Клапанные органы газораспределения двигателя внутреннего сгорания

(5 ц 5 Е 01 1 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОП ИСАН И Е ИЗОБРЕТЕ Н И СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР К(71) Запорожский машиностроительный институт им. В, Я. Чубаря(56) Европейский патент ЕР М 0289675кл, Е 02 О 29/08, опублик. 1988,(54) КЛАПАННЫЕ ОРГАНЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ(57) Изобретение относится к двигателямвнутреннего сгорания, снабженным клапан Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапаными устройствами в качестве органов газораспределения, и может быть использовано в двигателях, работающих как по четырехтактному. так и по двухтактному циклу, а также в компрессорах поршневого типа с распределительными органами, подобными клапанным органам ДВС.Известны клапанные органы газораспределения четырехтактного двигателя, состоящие из клапана и седла, имеющие конические посадочные поверхности. Недостатком этих устройств являются большие потери при течении рабочего тела, что приводит к уменьшению эффективного проходного сечения органа и повышенному расходу топлива.Клапанные органы газораспределения ДВС по европейскому патенту ЕР ными устройствами в качестве органов газораспределения, и позволяет повысить пропускную способность этих органов и тем самым снизить расход топлива за счет уменьшения работы насосных ходов в периоды принудительных впуска и выпуска, Это достигается выполнением на конических посадочных поверхностях клапана и седла кольцевых канавок прямоугольного профиля, осуществляющих турбулизацию потока рабочего тела, за счет которой уменьшаются общие потери в клапанных устройствах и, следовательно, увеличивается их пропускная способность. 4 ил,В 0289675 приняты за прототип. Диаграмма проходной и эффективной р Р площадей для выпускных органов представлена на - а фиг. 1 (графики соответствующих площадей для впускных органов в настоящем описании не приводятся: положительный эффект от технического решения для них и качественно, и количественно таков же,как для выпускныхвне зависимости от размеров органов и направленности течения рабочего тела). Величина Р получена расчетом на основе геометрии и закона открывания клапа н ного устройства; величина,и Р - в методом статической продувки. Как следует из фиг. 1, при малых подьемах клапана имеет место соотношение,и гР, что объясняется частичным восстановлением давления за щелевым каналом; при больших подьемах клапана,и РЕ, что связано с потерями механической энергии рабочего тела в органах, 1726794Недостатком клапанных органов, взятых в качестве прототипа, является существенное отставание эффективной площади рГ от проходной Г в периоды А принудительных впуска и выпуска (фиг. 2). В результате за счет существенного увеличения работы насосных ходов, наблюдается повышенный расход топлива,Цель изобретения - повышение пропускной способности клапанных органов для снижения расхода топлива за счет уменьшения работы насосных ходов в периоды принудительных впуска и выпуска. Ожидаемый положительный эффект увеличения эффективной площади клапанных органов газораспределения от использования настоящего изобретения 22,25;. Нэ фиг, 1 представлена диаграмма проходной Г и эффективной,и г. площадей органов выпуска прототипа, в периоды принудительных впуска и выпуска; на фиг. 2 - диаграмма результатов экспериментального исследования по достижению положительного эффекта (и - изобретение и - прототип); на фиг, 3 - клапанные органы; на фиг,4 - узел на фиг. 3.Прямоугольный профиль кольцевых канавок на конических посадочных поверхностях клапана и седла имеет размеры акЬ=0,8 х 0,6. а количество канавок - по две на каждой из сопрягаемых поверхностей, Длина образующей посадочного конуса 1=6 мм, диаметр тарели клапана б=45,0, максимальный ход клапана Ьмакс=11. 22, Величины эффективного проходного сечения клапанных органов прототипа и предлагаемых получены экспериментальным путем на специальной опытной установке, основанной на базе головки цилиндров дизеля 6 Ч 12/14, где источником сжатого воздуха - компрессор РУТС (максимальные давление и расход в ходе экспериментов Рмакс=80 кПа, Омакс=0,05 кг/с). Измерительная база подобрана из требований высокой точности расчетно-экспериментального исследования; давления замерялись дифференциальными манометрами ДТ - 50, причем рабочим телом были либо вода, либо ртуть - в зависимости от величины параметра; температу. ры регистрировались ртутными термометрами ТЛ; измерение расхода осуществлялось при помощи стандартных диафрагм модулей в=0,0625 и в=0,16 - в зависимости от величины расхода; перемещения клапанов - индикаторами часового типа ИЧ - 10, По результатам опытов и обработки экспериментальных данных построены графики рР(Ь), топлива сделано заключение о достоверно 55 сти расчетно-экспериментального исследования по выявлению влияния кольцевых канавок прямоугольного профиля на конических посадочных поверхностях клапана и седла: расхождение расчетных и экспери- о 1015 20 2530 35 404550 В области А принудительных впуска и выпуска наблюдается существенное увели-чение эффективного проходного сечения при нанесении кольцевых канавок прямоугольного профиля как на конической посадочной поверхности клапана, так и седла(кривая и) в сравнении с вариантом прототипа (кривая и). Пример конкретного исполнения характеризуется положительным эффектом увеличения эффективной проходной площади, величина которого в интегральном выражении (эффективный угол - сечение) составила 22 О/, что благоприятно для рабочего процесса двигателя и его экономичности,Результаты экспериментального исследования по выявлению положительного эффекта представлены в таблице,Для оценки влияния предлагаемых по изобретению клапанных органов на показатели двигателя и выявления пределов положительного эффекта выполнен численный эксперимент с помощью ЭЦВМ, Использована физико-экономическая модель рабочего цикла. которая включает пять дифференциальных уравнений для расчетаосновных параметров рабочего тела; обьема Ч, массы в, массы продуктов сгорания п 1 О, температуры Т и давления Р, Уравнение баланса энергии включает слагаемое тепловыделения при сгорании по Вибе и слагаемое теплообмена со стенками по Пфлауму. Уравнение баланса массы предусматривает учет обратных течений, Законы изменения эффективного проходного сечения р Рорганов газораспределения, полученные из экспериментов, заданы в форме таблицы. Система уравнений решена численным методом Рунге-Кутта (погрешность циклового массового баланса не превосходит 0,002%). Достоверность физико-математической модели подтверждена сравнением расчетнойи опытной индикаторных диаграмм (отличие цикловых показателей - 0,6 О), Расчетные значения удельного индикаторного расхода топлива для прототипа и клапанных органовпо настоящему изобретению соответственно составляют 186,70 и 185,75 г/кВт ч, (относительное снижение - 0,51%),Положительный эффект увеличения эффективного проходного сечения,и Г проверентакже на реально существующем двигателе, где по фактору снижения удельного расхода1726794 бО 50 400 ЯОО ментальных значений удельного расходатоплива менее 0,25,Применение клапанных органов газораспределения с кольцевыми канавкамипрямоугольного профиля на конических посадочных поверхностях как клапана, так иседла позволяет существенно увеличить ихэффективное проходное сечение в зонепринудительных впуска - выпуска и тем улучшить показатели экономичности двигателя 10в целом, Кроме того, такие органы, вследствие их большой пропускной способности,позволяют несколько снизить теплонапряженность деталей и узлов цилиндро-поршневой группы, улучшить очистку цилиндра 15 от отработавших газов и, следовательно, повысить экономические возможности всей энергетической установки,Формула изобретения Клапанные органы газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащие клапан и седло с коническими посадочными поверхностями, причем на поверхности клапана выполнены кольцевые канавки,отл ичающиесятем,что, с целью повышения пропускной способности, кольцевые канавки дополнительно выполнены на конической поверхности седла, при этом кольцевые канавки и седла,и клапана имеют прямоугольный профиль.1726794 Составитель Я. ЕгороТехред М.Моргентал Корректор О. едактор М. Василь цов оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 1263 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5