an inlet fitting, a cylinder cover, a self-acting normally open valve, a stop, a shut-off element in a self-acting normally open valve is made in the form of an elastic plate, cantilever fixed between limiter and valve plate. In addition, the self-acting normally open valve further comprises adjusting and guide screws mounted at the bottom of the cylinder cover, the guide screw being spring-loaded.
Наиболее близким аналогом впускного клапана поршневого привода является нормально открытый самодействующий клапан по патенту RU 2183288, выполненный с регулируемой высотой подъема запорного элемента и содержащий запорный элемент, выполненный в виде упругой пластины, регулировочный и направляющий винты, установленные в нижней части крышки цилиндра, причем направляющий винт подпружинен.The closest analogue to the inlet valve of a piston actuator is a normally open self-acting valve according to patent RU 2183288, made with an adjustable lifting height of the locking element and containing a locking element made in the form of an elastic plate, adjustment and guide screws installed in the lower part of the cylinder cover, and the guide screw spring loaded.
Недостатком данной конструкции является неэффективное использование рабочего объема, выраженное в частичной продувке цилиндра с неполной сменой рабочего тела, а также многократное воздействие (сжатие) со стороны поршня на один и тот же элемент объема рабочего тела. Кроме того, газораспределительные механизмы такого типа, имеющие самодействующие клапаны, открывающиеся за счет сжатия остаточных газов в цилиндре, не могут обеспечить оптимальные параметры термодинамического цикла Ренкина, поскольку их закрытие происходит в конце рабочего хода, при достижении поршнем выпускных окон, в то время как максимальное использование внутренней энергии рабочего тела возможно только при частичном заполнении цилиндра и более раннем закрытии впускного клапана. Поэтому КПД таких приводов низок.The disadvantage of this design is the inefficient use of the working volume, expressed in partial purge of the cylinder with incomplete change of the working fluid, as well as repeated exposure (compression) from the piston to the same volume element of the working fluid. In addition, gas-distributing mechanisms of this type, having self-acting valves that open by compressing the residual gases in the cylinder, cannot provide the optimal parameters of the Rankine thermodynamic cycle, since they close at the end of the stroke when the piston reaches the outlet windows, while the maximum the use of the internal energy of the working fluid is possible only with a partial filling of the cylinder and earlier closing of the intake valve. Therefore, the efficiency of such drives is low.
Наиболее близким аналогом газораспределительного механизма поршневого привода является механизм клапана-отсечки пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания [Клапан-отсечка пневматического привода газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: Патент RU 2403409, м. кл. F01L 9/02 / Рыбаков А.А.]. Пневматический привод механизма (ПП) включает поршень привода газораспределительного клапана, соединенный с газораспределительным клапаном, золотник, пневмоаккумулятор (ПА) и систему управления ПП, обеспечивающую газообмен в двигателе. Для этого электронная система управления ПП отслеживает текущее положение поршня двигателя и в момент, когда требуется открыть или закрыть газораспределительный клапан двигателя, устанавливает золотник в положение, обеспечивающее поступление рабочего тела из ПА в полость поршня привода газораспределительного клапана, в которой рабочее тело, воздействуя на поршень привода газораспределительного клапана, открывает или закрывает газораспределительный клапан. Зарядка ПА рабочим телом из камеры сгорания (КС) осуществляется на такте сжатия и на такте расширения. Привод снабжен клапаном-отсечкой, имеющим поршень и соединенный с ним запорный клапан. Полость поршня привода запорного клапана соединена трубопроводом с ПА, и при повышении давления рабочего тела в ПА сверх оптимального, рабочее тело из ПА поступает в полость поршня привода запорного клапана и переводит запорный клапан в закрытое положение. Такое выполнение позволяет автоматически обеспечить оптимальный уровень зарядки ПА.The closest analogue to the gas distribution mechanism of a piston drive is the shut-off valve of the pneumatic drive of the gas distribution mechanism of the internal combustion engine [The valve-shutoff of the pneumatic drive of the gas distribution mechanism of the internal combustion engine: Patent RU 2403409, m.
Недостатком данной конструкции является то, что устройству необходима электронная система контроля положения поршня, которая в нужный момент времени перемещает распределительный золотник в положение, необходимое для открытия или закрытия клапана. Увеличение частоты срабатывания электромагнитного привода, как известно, вызывает затруднения по причине электромагнитного гистерезиса, необходимости в сложной схеме управления, обеспечивающей безударную работу быстродействующего электромагнита путем формирования заданного закона изменения тока в катушке электромагнита.The disadvantage of this design is that the device requires an electronic piston position control system, which at the right time moves the distribution valve to the position necessary to open or close the valve. An increase in the frequency of operation of an electromagnetic drive is known to cause difficulties due to electromagnetic hysteresis, the need for a complex control circuit that provides shock-free operation of a high-speed electromagnet by forming a predetermined law of change in current in an electromagnet coil.
Кроме того, при многоцилиндровой схеме такое управление газораспределительным механизмом не гарантирует его стабильной работы на высоких частотах вращения в силу индивидуальных динамических характеристик каждого золотника и отсутствия синхронизации в их работе.In addition, with a multi-cylinder scheme, such a control of the gas distribution mechanism does not guarantee its stable operation at high speeds due to the individual dynamic characteristics of each spool and the lack of synchronization in their operation.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание газораспределительного механизма и впускного клапана, предназначенных для обеспечения быстродействия работы одноцилиндровых и многоцилиндровых поршневых приводов, функционирующих по термодинамическому циклу Ренкина.The problem to which the invention is directed is the creation of a gas distribution mechanism and an intake valve designed to provide high-speed operation of single-cylinder and multi-cylinder piston drives operating according to the Rankine thermodynamic cycle.
Поставленная задача решается предлагаемым газораспределительным механизмом поршневого привода, содержащим по меньшей мере одну головку цилиндра, впускной и выпускной клапаны с седлами, корпусы клапанов, бистабильные распределители с золотниками, причем клапаны выполнены с возможностью продольного перемещения в корпусах клапанов. Привод снабжен распределителями с золотниками, над каждым из цилиндров закреплено седло впускного клапана, внутри отверстия впускного клапана установлен толкатель впускного клапана, на нижнем конце которого, со стороны поршня, закреплена нажимная пята, рабочая пружина расположена в кольцевом зазоре между корпусом клапана и впускным клапаном, опираясь на седло клапана и впускной клапан. В свою очередь пружина толкателя расположена в кольцевом зазоре между толкателем клапана и впускным клапаном, опираясь на толкатель и корпус клапана, причем в верхней части корпуса клапана установлен золотник распределителя и корпус клапана закрыт заглушкой. Пружина распределителя опирается одной стороной на заглушку, а другой стороной на золотник распределителя, а в теле головки блока цилиндров выполнен канал, в котором установлен золотник бистабильного распределителя. Толкатели выполнены с возможностью перемещения под воздействием поршней, размещенных в цилиндрах и с возможностью перемещения золотников распределителей и подачи рабочего тела через образовавшиеся зазоры для смещения золотников бистабильных регуляторов. В головке блока цилиндров над каждым из цилиндров закреплено седло выпускного клапана, соосно с которым установлен выпускной клапан, имеющий с противоположной стороны поршень, расположенный в полости головки блока цилиндров, причем возвратная пружина расположена соосно с выпускным клапаном, кроме того внутри головки блока цилиндров и корпусов клапанов выполнены отверстия и каналы, соединяющие элементы конструкции с пневматической схемой.The problem is solved by the proposed gas distribution mechanism of the piston drive, containing at least one cylinder head, intake and exhaust valves with seats, valve bodies, bistable valves with spools, and the valves are made with the possibility of longitudinal movement in the valve bodies. The actuator is equipped with spool valves with spools, an inlet valve seat is fixed over each cylinder, an inlet valve pusher is installed inside the inlet valve opening, at the lower end of which, on the piston side, a pressure heel is fixed, a working spring is located in the annular gap between the valve body and the inlet valve, Leaning on the valve seat and intake valve. In turn, the pusher spring is located in the annular gap between the valve pusher and the inlet valve, relying on the pusher and the valve body, with a valve spool installed in the upper part of the valve body and the valve body closed with a plug. The spring of the distributor rests on one side of the plug and the other side on the spool of the distributor, and in the body of the cylinder head a channel is made in which the bistable distributor spool is installed. Pushers are made with the possibility of movement under the influence of pistons located in the cylinders and with the possibility of moving the spools of the distributors and supplying the working fluid through the formed gaps to bias the spools of the bistable regulators. An exhaust valve seat is fixed in the cylinder head above each cylinder, with an exhaust valve mounted coaxially with a piston located on the opposite side of the cylinder head cavity, the return spring being aligned with the exhaust valve, and also inside the cylinder head and bodies valves made holes and channels connecting structural elements with a pneumatic circuit.
Техническим результатом предложенного изобретения является оптимизация термодинамического цикла на фазе совершения приводом полезной работы при движении поршня от ВМТ до НМТ, тем самым повышение КПД такого привода. Для решения задачи предложено применить впускной клапан такой конструкции, которая бы обеспечивала контроль положения поршня в цилиндре, открытие клапана в верхней мертвой точке и его закрытие при заданном угле поворота коленчатого вала, причем впускные клапаны нескольких цилиндров, работающих в противофазе, посредством системы пневматических распределителей обеспечивали бы жесткий цикл газораспределения по всем цилиндрам и управление выпускными клапанами без применения внешних систем управления любого типа.The technical result of the proposed invention is the optimization of the thermodynamic cycle at the phase of the drive performing useful work when the piston moves from TDC to BDC, thereby increasing the efficiency of such a drive. To solve the problem, it was proposed to use an inlet valve of such a design that would provide control of the position of the piston in the cylinder, opening the valve at top dead center and closing it at a given angle of rotation of the crankshaft, while the inlet valves of several cylinders operating in antiphase through a system of pneumatic valves provided a tight gas distribution cycle for all cylinders and exhaust valve control without the use of external control systems of any type.
Также техническим результатом является преодоление перечисленных выше недостатков и ограничений, которые накладывает кулачковый механизм управления клапанами, недостатков, присущих самодействующим клапанам и исключения применения электронной управляющей системы работы клапанов электромагнитными приводами. При этом достигается увеличение КПД, упрощение конструкции приводов, повышение надежности работы, снижение материалоемкости.Also, the technical result is to overcome the above disadvantages and limitations that the cam valve control mechanism imposes, the disadvantages inherent in self-acting valves and the exclusion of the use of an electronic control system of valve operation by electromagnetic actuators. At the same time, an increase in efficiency is achieved, a simplification of the design of the drives, an increase in the reliability of operation, and a decrease in material consumption.
Для достижения указанного технического результата предложен впускной клапан поршневого привода, содержащий корпус клапана и седло клапана, причем впускной клапан установлен с возможностью продольного перемещения внутри корпуса клапана. Внутри отверстия впускного клапана установлен толкатель клапана, на нижнем конце которого закреплена нажимная пята, при этом рабочая пружина расположена в кольцевом зазоре между корпусом клапана и впускным клапаном, опираясь на седло клапана и впускной клапан, а пружина толкателя расположена в кольцевом зазоре между толкателем клапана и впускным клапаном, опираясь на толкатель и корпус клапана.To achieve the technical result, an inlet valve of a piston actuator is proposed comprising a valve body and a valve seat, the inlet valve being mounted with the possibility of longitudinal movement inside the valve body. A valve follower is installed inside the inlet valve opening, a pressure point is fixed at the lower end of the valve, while the working spring is located in the annular gap between the valve body and the intake valve, resting on the valve seat and the inlet valve, and the follower spring is located in the annular gap between the valve follower and inlet valve, relying on the pusher and valve body.
На фиг. 1 представлен поперечный разрез газораспределительного механизма, на фиг. 2 - пневматическая схема управления работой выпускных клапанов для варианта конструкции газораспределительного механизма двухцилиндрового привода, где 19 - это выхлоп 1 цилиндра, 20 - выхлоп 2 цилиндра, 21 - бистабильный распределитель, 22 - распределитель впускного клапана 1 цилиндра, 23 - распределитель впускного клапана 2 цилиндра. Для приводов с большим числом цилиндров принцип действия газораспределительного механизма остается неизменным. В этом случае выпускные клапаны группируются по признаку совпадения фаз цикла газораспределения и управляются параллельно.In FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas distribution mechanism; FIG. 2 - pneumatic control diagram of the operation of exhaust valves for a design variant of the gas distribution mechanism of a two-cylinder drive, where 19 is the exhaust of 1 cylinder, 20 is the exhaust of 2 cylinders, 21 is a bistable distributor, 22 is the distributor of the intake valve of 1 cylinder, 23 is the distributor of the intake valve of 2 cylinder . For drives with a large number of cylinders, the principle of the gas distribution mechanism remains unchanged. In this case, the exhaust valves are grouped according to the coincidence of the phases of the valve timing and are controlled in parallel.
Устройство состоит из головки 1 блока цилиндров, установленной на блок 2 цилиндров, в котором размещены поршни 3, связанные с кривошипно-шатунным механизмом (не показан) таким образом, что движутся в противофазе. В головке 1 блока цилиндров над каждым из цилиндров закреплено седло 4 клапана, в котором в свою очередь установлен впускной клапан 5, с возможностью продольного перемещения внутри корпуса клапана 6. Внутри отверстия впускного клапана 5 установлен толкатель 7 клапана, на нижнем конце которого, со стороны поршня 3, закреплена нажимная пята 8. Рабочая пружина 9 расположена в кольцевом зазоре между корпусом 6 клапана и впускным клапаном 5, опираясь на седло 4 клапана и впускной клапан 5. Пружина 10 толкателя расположена в кольцевом зазоре между толкателем 7 клапана и впускным клапаном 5, опираясь на толкатель 7 и корпус 6 клапана. В верхней части корпуса клапана 6 установлен золотник распределителя 11. В свою очередь корпус 6 клапана закрыт заглушкой 12. Пружина 13 распределителя опирается одной стороной на заглушку 12, а другой стороной на золотник 11 распределителя. В теле головки 1 блока цилиндров выполнен канал, в котором установлен золотник 14 бистабильного распределителя.The device consists of a
В головке 1 блока цилиндров над каждым из цилиндров закреплено седло выпускного клапана 15, соосно с которым установлен выпускной клапан 16, имеющий с противоположной стороны поршень 17, расположенный в полости головки 1. Возвратная пружина 18 расположена соосно с выпускным клапаном 15.In the
Внутри головки 1 блока цилиндров и корпусов 6 клапанов выполнены отверстия и каналы, соединяющие элементы конструкции в соответствии с пневматической схемой, представленной на фиг. 2.Inside the
Кроме того, для приводов с одним цилиндром или многоцилиндровых приводов без пневматического управления выпускными клапанами выпускной клапан может иметь любую известную конструкцию и принцип действия, например, с приводом от кулачкового механизма или электромагнитный.In addition, for single-cylinder actuators or multi-cylinder actuators without pneumatic control of the exhaust valves, the exhaust valve may have any known design and principle of operation, for example, driven by a cam mechanism or electromagnetic.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходное положение устройства, представленное на фиг. 1, соответствует положению поршня 3 в первом цилиндре (на фиг. 1 слева) в ВМТ.The initial position of the device shown in FIG. 1 corresponds to the position of the
В каналы, обозначенные стрелками на фигуре 1, под давлением подается рабочее тело. При движении первого поршня 3 вверх по направлению к ВМТ поршень 3 касается нажимной пяты 8 и перемещает толкатель 7 вверх. По мере перемещения поршня 3 вверх нажимная пята 8 упирается в тело впускного клапана 5 и частично открывает его на величину начального зазора. Клапан 5, находившийся в закрытом состоянии под воздействием пружины 10 толкателя и давления рабочего тела со стороны впускного канала, указанного стрелкой на фиг. 1, открывается под действием рабочей пружины 9, поскольку давления под клапаном 5 и над ним при образовании начального зазора выравниваются, и клапан 5 переходит в открытое состояние.In the channels indicated by arrows in figure 1, a working fluid is supplied under pressure. When the
Одновременно с открытием впускного клапана 5 при перемещении толкателя 7 под воздействием поршня 3 верхняя часть толкателя 7 смещает золотник 11 распределителя, преодолевая усилие пружины 13 распределителя, и поток рабочего тела через образовавшийся зазор смещает золотник 14 бистабильного распределителя вправо, что приводит к соединению полости над поршнем 17 выпускного клапана второго цилиндра с областью высокого давления, которое, преодолевая усилие возвратной пружины 18, открывает выпускной клапан 16 второго цилиндра, обеспечивая выхлоп из него при движении поршня 3 второго цилиндра вверх.Simultaneously with the opening of the
После достижения поршнем 3 первого цилиндра верхней мертвой точки и полного открытия впускного клапана 5 первого цилиндра рабочее тело заполняет первый цилиндр, перемещая поршень 3 первого цилиндра вниз и одновременно с этим обеспечивает движение поршня 3 второго цилиндра вверх за счет их кинематической связи через кривошипно-шатунный механизм (не показан). По мере перемещения поршня 3 первого цилиндра вниз толкатель 7 первого цилиндра под воздействием пружины 10 следует за поршнем, закрывая золотник 11 и при дальнейшем движении вниз соединяет полость слева от бистабильного золотника с полостью выхлопа. При достижении толкателем 7 контакта с впускном клапаном 5 под воздействием пружины толкателя 10 клапан 5 начинает закрываться, и его полное закрытие происходит после прерывания контакта между нажимной пятой 8 и поршнем 3 первого цилиндра. В этот момент давление над впускным клапаном 5 нарастает и прижимает его к седлу 4 клапана. Окончание фазы впуска определяется длиной толкателя 7. Далее поршень 3 первого цилиндра движется вниз под воздействием расширяющегося рабочего тела до НМТ. При этом поршень 3 второго цилиндра, вытесняя рабочее тело из цилиндра через открытый выпускной клапан 16 второго цилиндра сначала соприкасается с толкателем 7 второго цилиндра, а при достижении ВМТ открывает посредством толкателя 7 золотник 11 второго цилиндра, что приводит к смещению бистабильного распределителя 14 влево, закрытию выпускного клапана 16 второго цилиндра под воздействием возвратной пружины 18 и открытию выпускного клапана 16 первого цилиндра за счет воздействия давления на поршень выпускного клапана 17.After the
Далее процесс повторяется циклически. Момент закрытия выпускного клапана 16 каждого цилиндра опережает достижение поршнем 3 верхней мертвой точки за счет упреждения открытия соответствующего золотника 11.Further, the process is repeated cyclically. The closing moment of the
На фиг. 3 представлена конструкция впускного клапана для одноцилиндрового газораспределительного механизма с положением поршня в ВМТ без выпускного клапана и элементов управления им. Для приводов с одним цилиндром или многоцилиндровых приводов без пневматического управления выпускными клапанами выпускной клапан может иметь любую известную конструкцию и принцип действия, например, с приводом от кулачкового механизма или электромагнитный.In FIG. 3 shows the design of the inlet valve for a single-cylinder gas distribution mechanism with the piston position in TDC without the exhaust valve and its controls. For single-cylinder actuators or multi-cylinder actuators without pneumatic control of the exhaust valves, the exhaust valve may have any known design and principle of operation, for example, driven by a cam mechanism or electromagnetic.
Впускной клапан располагается в головке цилиндра 1, размешенной на цилиндре 2, внутри которого перемещается поршень 3 и состоит из седла клапана 4, клапана 5, корпуса клапана 6, толкателя 7 с нажимной пятой 8, рабочей пружины 9 и пружины толкателя 10.The inlet valve is located in the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Впускной клапан изначально находится в закрытом состоянии под воздействием давления рабочего тела со стороны впускного канала и силы пружины толкателя 7. При движении поршня 3 вверх по направлению к ВМТ поршень 3 касается нажимной пяты 8 и перемещает толкатель 7 вверх. По мере перемещения поршня 3 вверх нажимная пята 8 упирается в тело клапана 5 и частично открывает его на величину начального зазора. Клапан 5 открывается под действием рабочей пружины 9, поскольку давления под впускным клапаном и над ним при образовании начального зазора выравниваются, а толкатель 7 прекращает воздействовать на клапан 5 посредством пружины толкателя 10, и клапан 5 переходит в открытое состояние.The inlet valve is initially closed under the influence of the working fluid pressure from the inlet channel and the force of the spring of the
При движении поршня 3 вниз по направлению к НМТ толкатель 7 упирается в клапан 5 и усилием пружины толкателя 10, преодолевая усилие рабочей пружины 9, опускает клапан 5 в сторону закрытия. При этом в тот момент, когда контакт между нажимной пятой 8 и поршнем 3 разрывается, толкатель 7 окончательно закрывает клапан 5. Таким образом, угол закрытия клапана 5 определяется длиной толкателя 7 со стороны нажимной пяты 8 которая может быть рассчитана по формуле:When the
где ϕ - угол закрытия впускного клапана, рад;where ϕ is the angle of closure of the intake valve, rad;
l - вылет толкателя 7 с нажимной пятой 8 ниже ВМТ поршня 3;l - the departure of the
R - радиус кривошипа коленчатого вала;R is the radius of the crank of the crankshaft;
λ=R/lш, где lш - длина шатуна кривошипно-шатунного механизма поршневого привода.λ = R / l W , where l W - the length of the connecting rod of the crank mechanism of the piston drive.
При этом достигается решение главной задачи по обеспечению быстродействия газораспределительного механизма и реализации термодинамического цикла, близкого к идеальному.At the same time, the solution of the main problem is achieved in ensuring the speed of the gas distribution mechanism and the implementation of a thermodynamic cycle that is close to ideal.
Преимуществом представленной схемы является высокое быстродействие впускных клапанов при углах закрытия в диапазоне углов поворота вала привода 40°…90° во всем рабочем диапазоне давлений, безударная работа при его открытии, обусловленная сравнительно малой скоростью движения поршня в окрестностях верхней мертвой точки, а также высокая стабильность работы выпускных клапанов при многоцилиндровой схеме, поскольку их движения управляются единым золотником бистабильного распределителя. Использование во впускных клапанах давления рабочей среды для прижатия их к седлу позволяет снизить силовую нагрузку на механизм и предотвратить утечку рабочего тела через впускной клапан при повышении давления над ним. Преимуществом данного изобретения также является приближение реального термодинамического цикла к идеальному на фазе совершения приводом полезной работы при движении поршня от ВМТ до НМТ, тем самым повышение КПД такого привода, упрощение его конструкции, снижение материалоемкости и повышение стабильности и надежности работы газораспределительного механизма.The advantage of the presented scheme is the high speed of the intake valves at closing angles in the range of angles of rotation of the drive shaft 40 ° ... 90 ° in the entire operating pressure range, shockless operation when it is opened, due to the relatively low speed of the piston in the vicinity of the top dead center, as well as high stability operation of exhaust valves with a multi-cylinder design, since their movements are controlled by a single spool of a bistable distributor. The use of working medium pressure in the inlet valves to press them against the seat allows to reduce the power load on the mechanism and prevent the leakage of the working fluid through the inlet valve with increasing pressure above it. An advantage of this invention is also the approximation of the real thermodynamic cycle to the ideal one during the phase of the drive performing useful work when the piston moves from TDC to BDC, thereby increasing the efficiency of such a drive, simplifying its design, reducing material consumption and increasing the stability and reliability of the gas distribution mechanism.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016120710A RU2629343C1 (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016120710A RU2629343C1 (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629343C1 true RU2629343C1 (en) | 2017-08-28 |
Family
ID=59797430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016120710A RU2629343C1 (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629343C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110657250A (en) * | 2019-10-29 | 2020-01-07 | 沈阳航天新光集团有限公司 | Low-pressure pneumatic control valve |
| CN112664689A (en) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 湖南鸿辉科技有限公司 | Cartridge valve with overflow and sequence control functions |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253619A (en) * | 1992-12-09 | 1993-10-19 | North American Philips Corporation | Hydraulically powered actuator with pneumatic spring and hydraulic latching |
| RU2327880C2 (en) * | 2002-05-30 | 2008-06-27 | Карджайн Энджиниринг АБ | Method of controlling working flowing medium in pressure pulse generator and device to generate pressure pulses |
| US7500466B2 (en) * | 2006-06-29 | 2009-03-10 | Jacobs Vehicle Systems, Inc. | Variable valve actuation and engine braking |
| RU2528538C1 (en) * | 2013-10-16 | 2014-09-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of driving compressor of two-cylinder ice diverter valve and fuel injector air drive pneumatic accumulator charging with atmospheric air |
| RU2566851C1 (en) * | 2014-11-24 | 2015-10-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ice two-drive gas pressure control valve actuation by pneumatic drive system with its charging with atmospheric air |
-
2016
- 2016-05-26 RU RU2016120710A patent/RU2629343C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253619A (en) * | 1992-12-09 | 1993-10-19 | North American Philips Corporation | Hydraulically powered actuator with pneumatic spring and hydraulic latching |
| RU2327880C2 (en) * | 2002-05-30 | 2008-06-27 | Карджайн Энджиниринг АБ | Method of controlling working flowing medium in pressure pulse generator and device to generate pressure pulses |
| US7500466B2 (en) * | 2006-06-29 | 2009-03-10 | Jacobs Vehicle Systems, Inc. | Variable valve actuation and engine braking |
| RU2528538C1 (en) * | 2013-10-16 | 2014-09-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of driving compressor of two-cylinder ice diverter valve and fuel injector air drive pneumatic accumulator charging with atmospheric air |
| RU2566851C1 (en) * | 2014-11-24 | 2015-10-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ice two-drive gas pressure control valve actuation by pneumatic drive system with its charging with atmospheric air |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110657250A (en) * | 2019-10-29 | 2020-01-07 | 沈阳航天新光集团有限公司 | Low-pressure pneumatic control valve |
| CN112664689A (en) * | 2020-12-31 | 2021-04-16 | 湖南鸿辉科技有限公司 | Cartridge valve with overflow and sequence control functions |
| CN112664689B (en) * | 2020-12-31 | 2024-06-11 | 湖南鸿辉科技有限公司 | Cartridge valve with overflow and sequence control functions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2451190C2 (en) | Engine with isolated cycles | |
| US8375904B2 (en) | Early intake valve closing and variable valve timing assembly and method | |
| KR101128476B1 (en) | Hydro-mechanical valve actuation system for split-cycle engine | |
| US7461619B2 (en) | Valve apparatus for an internal combustion engine | |
| RU2720896C1 (en) | Method of providing variable compression ratio in internal combustion engine and actuator for said method | |
| US6722349B2 (en) | Efficient internal combustion engine valve actuator | |
| US20030145810A1 (en) | Engine valve actuator providing miller cycle benefits | |
| RU2701784C2 (en) | Compressed air engine with active chamber and active intake distribution | |
| CN104612773A (en) | Gas intake and distribution system based on electric hydraulic control mode | |
| RU2629343C1 (en) | Gas distribution mechanism and inlet valve of piston drive | |
| EP3051080A1 (en) | Variable valve timing systems for internal combustion engines | |
| US7044093B2 (en) | Variable valve timing system for an internal combustion engine | |
| WO2010085424A1 (en) | Seating control device for a valve for a split-cycle engine | |
| EP2710253B1 (en) | Multi-cylinder piston engine | |
| US10774645B1 (en) | High efficiency steam engine | |
| Mardell et al. | An integrated, full authority, electrohydraulic engine valve and diesel fuel injection system | |
| JPS60259713A (en) | Electronic control system hydraulic valve unit for internal-combustion engine | |
| JPS59206606A (en) | Exhaust valve driving device of internal-combustion engine | |
| CN204402600U (en) | Based on the air inlet gas distribution system of electrichydraulic control formula | |
| GB2494176A (en) | Desmodromic hydraulic valve train | |
| RU2611702C1 (en) | Method of additional internal combustion engine cylinder filling with air or fuel mixture by overlapping of valve timing with drive system of double-valve gas distributor, charging drive system pneumatic accumulator with gas from compensative pneumatic accumulator | |
| US7047920B2 (en) | Engine valve actuation system and method for controlling white smoke | |
| RU2611703C1 (en) | Method of additional internal combustion engine cylinder filling with air or fuel mixture by overlapping of valve timing with drive system of double-valve gas distributor, charging drive system hydraulic accumulator with fluid from compensative hydraulic accumulator | |
| RU2615299C1 (en) | Method of additional internal combustion engine cylinder filling with air or fuel mixture by overlapping of valve timing with drive system of three-valve gas distributor, charging drive system hydraulic accumulator with fluid from compensative hydraulic accumulator | |
| RU2576700C1 (en) | Method for reversal internal combustion engine with reverse starter mechanism and pneumatic actuator system of three-valve gas distributor with charging of accumulator of system from compensation pneumatic accumulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180527 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190520 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200527 |