МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01L7/08 

Изобретение относится к машиностроению и к двигателестроению в частности.

Известен клапанный механизм газораспределения (ГРМ) для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в конструкции которого имеется гидравлический толкатель, способный изменять диаграмму фаз газораспределения (с регулируемыми фазами) в процессе работы двигателя по патенту ГДР, кл. F 16 H 53/02 253858, опубл. 03.02.1987 г. В этом ГРМ привод каждого клапана осуществляется от двух контактирующих между собой торцовыми поверхностями кулачков, работающих как один кулачок. В полом распределительном валу двигателя смонтирован гидравлический механизм для изменения относительного углового положения кулачков в процессе работы ДВС с целью бесступенчатого изменения внешнего опорного контура кулачка (регулирование фаз) в зависимости от режима работы двигателя.

Такой ГРМ, обладая способностью адаптации к изменению режима работы двигателя, улучшает его динамику и топливную экономичность. Тем не менее такой механизм не свободен от недостатков, присущих всем клапанным ГРМ - это сложность конструкции и большая инерционность возвратно-поступательно движущихся масс.

Этих недостатков лишены ГРМ с вращающимися золотниками, например, по патенту Франции, кл. F 01.1 1474890, опубл. 20.02.1967 г. Данный механизм состоит из вращающегося в опорах золотникового вала, представляющего собой совокупность золотников (пробковых кранов) на каждый цилиндр двигателя. Золотники на своей боковой поверхности имеют выемку - газовод, которая при вращении золотникового вала осуществляет перекрытие основных каналов цилиндров двигателя с выпускным газоводом (такт выпуска) и впускным газоводом (такт впуска). Затем (применительно к каждому цилиндру двигателя) боковой образующей золотник перекрывает основной канал цилиндра двигателя и происходят такты сжатия и рабочего хода. Продолжительность процессов (тактов) газообмена зависит от углового размера выемки - газовода и является для такого золотникового ГРМ величиной постоянной, что делает такой ГРМ не адаптивным к изменению скоростного и нагрузочного режимов двигателя, ухудшает его динамику и экономичность в сравнении с ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения.

Задачей настоящего изобретения является создание механизма с регулируемыми фазами для золотникового газораспределения, обладающего преимуществами золотникового ГРМ и лишенного недостатков клапанных.

Поставленная задача достигается тем, что золотниковый составной вал, вращающиеся в опорах крышки цилиндров, состоит из двух частей: золотниковой и приводной. Золотниковая часть вала имеет возможность осевого перемещения в своих опорах относительно приводной под действием исполнительного органа - вилки pегулятора фаз газораспределения. Золотниковая часть вала представляет собой совокупность золотников, установленных на каждый цилиндр двигателя в опорах крышки цилиндров. Каждый золотник выполнен в виде цилиндра, на боковой образующей которого имеется выемка - газовод для поочередного соединения имеющихся в крышке цилиндров каналов впуска и выпуска с основным каналом камеры сгорания цилиндров. Выемка - газовод каждого золотника имеет ширину, большую, чем размеры газообменного канала цилиндра, на величину осевого перемещения золотникового вала, причем основание выемки - газовода каждого золотника выполнено трапециевидным.

На фиг.1 показан разрез предлагаемого золотникового ГРМ с регулируемыми фазами и на фиг.2 - развертка основания выемки - газовода.

Устройство состоит из золотникового вала 1, фиг.1, размещенного в опорах 2 крышки цилиндров двигателя 3. В крышке цилиндров 3 имеются газообменные каналы: впускной 4, выпускной 5 и основной 6, фиг.2, соединенные с камерой сгорания 7 цилиндра двигателя. Золотниковая часть вала 1 представляет собой чередующиеся опорные шейки 8 и золотники 9, на боковой образующей которых имеется выемка - газовод 10 для осуществления процессов газообмена путем перекрытия ею впускного 4 (или выпускного 5) каналов и основного 6 (см. развертку основания выемки - газовода ).

В многоцилиндровых двигателях выемки на золотниках 9 расположены в соответствии с порядком работы цилиндров, а их угловой размер соответствует фазам газораспределения.

Привод золотниковой части вала 1 осуществляется зубчатой или цепной передачей 11 от коленчатого вала двигателя, обеспечивая их жесткую кинематическую связь. Приводная часть вала 1 состоит из вала 12, шлицы которого входят в шлицевое отверстие фланца золотниковой части вала 1, обеспечивая таким образом одновременное его вращение с возможностью осевого перемещения в опорах 2. Осевое перемещение золотниковой части вала 1 осуществляется поворотом вилки 13, являющейся исполнительным органом регулятора фаз газораспределения 14, который может быть центробежным, механическим, электронным или др. Вилка 13 входит в паз фланца золотниковой части вала 1.

Выемка - газавод имеет ширину "b", большую, чем размеры (диаметры) газообменных каналов 4, 5 и 6, на величину осевого перемещения "с" золотниковой части вала, а ее основание выполнено трапециевидным, причем его размер "а" должен быть больше расстояния между двумя крайними газообменными каналами "d" (например, 5 и 4) на величину, равную диаметру газообменного канала.

Устройство работает следующим образом. С помощью привода 11 золотниковый вал 1 приводится во вращение в опорах 2, установленных на крышке цилиндров 3 приводной частью 12. Газораспределение двигателя осуществляется при этом путем поочередного соединения с выемкой - газоводом 10, расположенной на боковой поверхности золотника 9, газообменных каналов: выпускного 5 с основным 6, обеспечивая такт выпуска отработанных газов из камеры сгорания 7, затем основного газообменного канала 6 с впускным 4, осуществляя такт впуска. После чего боковой поверхностью золотника 9 основной газообменный канал 6 герметизируется для протекания тактов сжатия и рабочего хода. При этом расстояние между газообменными каналами 4, 5, 6, расположенными в крышке цилиндров 3, и минимальный размер "а" трапециевидного основания выемки - газовода 10 обеспечивают "бедные" фазы диаграммы газораспределения, когда золотниковая часть вала 1 находится в крайнем положении. С ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя и возрастанием нагрузки "бедные" фазы не могут обеспечить нормальных процессов работы двигателя, поэтому регулятор фаз газораспределения 14 поворотом своего исполнительного органа вилки 13, входящей в паз фланца золотниковой части вала 1, осуществляет его осевое перемещение за счет опорных шеек 8 в опорах 2. При этом перемещении золотниковая часть вала 1 своим шлицевым отверстием скользит по шлицам вала привода 12 в процессе вращения вала.

Поскольку основание выемки - газовода 10 имеет трапециевидную форму, то при осевом перемещении золотниковой части вала 1 над газообменными каналами 4, 5 и 6 окажется основание выемки большого размера, чем "а", поэтому процессы газообмена будут длиться дольше (по углу поворот золотника 9), при этом фазы газораспределения станут "богаче". По мере перемещения золотниковой части вала 1 вдоль оси процесс "обогащения" фаз будет увеличиваться. Если режим частоты вращения двигателя уменьшится, то регулятор 14 переместит вал 1 назад, "обедняя" фазы газораспределения, устанавливая их каждый раз на оптимальную величину. Диапазон регулирования фаз обусловлен величиной осевого перемещения "с" золотникового вала 1 и наклоном боковых линий трапеции основания выемки - газовода 10.

Изобретение относится к машиностроению и позволяет упростить конструкцию регулируемых механизмов газораспределения ДВС. Механизм газораспределения с регулируемыми фазами содержит золотниковый вал, вращающийся в опорах крышки цилиндров, и золотники с выемками - газоводами на боковой поверхности для поочередного соединения впускного и выпускного каналов с камерой сгорания. Золотниковый вал выполнен составным, состоящим из золотниковой и приводной частей. Первая имеет возможность осевого перемещения относительно второй под действием вилки исполнительного органа регулятора фаз газораспределения. Ширина трапециевидной выемки золотника превышает размеры газообменных каналов на величину осевого перемещения золотниковой части вала. 2 ил.

Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания с регулируемыми фазами, состоящий из золотникового вала, вращающегося в опорах крышки цилиндров, золотники которого представляют собой цилиндры с выемками - газоводами на боковой образующей для поочередного соединения имеющихся в крышке цилиндров каналов впуска и выпуска с основным каналом камеры сгорания цилиндра, отличающийся тем, что золотниковый вал выполнен составным из двух частей - золотниковой и приводной, причем золотниковая часть вала имеет возможность осевого перемещения в своих опорах относительно приводной под действием вилки исполнительного органа регулятора фаз газораспределения, а ширина выемки-газовода золотника выполнена трапециевидной формы и больше размеров газообменных каналов на величину осевого перемещения золотниковой части вала.