Выхлопная система двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам 3 ОБРЕТЕНИ ТЕ(76) Полторацкий Борис Федорович(54) ВЬХЛОПНАЯ СИСТЕМА ДВУХТАКТНОГОДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Сущность изобретения: в стенке цилиндра надвыпускным окном выполнено перепускное отверстие, а приводной узел выполнен в виде исполнительного цилиндра с входным каналом, подсоедиОПИСАН(19) %ЦУ (11) 2002079 С 1 (51) 5 002 ВХЯ 20 Р 02 В ЗЗ 30 ерез обратныи клапан к перепускному отдренажным каналом и поршнем, снабженатной пружиной и кинематически связан- воротной заслонкой, отводного канала с нным в нем регулируемым жиклером, нного к входному каналу, и коплектдрного общающего отводной и дренажный кахлопным коллектором. 3 с и 6 з.п.ф-лы, 3 ненным ч верст ию, ным возвр ным с по установле подкпюче канала, со налы с вь ил.Изобретение относится к системам газораспределения двигателей внутреннего сгорания, преимущественно к системам управления процессом выхлопа двухтактного дизельного или карбюраторного двигателя как с петлевой, так и с прямоточной продувкой рабочего цилиндра.Известна выхлопная система двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащая выхлопной коллектор, соединенный с выпускным окном, выполненным в стенке цилиндра двигателя в районе нижней мертвой точки его поршня, поворотную заслонку, имеющую ось, расположенную вблизи верхней стенки выхлопного коллектора перпендикулярно оси цилиндра двигателя, торцовую часть. частично перекрывающую выпускное окно, и приводной узел,Недостатками известной системы являются чрезмерная сложность и недостаточная эффективность цепи управления, включающей в себя помимо приводного узла датчики режимов работы двигателя, вычислитель и сервомотор, каждый из которых вносит свои погрешности и сбои,Известна выхлопная система двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащая выхлопной коллектор, соединенный с выпускным окном, выполненным в головке цилиндра двигателя, и выпускной клапан, имеющий шток с возвратной пружиной и приводной узел с поршнем, связанным со штоком и нагруженным возвратной пружиной.Недостатками этой системы являются чрезмерная громоздкость и недостаточная эффективность, обусловленные наличием связанного с коленчатым валом посредством громоздких промежуточных механизмов кулачкового механизма, который не позволяет адаптировать в нужных пределах фазы открывания и закрывания клапана к режимам работы двигателя.Целью изобретения является повышение эффективности системы,Цель достигается тем, что и стенке цилиндра над выпускным окном выполнено перепускное отверстие, а приводной узел выполнен в виде исполнительного цилиндра с входным каналом, подсоединенным через обратный клапан к перепускному отверстию, дренажным каналом и поршнем, снабженным возвратной пружиной и кинематически связанным с поворотной заслонкой, отводного канала с установленным в нем регулирующим жиклером, подключенного к входному каналу, и коллекторного канала, сообщающего отводной и дренажнь 1 й каналы с выхлопным коллектором, Пор 50 мещен поршень, золотника, выполненного с входным, выходным и дренажным отверстиями и с одной стороны соединенного при помощи управляющего входа с перегускным отверстием, а с другой нагруженногоуправляющей пружиной, ресивера, сообщенного с входным отверстием золотника и через обратный клапан с перепускным отверстием, и коллекторного канала, сообщающего выхлопной коллектор с дренажным отверстием золотника, выходное отверстие шень исполнительного цилиндра может быть выполнен в виде поворотной лопасти, установленной на оси заслонки.Цель также достигается тем, что в стен ке цилиндра над выпускным окном выполнено перепускное отверстие, приводной узел выполнен в виде исполнительного цилиндра с входным каналом, подсоединенным через первый обратный клапан к "0 перепускному отверстию, дренажным каналом и поршнем, снабженным возвратной пружиной и эксцентриком, контактирующим с заслонкой, на оси которой установлена силовая пружина, прижимающая "5 заслонку к эксцентрику, отводного канала сустановленным в нем регулируемым жиклером, подключенного к входному каналу, золотника, выполненного с входным, выходным и дренажным отверстиями и с 20 одной стороны соединенного при помощиуправляющего входа с перепускным отверстием, с другой нагруженного управляющей пружиной, ресивера, сообщенного с входным отверстием золотника и через второй обратный клапан с перепускным отверстием, и коллекторного канала, сообщающего дренажный канал исполнительного цилиндра, дренажное отверстие золотника и отводной канал с выхлопным коллектором, а 50 пространство, образованное боковой поверхностью заслонки и верхней стенкой выхлопного коллектора, герметизировано и связано с выходным отверстием золотника.Поршень исполнительного цилиндра может З 5 быть вь 1 полнен в виде поворотной лопасти,ось которой выполнена заодно с эксцентриком, Система может быть снабжена задвижкой, при этом управляющий вход золотника соединен с перепускным отверстием через задвижку, и управляющая пружина снабжена регулятором ее затяжки, Задвижка может быть выполнена пневмоуправляемой с управляющим каналом, подключенным к исполнительному цилиндру между входным и "5 дренажными каналами,Цель достигается также тем, что в стенке цилиндра выполнено перепускное отверстие, а приводной узел выполнен в виде исполнительного цилиндра, в котором раз 20020795 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 которого связано с исполнительным цилиндром. Система может быть снабжена задвижкой, при этом управляющий вход золотника соединен с перепускным отверстием через задвижку, и управляющая пружина снабжена регулятором ее затяжки.Задвижка может быть выполнена пневмоуправляемой с управляющим каналом, подключенным к перепускному отверстию, и дренажным каналом с установленным в нем регулируемым жиклером, связанным с коллекторным каналом.На фиг.1 представлен первый вариант выхлопной системы. Выхлопной коллектор 1 двигателя соединен с выпускным окном 2, которое расположено в стенке 3 цилиндра, открытого поршнем 4 в его нижней мертвой точке, Поворотная заслонка 5 имеет ось 6 и торцовую часть 7, перекрывающую часть выхлопного окна 2, В стенке 3 цилиндра расположено перепускное отверстие 8, которое через обратный клапан 9 и входной канал 10 соединено с исполнительным цилиндром 11. В последнем расположены дренажный канал 12 и поршень 13 с возвратной пружиной 14, Отводной канал 15 с регулируемым жиклером 16 соединен с входным каналом 10 и коллекторным каналом 17, который сообщен с выхлопным коллектором 1 и дренажным каналом 12,На фиг.2 представлен второй вариант выхлопной системы, Выхлопной коллектор 1 двигателя соединен с выпускным окном 2, которое расположено в стенке 3 цилиндра, открытого поршнем 4 в его нижней мертвой точке. Поворотная заслонка 5 имеет ось 6 и торцовую часть 7, перекрывающую часть выхлопного окна 2. В стенке 3 цилиндра расположено перепускное отверстие 8, ко. торое через обратный клапан 9 и входной канал 10 соединено с исполнительным цилиндром 11. В последнем расположены дре-. нажный канал 12 и поршень 13 с возвратной пружиной 14. Отводной канал 15 с регулируемым жиклером 16 соединен с входным каналом 10 и коллекторным каналом 17, который сообщен с выхлопным коллектором 1 и дренажным каналом 12. Поршень 13 снабжен эксцентриком 18, контактирующим с заслонкой 5, на оси которой 6 установлена силовая пружина 19, Золотник 20 выполнен с входным 21, выходным 22 и дренажным 23 отверстиями, Его управляющий вход 24 соединен с перепускным отверстием 8, с другой стороны золотник поджат управляющей пружиной 25. Ресивер 26 сообщается с входным отверстием 21 золотника и через второй обратный клапан 27 с перепускным отверстием 8. Пространство 28 между стенкой коллектора 1 и поверхностью заслонки 5 соединено с выходным отверстием 22 золотника, а его дренажное отверстие 23 - с коллекторным каналом 17. К управляющему входу 24 золотника подключена задвижка 29. управляющий канал которой 30 соединен с исполнительным цилиндром 11, Управляющая пружина 25 соединена с регулятором 31 ее затяжки.На фиг.3 представлен третий вариантвыхлопной системы, Выхлопной коллектор 1 соединен с выпускным окном 2, выполненным в головке 32 цилиндра двигателя, которое перекрыто выпускным клапаном 34, связанным через шток 35 с поршнем 13 исполнительного цилиндра 11 и возвратной пружиной 14. Перепускное отверстие 8 расположено в стенке 3 цилиндра двигателя.Золотник 20 выполнен с входным 21, выходным 22 и дренажным 23 отверстиями, Его управляющий вход 24 соединен с перепускным отверстием 8 через задвижку 29. С другой стороны золотник 20 нагружен управляющей пружиной 25, снабженной регулятором 31 ее затяжки. Ресивер 26 сообщен с входным отверстием 21 золотника и через обратный клапан 9 с перепускным отверстием 8. Коллекторный канал 17 сообща- .ет выхлопной коллектор 1 с дренажным отверстием 23 золотника и через регулируемый жиклер 16 и дренажный канал 36 суправляющим входом задвижки 29, который через управляющий канал 30 соединен с перепускным отверстием 8.Система по первому варианту работаетследующим образом.Во время работы двигателя поршень 4 периодически сообщает камеру сгорания с перепускным отверстием 8 и обратным клапаном 9, за которыми развивается пульсирующее от такта к такту давление газов.Оно, усредняясь, через входной канал 10 воздействует на поршень 13 исполнительного цилиндра 11. Часть газов стравливается через отводной канал 15 и регулируемый жиклер 16 в коллекторный канал 17. Газоваядинамика этой системы такова, что давление на поршень оказывается приблизительно пропорциональным давлению в единичном импульсе, умноженному на частоту повторения, т.е. мощности двигателя, Коэффициент пропорциональности регулируется жиклером 16. Воздействие газов на поршень 16 исполнительного цилиндра 11 приводит к тому, что возвратная пружина 14сжимается и поршень 13 поворачивает поворотную заслонку 5, смещая ее торцовуючасть 7 вверх. Таким образом, с возрастанием мощности увеличивается эффективная высота выпускного окна 2, усиливая продувку двигателя, С уменьшением мощности под10 30 40 45 50 действием пружины 14 процесс идет в обратном порядке, обеспечивая автоматическую работу системы.Система по второму варианту работает следующим образом.При малой мощности двигателя, пока поршнем 13 не открьт доступ. газам высокого давления в управляющий канал 30 задвижки 29, поворотная заслонка 5 через эксцентрик 18 управляется поршнем 13 исполнительного цилиндра 11, т.е. процессы идут так же, как и в первом варианте. Все меняется, когда поршень .13, сместившись при возрастании мощности влево, открывает поворотной заслонкой 5 выпускное окно 2 полностью и одновременно сообщает управляющий канал 30 задвижки 29 с зоной повышенного предпоршневого давления. Задвижка открывается и на уже рассмотренный усредненный процесс накладывается циклический, Он заключается в том, что золотник 20 периодически смещается влево под действием импульсов давления газов, поступающих от перепускного отверстия 8 через второй обратный клапан 27 на управляющий вход 24 золотника. При этом ресивер 26 через входное 21 и выходное 22 отверстия золотника сообщается с пространством 28 над поворотной заслонкой 5, что обуславливает ее движение вниз. Так как заслонка обладает инерционностью и пропускная способность пневмоприводов ограничена, то опускание поворотной заслонки происходит с задержкой, которая может быть подобрана так, чтобы в форсированном режиме этот процесс завершился к концу такта продувки. Возврат золотника 20 происходит под действием управляющей пружины 25, При этом его входное отверстие 21 закрывается, а выходное 22 и дренажное 23 соединяются, сообщая пространство 28 с коллекторным каналом 17. Давление в пространстве 28 падает и поворотная заслонка 5 под действием силовой пружины 19 приходит в исходное открытое состояние, Данный процесс обеспечивает большее наполнение цилиндра двигателя воздухом при непосредственном впрыске или рабочей смесью при карбюраторном варианте работы двигателя, осуществляя тем самым его форсирование, Процесс прекращается автоматически при снижении мощности двигателя например, дросселированием). Тогда давление во входном канале 10 падает и поршень 13 исполнительного цилиндра 11 возвратной пружиной 14 смещается вправо, сообщая управляющий канал 30 задвижки 29 с дренажным каналом 12, Задвижка 29 закрывает управляющий вход золотника и периодический процесс прекращается,Система по третьему варианту работаетследующим образом, Во время рабочего цикла наступает момент, когда перепускное отверстие 8 открывается поршнем двигателя, Тогда газы высокого давления поступают через обратный клапан 9 в ресивер 26 и через задвижку 29 на управляющий вход 24 золотника 20, а также на управляющий вход задвижки 29 через управляющий канал 30. При этом ресивер 26 заполняется, а золотник 20 начинает процесс переключения, Скорость этого процесса определяется степенью открь 1 вания задвижки 29, которая зависит от давления газов за перепускным отверстием 8, Чем больше это давление, тем больше открыта задвижка 29 и выше скорость переключения золотника 20, Регулировка осуществляется регулируемым жиклером 16 в дренажном канале 36. Переключение золотника приводит к тому, что входное 21 и выходное 22 отверстия соединяются и полость ресивера 26 сообщается с надпоршневым пространством исполнительного цилиндра 11. Так как во время рабочего цикла давление на клапан 34 со стороны камеры сгорания падает, а давление на поршень 13 растет, то наступает момент, когда клапан 34 открывается, начиная процесс выхлопа, Завершается процесс, когда давление в цилиндре двигателя и за перепускным отверстием 8 падает настолько, что золотник 20 под действием управляющей пружины 25 смещается в исходное положение, запирая ресивер 26 и сообщая через дренажное 23 и выходное 22 отверстия надпоршневое пространство исполнительного цилиндра 11 с коллекторным каналом 17. При этом падение давления в исполнительном цилиндре падает и возвратная пружина 14 приводит выпускной клапан 34 в закрытое состояние. Фазы переключения регулируются управляющей пружиной 25, имеющей регулятор 31 затяжки, и регулируемым жиклером 16.(56) Патент США йг 5063888,кл. Р Ог В 3304, 1991. Заявка РСТ М 88/03988, кл, Р 02 В25/04, 1988.Формула изобретения1. ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая выхлопной коллектор, соединенный с выпускным окном, выполненным в стенке цилиндра двигателя врайоне нижней мертвой точки его поршня,и поворотную заслонку, имеющую ось, расположенную вблизи верхней стенки выхлопного коллектора перпендикулярно коси цилиндра двигателя, торцевую часть,частично перекрывающую выпускное окно,и приводной узел, отличающаяся тем, что встенке цилиндра над выпускным окном дополнительно выполнено перепускное отверстие, а приводной узел выполнен ввиде исполнительного цилиндра с входным каналом, подсоединенным через обратный клапан к перепускному отверстию, 20дренажным каналом и поршнем, снабкенным возвратной пружиной и кинематически связанным с поворотной заслонкой,обводного канала с установленным в немрегулируемым жиклером, подключенного квходному каналу, и коллекторного канала.сообщающего отводной и дренажный каналы с выхлопным коллектором,2. Система по п.1, отличающаяся тем,что поршень исполнительного цилиндравыполнен в виде поворотной лопасти, установленной на оси заслонки.3. Выхлопная система двухтактногодвигателя внутреннего сгорания, содержа- З 5щая выхлопной коллектор, соединенный свыпускным окном, выполненным в стенкецилиндра двигателя в районе нижней мертвой точки его поршня, и поворотную заслонку, имеющую ось, расположенную 40вблизи верхней стенки выхлопного коллектора перпендикулярно оси цилиндра дви, гателя, торцевую часть, частичноперекрывающую выпускное окно, иприводной узел, отличающаяся тем, что в 45, стенке цилиндра над выпускным окном дополнительно выполнено перепуекное отверстие, приводной узел выполнен в видеисполнительного цилиндра с входным каналом; подсоединенным через первый обратный клапан к перепускному отверстию,дренажным каналом и поршнем, снабженным возвратной пружиной и эксцентриком, контактирующим с заслонкой, на осикоторой установлена силовая пружина,55прижимающая заслонку к эксцентрику, отводного канала с установленным в нем регулируемым жиклером, подключенного квходному каналу, золотника, выполненного с входным, выходным и дренажным отверстиями и с одной стороны соединенного при помощи управляющего входа с перепускным отверстием, с другойнагруженного управляющей пружиной, ресивера, сообщенного с входным отверстием золотника и через второй обратньй клапан - с перепускным отверстием, и коллекторного канала, сообщающего дренажный канал исполнительного цилиндра, дренажное отверстие золотника и обводной канал с выхлопным коллектором, а пространство, образованное боковой поверхностью заслонки и верхней стенкой выхлопного коллектора, герметизировано и связано с выходным отверстием золотника.4, Система по п,З, отличающаяся тем, что поршень исполнительного цилиндра выполнен. в виде поворотной лопасти, ось которой выполнена за одно с эксцентриком.5, Система по пп,З и 4, отличающаяся тем, что она снабжена задвижкой, управляющий вход золотника соединен с перепускным отверстием через задвижку и управляющая пружина снабжена регулятором ее затяжки.6. Система по пп.З - 5, отличающаяся тем, что задвижка выполнена пневмоуправляемой с управляющим. каналом, подключенным к исполнительному цилиндру между входным и дренакными каналами.7. Выхлопная система двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащая выхлопной коллектор, соединенный с выпускным окном, выполненным в головке цилиндра двигателя, и выпускной клапан, имеющий шток с возвратной пружиной и приводной узел с поршнем, связанным со штоком и нагруженным возвратной пружиной, отличающаяся тем, что в стенке цилиндра выполнено перепускное отверстие, а приводной узел выполнен в виде исполнительного цилиндра, в котором размещен поршень, золотника, выполненного с входным, выходным и дренажным отверстиями и с одной стороны соединенного при помо- щи управляющего входа с перепускным отверстием, а с другой -. нагруженного .управляющей пружиной, ресивера, сообщенного с выходным отверстием золотника и через обратный клапан - с перепускным отверстием, и коллекторного канзла, сообщающего выхлопной коллектор с дренажным отверстием золотнйка, выходное отверстие которого связано с ис 2002079 12полнительным цилиндром.8. Система по п,7, отличающаяся тем,что она снабжена задвижкой, управляющий вход золотника соединен с перепускым отверстием через, задвижку илятоуправляющая пружина снабжена регуля ором ее затяжки,9 Система по пп 7 и 8 отличающаяся тем, что задвижка вцполнена пневмоуправляемой с управляющим каналом, подключенным к перепускному отверстию, и дренажным каналом с установленным в нем регулируемым жиклером, связанным с коллекторным каналом.2002079 Рб В/Г 3 оставитель В.Мороз ехред М. Моргентал М.Максимишинец чикова едакто Подписное Заказ 3162 Тираж НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж. Раушская 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1