Механизм газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания - RU2011853C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания с регулированием фаз.

Известны устройства, обеспечивающие изменение фаз газораспределения в достаточно широких пределах за счет перемещения промежуточных элементов между клапаном и кулачком распредвала.

К недостаткам подобных устройств следует отнести малую надежность, поскольку они содержат подвижные элементы, находящиеся в зоне ударных нагрузок, сложность настройки и регулировки, особенно в многоцилиндровых конструкциях обязательно присутствие этих промежуточных элементов, что является серьезным препятствием и форсированию двигателей по частоте вращения, в то время как именно высокофорсированные по частоте вращения двигатели нуждаются в регулировании фаз газораспределения для улучшения пусковых качеств и расширения рабочего диапазона частот вращения.

Известно устройство, обеспечивающее поочередное управление клапаном двумя кулачками распредвала различного профиля.

К недостаткам системы следует отнести резкое возрастание удельного давления в определенных зонах профиля обоих кулачков в момент переключения, что должно привести к неравномерному износу профиля и снижению долговечности, а также невозможность обеспечения оптимальных фаз газораспределения для промежуточных скоростных режимов, что весьма существенно для транспортных двигателей.

Наиболее близким к предложенному является механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания с многоклапанной головкой, снабженной двумя распределительными валами. Головка цилиндра содержит выхлопные и впускные клапаны, причем последние делятся на основные и дополнительные и имеется устройство для изменения фазы открытия дополни- тельных впускных клапанов относительно основных впускных клапанов.

Основным недостатком известной конструкции является отсутствие возможности изменять фазу открытия выпускных клапанов и основных впускных клапанов, управляемых кулачками одного из распредвалов. Таким образом, это устройство может обеспечить либо изменение угла опережения открытия, либо изменение угла запаздывания закрытия клапанов, управляемых одним из распределительных валов, в то время как при изменении скоростного режима работы двигателя его показатели в равной степени зависят от обоих факторов.

Целью изобретения является повышение мощностно-экономических показателей двигателя внутреннего сгорания, расширение рабочего диапазона частот вращения, уменьшение оборотов холостого хода и пусковых оборотов путем устранения указанных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания, снабженного четырехклапанной головкой блока цилиндров и двумя параллельными распределительными валами, причем кулачки каждого их них управляют открытием как впускных, так и выпускных клапанов, привод каждого из распределительных валов осуществляется через промежуточный элемент, обеспечивающий угловое смещение распредвалов относительно коленчатого вала в зависимости от режима работы двигателя, причем валы при изменении режима работы двигателя поворачиваются (относительно привода) одновременно в противоположных направлениях необязательно на одинаковый угол.

Промежуточный элемент привода распредвалов может представлять собой, например, центробежную муфту, аналогичную применяющимся для привода топливных насосов высокого давления в дизелях. Выполнение промежуточных элементов противоположно реагирующими на изменение скоростного режима позволяет увеличивать длительность периода открытия клапанов при увеличении частоты вращения коленвала. Это происходит за счет того, что клапаны, как впускной, так и выпускной, управляемые одним распредвалом, начинают раньше открываться и соответственно закрываться, а управляемые другим распредвалом - позже открываться и позже соответственно закрываться. Таким образом, период, когда открыт хотя бы один клапан (из одноименных), увеличивается на величину суммарного углового смещения распредвалов относительно своих приводов, что обеспечивает увеличение длительности фаз впуска и выпуска двигателя при увеличении частоты вращения.

Время-сечение впускных и выпускных клапанов при этом остается без изменения, поэтому подбор этого параметра, определяемого профилем кулачка распредвала и размерами клапанов, должен осуществляться из условия обеспечения требуемой максимальной мощности двигателя на заданной частоте вращения при максимальной длительности фаз впуска и выхлопа. Для промежуточных режимов работы подбор фаз газораспределения ведется путем сокращения их длительности за счет проворота распредвалов в обратном направлении, вплоть до полного или максимального совпадения фаз работы одноименных клапанов на режимах холостого хода и пусковых оборотах.

Закон изменения угла смещения в зависимости от частоты вращения для распредвала, обеспечивающего опережение открытия клапанов, может не совпадать с этим показателем для распредвала, обеспечивающего запаздывание закрытия клапанов. Различной может быть и величина максимального углового смещения распредвалов относительно их приводов. Профиль кулачков, принадлежащих разным распредвалам, управляющим одноименными клапанами, может не совпадать. Через впускные клапаны, управляемые одним из распредвалов, например, обеспечивающим запаздывание, в карбюраторном двигателе, может подаваться чистый воздух без топлива.

Все это значительно расширяет возможности по подбору оптимальных фаз газораспределения на всех режимах работы двигателя.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого газораспределительного механизма ДВС, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен двигатель (один цилиндр), вид сверху; на фиг. 2 - фрагмент карбюратоpного двигателя внутреннего сгорания с четырехклапанной головкой блока (разрез А-А на фиг. 1); на фиг. 3 - диаграмма зависимости хода впускных клапанов от угла поворота коленчатого вала.

Головка блока 1, установленная на блок цилиндров 2, снабжена двумя впускными 3 и 4 и двумя выпускными 5 и 6 клапанами, взаимодействующими с кулачками двух параллельных распределительных валов 7 и 8, каждый из которых снабжен муфтой 9 и 10, через которую осуществляется привод от коленвала ремнем 11. Головка снабжена впускными 12 и 13 и выпускными 14 и 15 патрубками. Один из впускных патрубков соединен с карбюратором 16. Направление вращения валов показано стрелками.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя на минимальных оборотах холостого хода и при пуске перекрытие фаз одноименных клапанов максимальное, поэтому длительность фаз впуска и выпуска минимальна. При увеличении частоты вращения элементы муфты 9 начинают проворачивать распредвал 7 относительно привода в направлении вращения (против часовой стрелки), обеспечивая тем самым более раннее открытие и закрытие впускного 4 и выпускного 6 клапанов. Одновременно с этим происходит угловое смещение распредвала 8 относительно корпуса муфты 10 в направлении, обратном направлению вращения (по часовой стрелке), что обеспечивает более позднее открытие и закрытие впускного 3 и выпускного 5 клапанов.

При достижении частоты вращения максимальной величины угловые смещения валов также являются наибольшими. При этом общая длительность, например, фазы впуска достигает величины ϕ₂ (фиг. 3), превысив начальную длительность фазы ϕ₁ на величину Δ ϕ. Из диаграммы видно, что угол Δ ϕскладывается из угла ϕ₃ (смещение в "раннем" направлении фазы клапана 3) и угла ϕ₄ (смещение в "позднем" направлении фазы клапана 4), причем они отличны не только по направлению, но и по величине.

Основным недостатком предлагаемого решения является равенство углов ϕ₃ и ϕ₄ для впускных и выпускных клапанов, однако он устраняется индивидуальным подбором профиля каждого из четырех кулачков, управляющих клапанами.

Для упрощения конструкции и улучшения экономичности за счет снижения потерь горючей смеси в выхлоп при продувке целесообразно подавать горючую смесь лишь через один из впускных патрубков.

Таким образом, предлагаемый механизм газораспределения обеспечивает надежную работу двигателя с оптимальными фазами газораспределения на всех режимах работы двигателя.

Реферат

Сущность изобретения: механизм содержит многоклапанную (три и более) головку блока цилиндров и два распределительных вала и позволяет осуществлять изменение длительности фаз открытия клапанов в зависимости от скоростного режима. Регулирование фаз осуществляется за счет проворота распредвалов в противоположных направлениях при возрастании частоты вращения, чем обеспечивается более ранее открытие и закрытие клапанов, управляемых одним распредвалом, и более позднее открытие и закрытие клапанов, управляемых другим распредвалом, причем одноименные клапаны взаимодействуют с разными распредвалами. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула