РЕГУЛИРУЕМЫЙ МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B75/26 F01L1/34 F02D13/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газораспределительным механизмам двигателей внутреннего сгорания, и направлено на возможность регулирования работы механизма как по продолжительности срабатывания тактов впуска и выпуска, так и по смещению тактов относительно положения поршня в верхней мертвой точке при различных режимах работы двигателя.

В двигателестроении существует серьезная проблема создания двигателей нового уровня как по экономичности, так по мощности и экологическим параметрам. При таких противоречивых требованиях на настоящее время какой-то однозначно принятой конструкции двигателя практически нет. Причем известно, что двигатели внутреннего сгорания, как основа силовых установок, в своем большинстве работают при крайне переменных нагрузках, а это не дает возможности получить наилучшие выходные параметры двигателя на всех режимах работы.

Одним из современных направлений совершенствования различных процессов и устройств является их адаптация к конкретным условиям работы с целью получения наилучших выходных параметров. Применительно к поршневым двигателям внутреннего сгорания адаптация их работы к нагрузкам может быть обеспечена возможностью регулирования рабочего объема и регулирования фаз газораспределения. Наиболее полно такую возможность имеют, на наш взгляд, аксиально-поршневые двигатели внутреннего сгорания, у которых регулирование рабочего объема решается достаточно просто и уже реализовано [1]. Регулирование фаз для таких двигателей является более сложным вопросом.

В качестве прототипа выбрано устройство по патенту RU 2043524 С1, 6 F 02 B 75/26, 1995 г. "Аксиальный двигатель внутреннего сгорания", содержащий два диска с кулачками как приводы соответствующих групп (впускных и выпускных) клапанов механизма газораспределения. Как аналоги рассмотрены устройства по патентам RU 2009345 C1, 5 F 02 B 75/26, 1994 г. "Двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами" и RU 2156867 C1, 7 F 01 L 1/14, F 02 D 13/02, F 01 L 13/02, 1999 г. "Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Прототип содержит наиболее близкое конструктивное решение. Так, по прототипу газораспределительный механизм содержит тарельчатые клапаны и их привод на основе диска (дисков) с кулачком на каждую группу клапанов. Но в данной конструкции нет возможности изменить геометрические параметры кулачка непосредственно в процессе работы двигателя. Т.е. устройство по прототипу не содержит регулирования фаз газораспределения как по продолжительности срабатывания тактов впуска и выпуска, так и по положению тактов относительно верхней мертвой точки перемещения поршня.

Аналоги близки по назначению, но не содержат общих конструктивных решений с заявляемым, но (первый аналог) дает возможность изменения только продолжительности фазы газораспределения, а второй аналог не обеспечивает возможности независимого друг от друга регулирования по длительности фазы и ее положению. Конструктивно первый аналог выполнен в виде гидроцилиндра, а второй - в виде гильзового газораспределения двигателя внутреннего сгорания и оснащен механизмом доворота.

Задачей предлагаемого технического решения является создание регулируемого механизма газораспределения регулируемого аксиально-поршневого двигателя для адаптации последнего к конкретной нагрузке и на различных режимах с целью повышения выходных параметров по мощности, экономичности и экологии, повышения технологичности конструкции привода механизма газораспределения и снижения динамики его работы.

Для решения указанной задачи механизм газораспределения аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания выполнен на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов и снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота. Один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя. В другом варианте содержится два механизма доворота, работающих независимо, один из которых смещает элементы сборного кулачка, а другой - кулачок, сопрягаемый со сборным или сборный кулачок в целом. Ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя, и они равномерно расположены по окружности.

Перечисленные пути решения поставленной задачи даны на примере одной группы клапанов. Следовательно, в регулируемом механизме газораспределения двигателя в целом привод клапанов другой группы выполняется аналогичным образом.

Применение в приводе клапана двух торцевых кулачков дает возможность уменьшить высоту профиля каждого из кулачков, что обеспечивает осевой ход ведомого кулачка (и клапана), равный двум высотам профилей обоих кулачков. С другой стороны, за счет поворота ведомого кулачка в ту или обратную сторону механизмом доворота появляется возможность смещать фазу на опережение или запаздывание к положению поршня относительно его верхней мертвой точки.

Наличие сборного кулачка позволяет изменять геометрические параметры профиля кулачка, в частности увеличивать или уменьшать угол профиля кулачка за счет поворота одного из элементов сборного кулачка относительно их общей оси. Тем самым меняется длительность фазы газораспределения. Сборный кулачок может быть выполнен как ведущим, так и ведомым. Но наилучшим вариантом конструктивного исполнения является выполнение его ведомым, т.к. ведомый кулачок не совершает вращательное движение (не считая поворота), а только осевое, что упрощает конструкцию привода доворота. Соответственно, для поворота элемента сборного кулачка необходим свой привод, работающий независимо от предыдущего.

Выполнение ведущего кулачка единого на все клапаны группы многопрофильным позволяет уменьшить его частоту вращения и, следовательно, снизить динамику работы механизма газораспределения и уменьшить износ его двигателей. При этом существенно сокращается количество деталей по сравнению с приводом клапана отдельной парой торцевых кулачков.

Все перечисленные признаки позволяют решить поставленную задачу, что позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигнутым техническим результатом.

Перечисленные признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при проведении патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

Анализ уровня техники по доступным источникам информации показал, что заявляемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники и, на взгляд авторов, можно сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

Заявка содержит три фигуры.

На фиг. 1 представлен вариант конструкции регулируемого индивидуального привода двумя торцевыми кулачками; на фиг.2 показана схема сборного однопрофильного ведомого торцевого кулачка и показан его изменяющийся профиль; на фиг. 3 дана схема многопрофильного сборного ведущего кулачка и показан его изменяющийся профиль.

Один из вариантов регулируемого индивидуального привода клапана двумя торцевыми кулачками (фиг. 1) предназначен для сообщения возвратно-поступательного перемещения тарельчатому клапану и регулирования его работы по длительности фазы и смещение ее на опережение или запаздывание к положению поршня относительно его мертвой точки.

Устройство газораспределительного механизма условно показано на примере одного клапана группы (впускной или выпускной). Механизм выполнен в головке блока 1 и закреплен непосредственно на блоке цилиндров 2. В головке блока расположены тарельчатые клапаны 3 с пружинным комплектом 4, зубчатые венцы внутреннего зацепления 5 и 6 привода внутренних кулачков клапанов 1-ой и 2-ой групп (впускных и выпускных) и стойки 7. На головку блока установлены промежуточный диск 8 и крышка головки 9. В крышке головки смонтированы ведущие кулачка 10 с приводом от цепной передачи, и крышка является второй опорой стоек 7. Диск 8 является опорой для сборных ведомых кулачков, состоящих из ведомых кулачков наружных 11, с нарезанными на них зубьями, и внутренних 12, которые соединены с зубчатыми колесами или секторами. Между крышкой головки и диском установлены зубчатые венцы внутреннего зацепления 13 и 14 наружных кулачков. Венцы 13 и 14 соответственно предназначены один для одной группы клапанов, а второй - для другой группы. На стойках 7 расположены коленчатые рычаги 15 с регулировочными винтами 16. Цепная передача привода кулачков закрыта кожухом 17.

Работа газораспределительного механизма осуществляется следующим образом. От выходного вала двигателя через цепную передачу ведущие кулачки получают вращательное движение с требуемой частотой. Ведомые сборные торцевые кулачки преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательное. Реактивный момент, возникающий на ведомых кулачках, воспринимают зубья зубчатых венцов 5 или 6 и 13 или 14, которые входят в зацепление с зубьями, нарезанными на ведомых наружных кулачках, и зубьями зубчатого колеса или секторов, соединенных с ведомыми, внутренними кулачками, но, в то же время, позволяют осуществлять возвратно-поступательное движение ведомых кулачков. Возвратно-поступательное движение кулачков далее посредством коленчатых рычагов 15 передается на соответствующие клапаны 3. Требуемый зазор между рычагами и клапанами устанавливается с помощью регулировочных винтов 16.

Регулирование длительности фазы газораспределения достигается поворотом ведомых внутренних кулачков за счет зубчатого зацепления венцом 5. Зубчатый венец 6 выполняет ту же функцию, но для клапанов другой группы. При повороте внутреннего кулачка относительно наружного, который по углу остается без изменения, происходит смещение профилей кулачков, тогда начало поступательного перемещения сборного кулачка начинается, например, по профилю внутреннего. Зубчатый венец 5 воздействует таким образом на все кулачки данной группы.

Регулирование смещения фаз газораспределения производится посредством одновременного доворота внутренних и наружных ведомых кулачков. В этом случае оба венца внутреннего зацепления 5 и 13 или 6 и 14 одной группы клапанов поворачиваются на требуемый и одинаковый угол в том или ином направлении. Приводы зубчатых венцов, работающие независимо друг от друга, могут быть выполнены гидравлическими или электромеханическими и работают от соответствующей системы управления.

На фиг. 2 показана схема сборного однопрофильного ведомого торцевого кулачка и показан его изменяющийся профиль.

На фиг.3 представлена схема и профиль, но для ведущего многопрофильного торцевого кулачка.

Таким образом, данные примеры подтверждают возможность реализации заявляемых отличительных признаков.

Источники информации
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству "Аксиально-поршневая машина с регулируемым рабочим объемом" SU 1786885 А1, 6 F 01 B 3/02, F 02 B 75/26.

2. Описание изобретения к патенту "Аксиальный двигатель внутреннего сгорания" RU 2043524 C1, 6 F 02 B 75/26.

3. Описание изобретения к патенту "Двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами" RU 2009345 C1, 5 F 02 B 75/26.

4. Описание изобретения к патенту "Механизм управления клапанами газораспределения двигателя внутреннего сгорания" RU 2156867 C1, 7 F 01 L 1/14, F 02 D 13/02, F 01 L 13/02.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газораспределительным механизмам аксиально-поршневых двигателей, и позволяет адаптировать последние к конкретной нагрузке и на различных режимах, повышая выходные параметры по мощности, экономичности и экологии. Механизм газораспределения выполнен на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов и снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота. Один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких, соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя. Ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя и они равномерно расположены по окружности. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Механизм газораспределения аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов, отличающийся тем, что он снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких, соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя.3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что он содержит два механизма доворота, работающих независимо, один из которых смещает элементы сборного кулачка, а другой - кулачок, сопрягаемый со сборным или сборный кулачок в целом.4. Механизм по п.2, отличающийся тем, что ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя, и они равномерно расположены по окружности.