ПРИВОД РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01L1/12 F01L1/34 

Изобретение относится к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания, преимущественно для наземных транспортных средств.

Как известно, оптимальные углы открытия и закрытия клапанов ДВС зависят от мощностных и скоростных параметров. По этой причине находят применение устройства для управления фазами газораспределения.

Один из известных способов смещения моментов срабатывания клапанов основан на внесении управляемых циклических изменений скорости вращения распределительного вала. Согласно авт. св. СССР N 620643, кл. F 01 L 1/12, 1976 такие колебания скорости обеспечиваются посредством шарниров неравных угловых скоростей (ШНУС) и средств управления, воздействующих на ориентацию осей вращения. Это устройство рассматривается как аналог и применительно к данному предложению характеризуется следующими существенными признаками:
оно содержит последовательно соединенные ведущий вал ШНУС промежуточное звено ШНУС ведомый вал,
промежуточное звено снабжено средствами изменения ориентации его оси вращения.

ШНУС обеспечивает ускорение и замедление ведомого вала дважды за один оборот, т.е. в пределах углов, близких к 90^о, во всяком случае меньших 180^о. Между тем оптимальный угол открытия впускного клапана может составлять 270^о и более. Вследствие этого устройство-аналог эффективно только в таком случае:
передача понижающая скорость вращения коленчатого вала вдвое необходимый элемент ДВС предшествует шарнирам;
тогда число цилиндров ДВС ограничивается двумя, либо каждая пара цилиндров обслуживается отдельным приводом распределительного вала, содержащим устройство-аналог.

Последнее практически неосуществимо применительно к рядному четырехцилиндровому двигателю наиболее распространенному типу в легковых автомобилях.

Техническая задача: на основе ШНУС и промежуточного звена с управляемой ориентацией построить эффективный привод газораспределения четырехцилиндрового ДВС с рядным расположением цилиндров и двумя верхними распределительными валами, не прибегая к его глубокой конструктивной переработке. Техническое решение в поэтапной реализации изложенных ниже предложений.

1. Два ШНУС, соединенных посредством промежуточного звена, предлагается выполнить так, чтобы их точки поворота оси вращения совместились. С этой целью промежуточному звену придается форма кольца, внутри которого размещены опоры крестовин ШНУС ведущего и ведомого валов, причем оси опор лежат в одной плоскости. По наружной цилиндрической поверхности и/или по торцевым поверхностям кольцо сопрягается с обоймой, выполненной с обеспечением возможности управляемого изменения ориентации оси вращения кольца (геометрической оси кольца).

Результат: возможность выполнения оси ведущего и ведомого валов в виде прямой линии.

2. Видоизменение устройства по п. 1: ведущий вал проходит внутри полого ведомого вала, а функции крестовин выполняют тяги, причем связь ведущего вала с соответствующей тягой осуществляется через окно в ведомом валу. Таким образом, кинематическая цепь включает в себя следующие элементы: ведущий вал тяга промежуточное звено в виде кольца в управляющей обойме тяга полый ведомый вал.

Результат: возможность размещения на одном ведущем валу нескольких ведомых валов, различающихся по фазе ускорения.

3. Устройства по п. 2 размещаются в головке цилиндров ДВС на месте традиционного распределительного вала. Ведущий вал проходит по оси двух полых ведомых валов, являющихся одновременно кулачковыми валами (каждый для пары соседних цилиндров). Необходимый сдвиг фаз ускорения обеспечивается взаимной ориентировкой обойм и, следовательно, колец промежуточных звеньев.

Результат: практическая осуществимость управления фазами (например, впускных клапанов) посредством ШНУС в рядном четырехцилиндровом двигателе с двухвальной головкой.

4. Наружные поверхности обоймы по п.п. 1-3 сопрягаются с неподвижными частями головки блока с обеспечением управляемого поворота обоймы вокруг общей оси валов, а внутренние поверхности обоймы, сопряженные с кольцом, выполнены с обеспечением фиксированного наклона оси кольца к оси валов.

Результат: компактность устройства управления фазами.

На фиг. 1 изображена в аксонометрической проекции кинематическая схема устройства по п. 1 настоящего предложения. Здесь приняты следующие обозначения: 1 ведущий вал с вилкой шарнира, 2 крестовина шарнира ведущего вала, 3 промежуточное звено в виде кольца с опорами крестовин на внутpенней поверхности; согласно п. 1 оси опор крестовин лежат в одной плоскости, 4 обойма, обеспечивающая возможность свободного вращения кольца 3 вокруг его собственной оси и принудительного изменения ориентации этой оси, 5 крестовина шарнира ведомого вала, 6 ведомый вал с вилкой шарнира.

На фиг. 2 показано видоизменение кинематической схемы, относящееся к п. 2 изобретения. Обозначения функциональных элементов те же, что и на фиг. 1. Здесь ведущий вал 1 проходит внутри ведомого вала 6 соосно с ним. Вилки модифицированы в односторонние оси, а крестовины выполнены в виде тяг. Связь ведущего вала с тягой осуществляется через окно в ведомом валу.

На фиг. 3 (при тех же обозначениях) приведен упрощенный сборочный чертеж привода распределительного вала с признаками по п.п. 1-4. Устройство размещается непосредственно в головке цилиндров. Полый ведомый вал одновременно является кулачковым валом для двух соседних цилиндров; таким образом в четырехцилиндровом двигателе на общем ведущем валу имеются два таких узла.

Устройство работает следующим образом.

Наличие двух последовательно соединенных ШНУС и промежуточного звена 3, ось которого может быть принудительно ориентирована обоймой 4, обеспечивает циклические колебания скорости вращения ведомого вала 6. Глубина изменения скорости зависит от абсолютной величины угла α между общей осью валов и осью кольца, а фаза колебаний от ориентации плоскости, в которой лежат все упомянутые оси. В изображенном на фиг. 3 устройстве управление фазами газораспределения осуществляется посредством поворота обоймы 4 вокруг общей оси валов 1 и 6. Фиксированный угол между осью валов и осью кольца 3 задается конструкцией обоймы.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: привод распределительного вала четырехтактного двигателя внутреннего сгорания выполнен с устройством изменения фаз газораспределения в виде сдвоенных шарниров неравных угловых скоростей. Шарниры соединены через кольцо 3, на внутренней поверхности которого в одной плоскости расположены опоры крестовин 5. Управление фазами газораспределения осуществляется путем изменения ориентации оси кольца с помощью обоймы 4. Устройства размещаются непосредственно на распределительном валу двигателя. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРИВОД РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий устройство изменения фаз газораспределения в виде ведущего и ведомого валов, соединенных через два шарнира неравных угловых скоростей с промежуточным звеном между ними, выполненным с обеспечением управляемого изменения ориентации оси вращения, отличающийся тем, что промежуточное звено имеет форму кольца с опорами крестовин на внутренней поверхности, причем оси опор лежат в одной плоскости, а кольцо с возможностью свободного вращения вокруг своей оси заключено в обойму, выполненную с обеспечением управляемого изменения ориентации оси кольца. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что ведущий вал размещен внутри полого ведомого вала соосно с ним, связь опор на валах с опорами на кольце выполнена посредством тяг, причем ось тяги, связывающей ведущий вал с кольцом, проходит через окно в ведомом валу. 3. Привод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для использования в четырехцилиндровом рядном двигателе два ведомых вала выполнены заодно с кулачками первого-второго и соответственно третьего-четвертого цилиндров и расположены на общем ведущем валу. 4. Привод по пп.1-3, отличающийся тем, что обойма выполнена с возможностью управляемого поворота вокруг оси ведущего и ведомого валов, а ось ее поверхностей, сопряженных с кольцом, образует фиксированный угол с осью валов.