Доброго времени суток, зарегистрировался сегодня на dxdy, вообще нужно было кое-что узнать для одной задачи из механики, ну заметил, что тут есть участники форума, интересующиеся ДВС. Захотел услышать мнения относительно одной моей старой идеи. Толку я ей едва ли придам, но кому-то может показаться интересной. Итак ближе к делу...
Пожалуй все знакомы с работой ГРМ обычного рядного бензинового ДВС, используемого на автомобилях. Пускай это будет ГБЦ с 4 клапанами на цилиндр (т.е. с 2 распределительными валами). В чём я вижу недостатки этой конструкции: для распределительного вала (валов) требуется отдельная камера, связанная с системой смазки, тяжеловесность конструкции, сложность (а вместе с тем трудность настройки и неработоспособность при выходе из строя любого из узлов), требуется конструктивно отделённые коллекторы (плюс ресивер), инертность (клапаны не полностью закрываются на высоких оборотах двигателя, либо конструкцию ещё усложняют, как на Ford Mustang, где возврат клапана осуществляется не за счёт усилия возвратной пружины). Моя идея состоит в объединении всех этих узлов в один компактный и простой агрегат. Привычный клапан ДВС я предлагаю заменить на цилиндр с окном в 22,5 градуса. Далее про упрощённый клапан:
Зелёным цветом обозначен распределительный вал, на вал нанизан барабан с окнами (розовый цвет), камеру сгорания отделяет от верхней камеры ГБЦ отверстие прямоугольного сечения, закрытое сверху термостойкой накладкой (синий цвет). И так для каждого цилиндра, так представлен впускной распределительный вал. Выпускной аналогично.
Тут вид на клапан со стороны цилиндра:
Вращающийся барабан имеет одно главное окно, через которое воздушно-топливная смесь поступает в камеру сгорания (при соответствующем положении барабана) и 8 (или более) дополнительных окон, через которые воздушно-топливная смесь поступает в сам барабан. Дополнительные окна не перекрываются в течение полного оборота барабана. Главное окно представляет собой высеченный в барабане сектор с углом 22,5 градуса (таким образом угол положения распределительного вала между началом открытия клапана и окончанием закрытия составит 45 градусов, т.е. за полный оборот распределительного вала 3/4 времени клапан будет закрыт и 1/4 открыт, т.е. для четырёхтактного двигателя распределительный вал будет вращаться с частотой вдвое меньшей, чем коленчатый вал, т.е. так же, как и обычный распределительный вал). Каждый цилиндр должен иметь по одному прямоугольному окну для впускного барабана и по одному для выпускного. Впускной распределительный вал с 4 барабанами (для 4-х цилиндрового рядного ДВС) расположен в камере, представляющей собой одновременно впускной коллектор и ресивер (т.е. за пределами ГБЦ располагается только воздушный фильтр, дроссельный узел и датчик массового расхода воздуха, форсунки распределённого впрыска расположены непосредственно в ГБЦ, впускные тракты всех цилиндров разделены на отдельные пространства только небольшими перегородками и объединены интегрированным коллектором). Выпускная система построена аналогичным образом: камера, в которой расположен выпускной распределительный вал, выполняет функцию выпускного коллектора, тракты конструктивно не разделены (вообще не разделены).
Одна лишь проблема: распределительные валы по моей задумке размещены в агрессивных средах (впускной в воздушно-топливной смеси, выпускной в отработанных газах), невозможно обеспечить смазку цапф без утечки смазки. Поэтому я предлагаю цапфы валов (постель распредвалов) представить с нижней стороны накладкой (синяя на модели), с другой стороны аналогичной накладкой, но без окна (за ненадобностью). Площадь поверхностей трения должна быть минимальна, однако материал не должен деградировать от трения (без смазки) и агрессивной среды (химическая стойкость + термическая стойкость). В моём представлении накладки должны состоять из не пластичного металла с низким температурным расширением (титан), покрытым материалом с низким коэффициентом трения и химически (органические соединения) и термически стойким (политетрафторэтилен). Барабан выполнить из того же материала. Вал (зелёный в модели) выполнить в алюминии.
Пока это вся задумка.
Вот модель барабанного клапана (схематично):
открыт:
Площадь сечения окна (S) — произведение длины (L; максимально возможная в зависимости от размеров камер) на ширину (A) (по плоскости, перпендикулярной потоку газа). Это в сочетании с описанными выше 22,5 градусами указывает на то, что S = L * R * 2 Sin(11,25 градусов), где R — радиус барабана. Это сечение потока газа в максимально открытом положении клапана. Сечение имеет синусоидальную зависимость от положения распределительного вала.
Ваши мысли?
ЗЫ. с с углами я напутал, вместо 45 — 90, вместо 22,5 — 45, а вместо 11,25 — 22,5
