Клапанные органы газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Клапанные органы газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапанными 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 счёт которой уменьшаются общие потери в клапанных устройствах и, следовательно, увеличивается их пропускная способность. 4 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 01 3/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696356/06 (22) 29.05.89 (46) 15,04.92. Бюл. гв 14 (71) Запорожский машиностроительный институт им. В, Я. Чубаря (72) Я. А. Егоров, А. П. Курдюков, Я. Я. Власов, В. А. Мазин и Е. А. Малков (53) 621.431.3 — 038(088.8) (56) Европейский патент ЕР М 0289675, кл, F 02 D 29/08, опублик. 1988. (54) КЛАПАННЫЕ ОРГАНЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапанИзобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным клапаными устройствами в качестве органов газораспределения, и может быть использовано в двигателях, работающих как flo 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 EP Ы 1726794 А1 ными устройствами в качестве органов газораспределения, и позволяет повысить пропускную способность зтих 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, hL 0289675 приняты за прототип. Диаграмма проходной и эффективной,и F площадей для выпускных органов представлена на 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 выпускных„ вне зависимости от размеров органов и направленности течения рабочего тела). Величина F получена расчетом на основе геометрии и закона открывания клапанного устройства; величина,и F методом статической продувки. Как следует из фиг. 1, при малых подьемах клапана имеет место соотношение ф F > F, что объясняется частичным восстановлением давления за щелевым каналом; при больших подьемах клапана,и F < F, что связано с потерями механической энергии рабочего тела в органах.

1726794

Недостатком клапанных органов, взятых в качестве прототипа, является существенное отставание эффективной площади

pF от проходной F 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%.

На фиг, 1 представлена диаграмма проходной F и эффективной,и F 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 а.b=0,8х0,6. а количество канавок — по две на каждой из сопрягаемых поверхностей, Длина образующей посадочного конуса I=6 мм, диаметр тарели клапана d=45.0, максимальный ход клапана hMGKc 11. 22. Величины эффективного проходного сечения клапанных органов прототипа и предлагаемых получены экспериментальным путем на специальной опытной установке, основанной на базе головки цилиндров дизеля 6Ч

12/14, где источником сжатого воздуха— компрессор РУТС (максимальные давление и расход в ходе экспериментов PM>«=80 кПа, 6з«=0,05 кг/с). Измерительная база подобрана из требований высокой точности расчетно-экспериментального исследования; давления замерялись дифференциальными манометрами ДТ вЂ” 50, причем рабочим телом были либо вода, либо ртуть — в зависимости от величины параметра; температу. ры регистрировались ртутными термометрами ТЛ-4; измерение расхода осуществлялось при помощи стандартных диафрагм модулей m=0,0625 и m-0,16 — в зависимости от величины расхода; перемещения клапанов — индикаторами часового типа ИЧ вЂ” 10. По результатам опытов и обработки экспериментальных данных построены графики pF(h). топлива сделано заключение о достоверно55 сти расчетно-экспериментального исследования по выявлению влияния кольцевых канавок прямоугольного профиля на конических посадочных поверхностях клапана и седла: расхождение расчетных и эксперио

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%, 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 расчета основных параметров рабочего тела; объема V, массы m, массы продуктов сгорания

mp, 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 p F органов 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 расчетной и опытной индикаторных диаграмм (отличие цикловых показателей — 0,6%). Расчетные значения удельного индикаторного расхода топлива для прототипа и клапанных органов по настоящему изобретению соответственно составляют 186,70 и 185,75 г/кВт ч, (относительное снижение — 0,51%), Положительный эффект увеличения эффективного проходного сечения,и F проверен также на реально существующем двигателе, где по фактору снижения удельного расхода

3726794

FpF ми

moo

Юд ментальных значений удельного расхода топлива менее 0.25 .

Применение клапанных органов газораспределения с кольцевыми канавками прямоугольного профиля на конических по- 5 садочных поверхностях как клапана, так и седла позволяет существенно увеличить их эффективное проходное сечение в зоне принудительных впуска — выпуска и тем улучшить показатели экономичности двигателя 10 в целом, Кроме того, такие органы, вследствие их большой пропускной способности, позволяют несколько снизить теплонапряженность деталей и узлов цилиндро-поршневой группы, улучшить очистку цилиндра 15

УОО

mo иаа

NO 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

PfF,èì

О0 юоа

1726794

Составитель Я. Егоров

Редактор М. Васильева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Кравцова

Заказ 1263 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101