УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУСТОРОННЕГО ПРИВОДА КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F01L1/30 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с механическим приводом клапанов газораспределительного механизма.

Известно устройство для двустороннего привода клапанов двигателя внутреннего сгорания, содержащее один открывающий кулачок и закрывающий кулачок для каждого клапана, расположенные на распределительном валу двигателя, и подвижную каретку, кинематически связанную с клапаном (см. заявку Германии 3537674, 1986, F 01 L 1/30).

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду больших потерь энергии на преодоление сил трения, создаваемых пружинами клапанов, и его недостаточно эффективная и надежная работа.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива, увеличение величины крутящего момента при низких оборотах двигателя, увеличение срока эксплуатации узлов газораспределительного механизма.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для двустороннего привода клапанов двигателя внутреннего сгорания содержит один открывающий кулачок и закрывающий кулачок для каждого клапана, расположенные на распределительном валу двигателя, и подвижную каретку, кинематически связанную с клапаном, согласно изобретению, для каждого клапана выполнены два закрывающих кулачка, закрывающие кулачки симметрично расположены по боковым сторонам открывающего кулачка, устройство снабжено направляющими элементами для каретки, выполненными в виде двух вертикальных стоек, соединенных между собой поперечной перекладиной с фиксатором, верхний и нижний поперечные элементы каретки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков, фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации каретки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане, закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора, кинематическая связь каретки с клапаном содержит уплотняющий пружинящий элемент, устанавливаемый в кинематическую связь с предварительным сжатием, открывающий кулачок имеет вершину и основание, закрывающий кулачок имеет две вершины, соединенные двумя профилированными рабочими поверхностями, сходящимися в середине закрывающего кулачка, основание открывающего кулачка имеет размер больше величины диаметра распределительного вала на величину, превышающую двойной ход каретки, причем при закрытом клапане, первая по направлению вращения распределительного вала рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя с нижним профилированным кулачковым выступом, открывает клапан, а вторая по направлению вращения рабочая поверхность открывающего кулачка обеспечивает ход клапана при его закрытии, при этом при закрытом клапане, первые по ходу вращения распределительного вала рабочие поверхности обоих закрывающих кулачков от вершины кулачка к его середине имеют профиль, соответствующий профилю первой поверхности открывающего кулачка от его основания к его вершине, профиль вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков от середины к вершине по ходу вращения соответствуют профилю второй рабочей поверхности открывающего кулачка от его вершины к основанию, перед вершинами закрывающих кулачков первые рабочие поверхности имеют овальные участки поверхности для подъема каретки в фиксаторе и сегментные участки для поддержания поднятой каретки, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, на боковых поверхностях сегментных участков размещены клиновидные элементы раскрытия наконечников фиксатора, вторые рабочие поверхности закрывающих кулачков в вершине переходит в сегментные участки, поддерживающие поднятую каретку, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, и завершаются овальными участками для опускания каретки в фиксатор, на боковых поверхностях сегментных участков размещены клиновидные элементы закрытия наконечников фиксатора, причем при закрытом клапане, первые рабочие поверхности закрывающих кулачков, взаимодействуя с верхним профилированным кулачковым элементом овальными участками за счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента, поднимают каретку в фиксаторе, сегментные участки обеспечивают поддержку каретки, клиновидные элементы раздвигают наконечники фиксатора, выводя их из сцепления с верхним профилированным кулачковым выступом, при этом первая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя с нижним профилированным кулачковым выступом, перемещает каретку с клапаном вниз, овальные участки первых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом, обеспечивают ход каретки при открытии клапана, причем при открытом клапане вторые рабочие поверхности закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от середины к вершине с верхним профилированным кулачковым выступом, перемещают каретку с клапаном вверх, вторая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к основанию с нижним профилированным кулачковым выступом, обеспечивает ход каретки при закрытии клапана, при этом при подходе верхнего профилированного кулачкового выступа к сегментным участкам вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, клапан садится в седло, а за счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента клапан прижимается к седлу, верхний профилированный кулачковый выступ разжимает наконечники фиксатора и входит в фиксатор, при этом верхний профилированный кулачковый выступ, взаимодействуя с поверхностями сегментных участков вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, удерживает каретку в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы закрывают наконечники фиксатора, причем овальные участки опускают каретку на фиксатор, обеспечивая фиксацию каретки и клапана в верхнем положении.

Верхний профилированный кулачковый выступ, выполненный на верхнем поперечном элементе каретки, может содержать паз и зубчатые элементы.

Наконечники фиксатора могут быть выполнены упругими и снабжены ответными зубчатыми элементами, выполненными с возможностью периодического воздействия с зубчатыми элементами верхнего профилированного кулачкового выступа.

Кинематическая связь каретки с клапаном может быть выполнена в виде полого цилиндрического элемента с вырезами, жестко связанным с нижним поперечным элементом каретки, внутри цилиндрического элемента размещен шток клапана, взаимодействующий с цилиндрическим элементом через сухари, втулку и уплотняющий пружинящий элемент.

Наконечники фиксатора могут быть снабжены приводом для открытия и закрытия наконечников.

Привод открытия и закрытия наконечников фиксатора может быть выполнен механическим, или гидравлическим, или пневматическим, или электрическим.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан распределительный вал с кулачками, вид спереди;
на фиг.2 - распределительный вал с кулачками, вид сбоку;
на фиг.3 - распределительный вал с кулачками, вид сбоку;
на фиг.4 - положение звеньев приводного механизм при открытом клапане;
на фиг.5 - положение звеньев приводного механизм при закрытом клапане;
на фиг.6 - вид сбоку приводного механизм.

Устройство для двустороннего привода клапанов двигателя внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один открывающий кулачок 1 и расположенные по его боковым сторонам на распределительном валу 2 двигателя два симметричных друг другу закрывающих кулачка 3 для каждого клапана 4. Подвижная каретка 5 кинематически связана с клапаном 4. Устройство снабжено направляющими элементами для каретки 5, выполненными в виде двух вертикальных стоек 6, соединенных между собой поперечной перекладиной 7 с фиксатором 8. Верхний и нижний поперечные элементы каретки 5 снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами 9 и 10 соответственно, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков 1 и 3. Фиксатор 8 снабжен наконечниками 11, выполненными с возможностью фиксации каретки 5 в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане 4. Закрывающий кулачок 3 снабжен клиновидными элементами 12 и 13 для раскрытия и закрытия соответственно наконечников 11 фиксатора. Кинематическая связь каретки 5 с клапаном 4 содержит уплотняющий пружинящий элемент 14, устанавливаемый в кинематическую связь с предварительным сжатием. Открывающий кулачок 1 имеет вершину и основание, закрывающий кулачок 3 имеет две вершины, соединенные двумя профилированными рабочими поверхностями, сходящимися в середине закрывающего кулачка. Основание открывающего кулачка 1 имеет размер больше величины диаметра распределительного вала 2 на величину, превышающую двойной ход каретки 5 при подъеме ее в фиксаторе. При закрытом клапане 4, первая по направлению вращения распределительного вала 2 рабочая поверхность 15 открывающего кулачка 1, взаимодействуя с нижним профилированным кулачковым выступом 10, открывает клапан 4, а вторая по направлению вращения рабочая поверхность 16 открывающего кулачка 1 обеспечивает ход клапана 4 при его закрытии. При закрытом клапане 4, первые по ходу вращения распределительного вала рабочие поверхности 17 обоих закрывающих кулачков 3 от вершины кулачка к его середине имеют профиль, соответствующий профилю первой поверхности 15 открывающего кулачка 1 от его основания к его вершине. Профиль вторых рабочих поверхностей 18 закрывающих кулачков 3 от его середины к его вершине по ходу вращения соответствует профилю второй рабочей поверхности 16 открывающего кулачка 1 от его вершины к основанию. Перед вершинами закрывающих кулачков 3 первые рабочие поверхности 17 имеют овальные участки 19 поверхности для подъема каретки 5 в фиксаторе 8 и сегментные участки 20 для поддержания поднятой каретки 5, при этом радиус сегментных участков 20 равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка 1. На боковых нерабочих поверхностях сегментных участков 20 закрывающих кулачков 3 размещены клиновидные элементы 12 раскрытия наконечников фиксатора. Вторые рабочие поверхности 18 закрывающих кулачков 3 в вершине переходят в сегментные участки 21, поддерживающие поднятую каретку, при этом радиус сегментных участков 21 равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка 1, и завершаются овальными участками 22 для опускания каретки 5 в фиксатор 8, на боковых поверхностях сегментных участков 22 размещены клиновидные элементы 13 закрытия наконечников 11 фиксатора 8. При закрытом клапане 4, первые рабочие поверхности 17 закрывающих кулачков 3, взаимодействуя с верхним профилированным кулачковым элементом 9 овальными участками 19 за счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента 14, поднимают каретку 5 в фиксаторе 8. Сегментные участки 20 обеспечивают поддержку каретки 5, клиновидные элементы 12 раскрывают наконечники 11 фиксатора 8, выводя их из сцепления с верхним профилированным кулачковым выступом 9, при этом первая рабочая поверхность 15 открывающего кулачка 1, взаимодействуя с нижним профилированным выступом 10, перемещает каретку 5 с клапаном вниз, овальные участки 19 первой рабочей поверхности 17 закрывающих кулачков 3, взаимодействуя своими поверхностями от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом 9, обеспечивают ход каретки 5 при открытии клапана 4. При открытом клапане 4 вторые рабочие поверхности 18 закрывающих кулачков 3, взаимодействуя своими поверхностями от середины к вершине с верхним профилированным кулачковым выступом, перемещают каретку 5 с клапаном 4 вверх, вторая рабочая поверхность 16 открывающего кулачка 1, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к основанию с нижним профилированным кулачковым выступом 10, обеспечивает ход каретки 5 при закрытии клапана 4, при этом при подходе верхнего профилированного кулачкового выступа 9 к сегментным участкам 21 вторых рабочих поверхностей 18 закрывающих кулачков клапан 4 садится в седло. За счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента 14 клапан 4 прижимается к седлу, верхний профилированный кулачковый выступ разжимает наконечники 11 фиксатора 8, верхний профилированный кулачковый выступ 9 входит в фиксатор 8, при этом верхний профилированный кулачковый выступ 9, взаимодействуя с поверхностью сегментных участков 21 вторых рабочих поверхностей 18 закрывающих кулачков 3, удерживает каретку 5 в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы 13 закрывают наконечники 11 фиксатора 8, при этом овальные участки 22 плавно опускают каретку 5 на фиксатор 8, обеспечивая фиксацию каретки 5 и клапана 4 в верхнем положении.

Верхний профилированный кулачковый выступ 9, выполненный на верхнем поперечном элементе каретки 5, может содержать паз 23 и зубчатые элементы 24.

Наконечники фиксатора могут быть выполнены упругими и снабжены ответными зубчатыми элементами 25, выполненными с возможностью периодического воздействия с зубчатыми элементами 24 верхнего профилированного кулачкового выступа 9.

Кинематическая связь каретки 5 с клапаном 4 выполнена в виде полого цилиндрического элемента 26 с вырезами, жестко связанным с нижним поперечным элементом каретки 5, внутри цилиндрического элемента 26 размещен шток клапана 4, взаимодействующий с цилиндрическим элементом 26 через сухари, втулку 27 и уплотняющий пружинящий элемент 14.

Наконечники фиксатора 11 могут быть снабжены приводом, для открытия и закрытия наконечников, например механическим, или гидравлическим, или пневматическим, или электрическим.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Устройство для двустороннего привода клапанов двигателя внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один открывающий кулачок и расположенные по его боковым сторонам на распределительном валу двигателя два симметричных друг другу закрывающих кулачка для каждого клапана. Подвижная каретка кинематически связана с клапаном. Направляющие элементы для каретки выполнены в виде двух вертикальных стоек, соединенных между собой поперечной перекладиной с фиксатором. Верхний и нижний поперечные элементы каретки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков. Фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации каретки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане. Закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора. Кинематическая связь каретки с клапаном содержит уплотняющий пружинящий элемент, устанавливаемый в кинематическую связь с предварительным сжатием. Раскрыты особенности выполнения поверхностей открывающего и закрывающих кулачков. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя, снижении расхода топлива, увеличении величины крутящего момента при низких оборотах двигателя и увеличении срока эксплуатации узлов газораспределительного механизма. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для двустороннего привода клапанов двигателя внутреннего сгорания, содержащее один открывающий кулачок и закрывающий кулачок для каждого клапана, расположенные на распределительном валу двигателя, подвижную каретку, кинематически связанную с клапаном, отличающееся тем, что для каждого клапана выполнены два закрывающих кулачка, закрывающие кулачки симметрично расположены по боковым сторонам открывающего кулачка, устройство снабжено направляющими элементами для каретки, выполненными в виде двух вертикальных стоек, соединенных между собой поперечной перекладиной с фиксатором, верхний и нижний поперечные элементы каретки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков, фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации каретки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане, закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора, кинематическая связь каретки с клапаном содержит уплотняющий пружинящий элемент, устанавливаемый в кинематическую связь с предварительным сжатием, открывающий кулачок имеет вершину и основание, закрывающий кулачок имеет две вершины, соединенные двумя профилированными рабочими поверхностями, сходящимися в середине закрывающего кулачка, основание открывающего кулачка имеет размер больше величины диаметра распределительного вала на величину, превышающую двойной ход каретки, причем при закрытом клапане первая по направлению вращения распределительного вала рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя с нижним профилированным кулачковым выступом, открывает клапан, а вторая по направлению вращения рабочая поверхность открывающего кулачка обеспечивает ход клапана при его закрытии, при этом при закрытом клапане первые по ходу вращения распределительного вала рабочие поверхности обоих закрывающих кулачков от вершины кулачка к его середине имеют профиль, соответствующий профилю первой поверхности открывающего кулачка от его основания к его вершине, профили вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков от середины к вершине по ходу вращения соответствуют профилю второй рабочей поверхности открывающего кулачка от его вершины к основанию, перед вершинами закрывающих кулачков первые рабочие поверхности имеют овальные участки поверхности для подъема каретки в фиксаторе и сегментные участки для поддержания поднятой каретки, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, на боковых поверхностях сегментных участков размещены клиновидные элементы раскрытия наконечников фиксатора, вторые рабочие поверхности закрывающих кулачков в вершине переходят в сегментные участки, поддерживающие поднятую каретку, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, и завершаются овальными участками для опускания каретки в фиксатор, на боковых поверхностях сегментных участков размещены клиновидные элементы закрытия наконечников фиксатора, причем при закрытом клапане первые рабочие поверхности закрывающих кулачков, взаимодействуя с верхним профилированным кулачковым элементом овальными участками за счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента поднимают каретку в фиксаторе, сегментные участки обеспечивают поддержку каретки, клиновидные элементы раздвигают наконечники фиксатора, выводя их из сцепления с верхним профилированным кулачковым выступом, при этом первая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя с нижним профилированным кулачковым выступом, перемещает каретку с клапаном вниз, овальные участки первых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом, обеспечивают ход каретки при открытии клапана, причем при открытом клапане вторые рабочие поверхности закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от середины к вершине с верхним профилированным кулачковым выступом, перемещают каретку с клапаном вверх, вторая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к основанию с нижним профилированным кулачковым выступом, обеспечивает ход каретки при закрытии клапана, при этом при подходе верхнего профилированного кулачкового выступа к сегментным участкам вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков клапан садится в седло, а за счет сжатия уплотняющего пружинящего элемента клапан прижимается к седлу, верхний профилированный кулачковый выступ разжимает наконечники фиксатора и входит в фиксатор, при этом верхний профилированный кулачковый выступ, взаимодействуя с поверхностями сегментных участков вторых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, удерживает каретку в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы закрывают наконечники фиксатора, причем овальные участки опускают каретку на фиксатор, обеспечивая фиксацию каретки и клапана в верхнем положении. 2. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что верхний профилированный кулачковый выступ, выполненный на верхнем поперечном элементе каретки, содержит паз и зубчатые элементы. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наконечники фиксатора выполнены упругими и снабжены ответными зубчатыми элементами, выполненными с возможностью периодического воздействия с зубчатыми элементами верхнего профилированного кулачкового выступа. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что кинематическая связь каретки с клапаном выполнена в виде полого цилиндрического элемента с вырезами, жестко связанного с нижним поперечным элементом каретки, внутри цилиндрического элемента размещен шток клапана, взаимодействующий с цилиндрическим элементом через сухари, втулку и уплотняющую пружину. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что наконечники фиксатора снабжены приводом для открытия и закрытия наконечников. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что привод открытия и закрытия наконечников фиксатора выполнен механическим. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что привод открытия и закрытия наконечников фиксатора выполнен гидравлическим или пневматическим. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что привод открытия и закрытия наконечников фиксатора выполнен электрическим.