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 вилку с вертикальным и двумя параллельными поперечными элементами, причем вилка кинематически связана с клапаном (см. заявку Германии 2638392, 1977, 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, подвижную вилку с вертикальным и двумя параллельными поперечными элементами, причем вилка кинематически связана с клапаном, согласно изобретению для каждого клапана выполнены два закрывающие кулачка, закрывающие кулачки симметрично расположены по боковым сторонам открывающего кулачка, устройство снабжено вертикальной стойкой и горизонтальной перекладиной с фиксатором, верхний и нижний параллельные поперечные элементы вилки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков, фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации вилки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане, закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора, кинематическая связь вилки 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 вилки, 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 вилки в фиксаторе и сегментные участки для поддержания поднятой вилки, 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 вилку, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, и завершаются овальными участками для опускания вилки 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 вилку в фиксаторе, сегментные участки обеспечивают поддержку вилки, 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 вилку с клапаном вниз, овальные участки первых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом, обеспечивают ход вилки при открытии клапана, причем при открытом клапане вторые рабочие поверхности закрывающих кулачков, взаимодействуя своей поверхностью от середины к вершине с верхним профилированным кулачковым выступом, перемещают вилку с клапаном вверх, вторая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к основанию с нижним профилированным кулачковым выступом, обеспечивает ход вилки 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 вилку в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы закрывают наконечники фиксатора, причем овальные участки опускают вилку на фиксатор, обеспечивая фиксацию вилки и клапана в верхнем положении.

Верхний профилированный кулачковый выступ, выполненный на верхнем поперечном элементе вилки, 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 вилки с клапаном может быть выполнена в виде полого цилиндрического элемента с вырезами, жестко связанного с нижним поперечным элементом вилки, внутри цилиндрического элемента размещен шток клапана, взаимодействующий с цилиндрическим элементом через сухари, втулку и уплотняющую пружину.

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

Вилка может выполнена с возможностью линейного перемещения вдоль направления движения клапана.

Вилка может быть выполнена с возможностью качательного движения относительно горизонтальной оси, проходящей через проушину, выполненную на вертикальном элементе вилки.

Профилированный кулачковый выступ выполнен на верхнем поперечном элементе вилки с возможностью перемещения вдоль направления движения вилки для регулирования зазора между открывающим и закрывающими кулачками и профилированным кулачковым выступом.

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 с вилкой, совершающей линейное перемещение;
на фиг.5 - положение звеньев приводного механизма при закрытом клапане с вилкой, совершающей линейное перемещение;
на фиг.6 - вид сбоку приводного механизм;
на фиг.7 - положение звеньев приводного механизма при закрытом клапане с вилкой, совершающей качательное движение.

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 вилка 5 кинематически связана с клапаном 4. Устройство снабжено вертикальной стойкой 6 и поперечной перекладиной 7 с фиксатором 8. Верхний и нижний поперечные элементы вилки 5 снабжены 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 вилки 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 вилки 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 вилки 5. 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 соответствуют 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 вилки 5 в фиксаторе 8 и сегментные участки 20, для поддержания поднятой вилки 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 вилку, при этом радиус сегментных участков 21 равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка 1, и завершаются овальными участками 22 для опускания вилки 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 вилку 5 в фиксаторе 8. Сегментные участки 20 обеспечивают поддержку вилки 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 вилку 5 с клапаном вниз, овальные участки 19 первых рабочих поверхностей 17 закрывающих кулачков 3, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом 9, обеспечивают ход вилки 5 при открытии клапана 4. При открытом клапане 4 вторые рабочие поверхности 18 закрывающих кулачков 3, взаимодействуя своей поверхностью от середины к вершине с верхним профилированным кулачковым выступом, перемещают вилку 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 вилки 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 поверхностями сегментных участков 21 вторых рабочих поверхностей 18 закрывающих кулачков 3, удерживает вилку 5 в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы 13 закрывают наконечники 11 фиксатора 8, при этом овальные участки 22 плавно опускают вилку 5 на фиксатор 8, обеспечивая фиксацию вилки 5 и клапана 4 в верхнем положении.

Верхний профилированный кулачковый выступ 9, выполненный на верхнем поперечном элементе вилки 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 профилированного кулачкового выступа.

Кинематическая связь вилки 5 с клапаном 4 выполнена в виде полого цилиндрического элемента 26 с вырезами, жестко связанного с нижним поперечным элементом вилки 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.

Вилка может быть выполнена с возможностью линейного перемещения вдоль направления движения клапана, при этом направляющий элемент движения вилки выполнен в виде вертикальной оси 28 и проушины 29, выполненной на вертикальном элементе вилки 5.

Вилка может быть выполнена с возможностью качательного движения относительно горизонтальной оси 30, проходящей через проушину 31, выполненную на вертикальном элементе вилки 5.

Верхний профилированный кулачковый выступ 9 может быть выполнен на верхнем поперечном элементе вилки с возможностью перемещения вдоль направления движения вилки для регулирования зазора между открывающим и закрывающими кулачками и профилированным кулачковым выступом.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении, в частности в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. 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 вилка кинематически связана с клапаном. Имеется вертикальная стойка и поперечная перекладина с фиксатором. Верхний и нижний поперечные элементы вилки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков. Фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации вилки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане. Закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора. Кинематическая связь вилки 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. 10 з.п.ф-лы, 7 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 вилку с вертикальным и двумя параллельными поперечными элементами, причем вилка кинематически связана с клапаном, отличающееся тем, что для каждого клапана выполнены два закрывающих кулачка, закрывающие кулачки симметрично расположены по боковым сторонам открывающего кулачка, устройство снабжено вертикальной стойкой и горизонтальной перекладиной с фиксатором, верхний и нижний параллельные поперечные элементы вилки снабжены соответственно верхним и нижним профилированными кулачковыми выступами, периодически взаимодействующими с рабочими поверхностями открывающего и закрывающих кулачков, фиксатор снабжен наконечниками, выполненными с возможностью фиксации вилки в ее крайнем верхнем положении при закрытом клапане, закрывающий кулачок снабжен клиновидными элементами для раскрытия и закрытия наконечников фиксатора, кинематическая связь вилки 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 вилки, 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 вилки в фиксаторе и сегментные участки для поддержания поднятой вилки, 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 вилку, при этом радиус сегментных участков равен радиусу круга, описанного вершиной открывающего кулачка, и завершаются овальными участками для опускания вилки 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 вилку в фиксаторе, сегментные участки обеспечивают поддержку вилки, 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 вилку с клапаном вниз, овальные участки первых рабочих поверхностей закрывающих кулачков, взаимодействуя своими поверхностями от вершины к середине с верхним профилированным кулачковым выступом, обеспечивают ход вилки 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 вилку с клапаном вверх, вторая рабочая поверхность открывающего кулачка, взаимодействуя своей поверхностью от вершины к основанию с нижним профилированным кулачковым выступом, обеспечивает ход вилки 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 вилку в крайнем верхнем положении, а клиновидные элементы закрывают наконечники фиксатора, причем овальные участки опускают вилку на фиксатор, обеспечивая фиксацию вилки и клапана в верхнем положении. 2. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что верхний профилированный кулачковый выступ, выполненный на верхнем поперечном элементе вилки, 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 вилки с клапаном выполнена в виде полого цилиндрического элемента с вырезами, жестко связанного с нижним поперечным элементом вилки, 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. 9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что вилка выполнена с возможностью линейного перемещения вдоль направления движения клапана. 10. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что вилка выполнена с возможностью качательного движения относительно горизонтальной оси, проходящей через проушину, выполненную на вертикальном элементе вилки. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что профилированный кулачковый выступ выполнен на верхнем поперечном элементе вилки с возможностью перемещения вдоль направления движения вилки для регулирования зазора между открывающим и закрывающими кулачками и профилированным кулачковым выступом.