МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01L1/34 F02D13/02 

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 Δϕскладывается 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.

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.

1. МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий многоклапанную головку и привод с двумя распределительными валами, управляющими впускными и выпускными клапанами посредством кулачков, и устройством поворота распределительного вала относительно привода при изменении частоты вращения, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью одновременного углового поворота обоих распределительных валов в противоположные стороны относительно привода. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что профили кулачков, управляющих одноименными клапанами, выполнены неодинаковыми. 3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что зависимость изменения угла поворота распределительного вала относительно привода от частоты вращения для различных валов выбрана неодинаковой.