МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ВПУСКНЫМ КЛАПАНОМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК F01L1/30 

Изобретение относится к впускному клапану двигателя внутреннего сгорания, в частности - к механизму управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания.

Обычный механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания, например, такой, как описанный в патенте GB 242960, кл. F 01 L 1/30, опубл. 22.04.1926, изображен на Фиг.10 и 11 и, в основном, состоит из кулачка 200, коромысла 300, стопора 400 и пружины 500. Один конец коромысла 300 зацепляет кулачок 200, другой конец нажимает на стопор 400. Один конец пружины 500 нажимает на опору 700, которая неподвижно прикреплена по отношению к стенке 600 цилиндра, другой конец примыкает к фланцу 800, установленному на конце стопора 400. Когда кулачок 200 начинает поворачиваться по часовой стрелке из положения, показанного на Фиг.10, он толкает левый конец коромысла 300 вверх, затем коромысло 300 поворачивается, и его правый конец нажимает на стопор 400 вниз, при этом стопор 400 преодолевает сопротивление пружины 500 и перемещается вниз, и затем впускной клапан открывается для впуска или выпуска. При повороте кулачка в положение, показанное на Фиг.11, левый конец коромысла 200 опускается, и правый конец поднимается; при этом под действием пружины 500 стопор 400 также поднимается, и поэтому впускной клапан закрывается и прекращает впуск или выпуск. При продолжении поворота кулачка указанная выше последовательность повторяется.

Для описываемого выше обычного выполнения требуется очень значительное усилие пружины; в ином случае, если поворот будет слишком быстрым, то пружина тогда не сможет вовремя закрыть впускной клапан по причине небольшого значения своей пружинной константы. Но если пружинная константа будет слишком значительной, то коромысло будет, соответственно, испытывать большее сопротивление, когда кулачок будет толкать коромысло. Чтобы преодолеть это большее сопротивление, двигателю придется потреблять больше энергии.

Ввиду указанной проблемы задача настоящего изобретения заключается в создании механизма для управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания; при этом указанный механизм выполнен с возможностью потребления меньшей энергии, т.е. меньшего количества дизельного топлива. За счет особой конструкции кулачка и коромысла, и также соединительного механизма, соединяющего коромысло и стопор, заявляемому механизму не приходится преодолевать сопротивление пружины при открытии клапана, поэтому сам двигатель не потребляет дополнительную энергию, и можно обеспечить снижение расхода топлива и повысить отдаваемую мощность.

Механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению содержит кулачок, коромысло и соединительный механизм, соединяющий коромысло и стопор, причем кулачок сформирован на вале и по существу имеет форму эллипса; коромысло выполнено с возможностью качательного движения вокруг оси, проходящей через его центр; причем одна сторона коромысла имеет два плеча, которые образуют конфигурацию в виде буквы V; при этом указанные два плеча зацепляют кулачок; другая сторона коромысла имеет только одно плечо, причем на конце этого одного плеча выполнены первая взаимодействующая часть, вторая взаимодействующая часть и третья взаимодействующая часть; снизу вверх соединительный механизм включает в себя нижнюю пластину, спиральную пружину, нижний взаимодействующий узел, первый соединительный элемент, верхний взаимодействующий узел и второй соединительный элемент; причем нижняя пластина выполнена с возможностью перемещения относительно стенки цилиндра; спиральная пружина сжата между нижним взаимодействующим узлом и нижней пластиной; верхний конец стопора проходит через отверстие, отцентрованное в нижней пластине, и через внутреннее отверстие спиральной пружины и установлен на нижнем взаимодействующем узле; при этом нижний взаимодействующий узел и верхний взаимодействующий узел собраны вместе с помощью первого соединительного элемента; верхний взаимодействующий узел выполнен с возможностью поступательного перемещения по отношению к первому соединительному элементу; причем верхний взаимодействующий узел и нижняя пластина установлены вместе с помощью второго соединительного элемента; в исходном положении каждого цикла кулачок зацепляет одно плечо из двух плечей коромысла, первая взаимодействующая часть коромысла зацепляет верхний взаимодействующий узел, вторая взаимодействующая часть коромысла зацепляет нижний взаимодействующий узел; при повороте кулачка коромысло совершает качательное движение, и вторая взаимодействующая часть нажимает вниз на нижний взаимодействующий узел, в результате чего весь соединительный механизм перемещается вниз и толкает стопор, открывая впускной клапан; причем третья взаимодействующая часть будет смещаться и зацеплять верхний взаимодействующий узел; при продолжении поворота кулачка другое плечо из числа указанных двух плечей будет зацеплять кулачок, при этом коромысло совершает качательное движение в противоположном направлении, третья взаимодействующая часть будет толкать верхний взаимодействующий узел вверх, в результате чего впускной клапан закроется; и первая взаимодействующая часть возвращается в зацепление с верхним взаимодействующим узлом.

Предпочтительно, нижний взаимодействующий узел содержит промежуточную опору, гнездо нижнего ролика, нижний ролик; отверстие для установки конца стопора сформировано в промежуточной опоре вокруг ее центральной оси; гнездо нижнего ролика сформировано на верхней поверхности промежуточной опоры, нижний ролик размещен в гнезде нижнего ролика; вторая взаимодействующая часть коромысла зацепляет нижний ролик; верхний взаимодействующий узел содержит гнездо верхнего ролика, верхний ролик и верхнюю пластину; верхний ролик размещен в гнезде верхнего ролика; верхний ролик открыт снизу гнезда верхнего ролика для взаимодействия с первой взаимодействующей частью или третьей взаимодействующей частью коромысла; верхняя пластина закрывает гнездо верхнего ролика; первыми соединительными элементами являются две шпильки, продольное сечение которых имеет по существу трапециевидную конфигурацию; первые соединительные элементы проходят через отверстия, выполненные в промежуточной опоре, гнезде нижнего ролика, гнезде верхнего ролика и верхней пластины, соединяя их вместе; вторым соединительным элементом являются два болта, которые проходят через болтовые отверстия, выполненные в верхней пластине и нижней пластине, соединяя их вместе.

Предпочтительно, ролики могут быть предусмотрены на конце двух плечей коромысла.

Настоящее изобретение ниже излагается на примере предпочтительного примера его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематическая горизонтальная проекция, показывающая соединительный механизм в механизме управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением;

Фиг.2 - схематический вид снизу, показывающий соединительный механизм в механизме управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением;

Фиг.3 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии А-А, показывающее положение, в котором механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению находится перед открытием впускного клапана;

Фиг.4 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии А-А, показывающее положение, в котором механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению находится сразу после открытия, ненамного, впускного клапана;

Фиг.5 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии А-А, показывающее положение, в котором механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению находится после полного открытия впускного клапана;

Фиг.6 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии А-А, показывающее положение, в котором механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению находится перед закрытием впускного клапана;

Фиг.7 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии А-А, показывающее положение, в котором механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению находится после полного закрытия впускного клапана;

Фиг.8 показывает еще одно осуществление двухплечевого коромысла;

Фиг.9 - схематическое сечение по указанной на Фиг.1 линии В-В, показывающее механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению без изображения коромысла и кулачка;

Фиг.10 - обычный механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания в закрытом положении;

Фиг.11 - обычный механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания в открытом положении.

Как показано на чертежах, механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению в основном включает в себя кулачок 10, двухплечевое коромысло 20 и соединительный механизм 100, соединяющий двухплечевое коромысло и стопор. Кулачок 10 выполнен на вале и по существу имеет форму эллипса. Коромысло 20 установлено на вале 26. Два плеча 21 и 22 сформированы на одном конце коромысла 20. Концы двух плечей выполнены скругленными и зацепляют кулачок. Другой конец коромысла 20 имеет особую конфигурацию, которая формирует первую взаимодействующую часть 23, вторую взаимодействующую часть 24 и третью взаимодействующую часть 25. Конструкция соединительного механизма 100 имеет форму рамки. Снизу вверх соединительный механизм 100 содержит нижнюю пластину 90, спиральную пружину 40, нижний взаимодействующий узел 110, первые соединительные элементы 95, 95, верхний взаимодействующий узел 120 и второй соединительный элемент 98, 98. Согласно одному из осуществлений нижний взаимодействующий узел 110 содержит промежуточную опору 50, гнездо 60 нижнего ролика, нижний ролик 65; верхний взаимодействующий узел 120 содержит гнездо 70 верхнего ролика, верхний ролик 75 и верхнюю пластину 80. Первыми соединительными элементами являются две шпильки 95, 95, имеющие трапециевидное продольное сечение. Вторым соединительным элементом являются два болта 98, 98. Нижняя пластина 90 выполнена из тонкой металлической пластины, например из стальной пластины, имеющей по существу круглую форму. Отверстие 97 выполнено в центре нижней пластины 90, и два фланца 99, 99 симметрично выступают из кругового края в направлении вдоль одного диаметра. Два отверстия для болтов выполнены во фланцах 99. Основной корпус промежуточной опоры 50 имеет цилиндрическую форму, цилиндрический выступ 51 выступает вокруг центральной оси из нижней поверхности основного корпуса. Этот выступ 51 входит во внутреннее отверстие пружины 40. Одна часть основного корпуса промежуточной опоры 50 вырезана на стороне, прилегающей к кулачку 10, в результате чего сформирован наклон 56, который содействует перемещению коромысла 20. Помимо этого, в промежуточной опоре 50 вокруг ее центральной оси выполнено имеющее уступы отверстие 52. Имеющее форму куба гнездо 60 нижнего ролика сформировано на верхней поверхности промежуточной опоры 50. Выступ 61 выступает вниз из центра нижней поверхности гнезда 60 нижнего ролика. Две продольные стороны выступа 61 имеют форму окружности, совпадающую с формой верхнего более крупного отверстия в имеющем уступы отверстии 52 в промежуточной опоре 50; при этом нижняя поверхность выступа 61 нажимает на верхний конец стопора. Имеющее форму куба углубление 62 сформировано на верхней поверхности гнезда 60 нижнего ролика и вмещает в себе нижний ролик 65. Стальная планка 64 помещена на дне углубления 62. Гнездо 70 верхнего ролика также имеет форму куба, и также углубление 72 в форме куба сформировано на верхней поверхности для вмещения верхнего ролика 75. Выемка 73 вырезана в нижней части гнезда 70 верхнего ролика, и поэтому верхний ролик открыт, чтобы взаимодействовать с коромыслом. К внешнему периметру промежуточной опоры 50 прилегают два имеющих уступы отверстия 53, 54, симметричные центральные оси которых параллельны центральной оси промежуточной опоры. Продольный конец гнезда 60 нижнего ролика имеет два сквозных отверстия 63, 66, которые концентричны со сквозными отверстиями 53, 54. При этом на продольном конце гнезда 70 верхнего ролика выполнены два сквозных отверстия 76, 77, концентричные со сквозными отверстиями 53, 54. Диаметр сквозных отверстий 63, 66 в гнезде 60 нижнего ролика одинаков с диаметром меньшего отверстия имеющих уступы отверстий 53, 54 в промежуточной опоре; диаметр сквозных отверстий 76, 77 в гнезде 70 верхнего ролика меньше диаметра сквозных отверстий 63, 66 в гнезде 60 верхнего ролика. Промежуточная опора 50, гнездо 60 нижнего ролика и гнездо 70 верхнего ролика собраны вместе с помощью шпилек 95, 95, продольное сечение которых является трапециевидным. Верхние концы шпилек выступают наружу после сборки. Верхняя пластина 80 также выполнена из тонкой металлической пластины, например из стальной пластины, и имеет по существу прямоугольную форму. Верхняя пластина установлена на верхней поверхности гнезда 70 верхнего ролика двумя отверстиями 81, 82 в верхней пластине; при этом указанные два отверстия 81, 82 соответственно расположены на двух концах одной из диагональных линий на верхней поверхности верхней пластины. На двух концах других диагональных линий выполнены два болтовых отверстия 83, 84. Верхняя пластина 80 и нижняя пластина 90 соединены двумя болтами 98, 98, проходящими через них. Средний сегмент болта соответствует круглым углублениям в боковых стенках промежуточной опоры, тем самым осуществляя крепление промежуточной опоры. Верхний конец стопора 30 проходит через отверстие 97 в нижней пластине 90 и внутреннее отверстие спиральной пружины 40 и помещается в меньших отверстиях имеющего уступы отверстия 52 в промежуточной опоре 50 с помощью соединительного элемента 31, разделенного на две половины и имеющего коническую боковую поверхность.

Нужно отметить, что после установки в двигателе собранного механизма для управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению нижняя пластина 90 открыта по отношению к стенке 150 цилиндра двигателя внутреннего сгорания. То есть нижняя пластина 90 выполнена с возможностью неограниченного перемещения относительно стенки 150 цилиндра. В этом заключается основное отличие от известного уровня техники, в котором опора 700 неподвижно установлена относительно стенки 600 цилиндра.

Далее следует описание последовательности действия механизма управления впускным клапаном в соответствии с данным изобретением. В исходном положении согласно Фиг.3 первая взаимодействующая часть 23 коромысла зацепляет верхний ролик 75; вторая взаимодействующая часть 24 зацепляет нижний ролик 65. При повороте кулачка 10 по часовой стрелке в положение, показанное на Фиг.4, плечо 21 коромысла 20 вталкивается вверх, в результате чего другой конец коромысла опускается и в то же время перемещается влево; вторая взаимодействующая часть 24 коромысла 20 нажимает на нижний ролик 65 вниз, в результате чего стопор 30 прижимается вниз, и поэтому открывается впускной клапан. Причем по причине перемещения вправо коромысла 20 первая взаимодействующая часть 23 коромысла перемещается вправо через верхний ролик 75, согласно Фиг.4, в результате чего взаимодействующая часть 25 зацепляет верхний ролик 75. При повороте кулачка в положение, показанное на Фиг.5, впускной клапан открывается максимально. В соответствии с приведенным выше описанием, нижняя пластина 90 открыта по отношению к стенке 150 цилиндра, и поэтому при высвобождении стопора сопротивление пружины не возникает, и поэтому можно снизить энергию, потребляемую самим двигателем, т.е. дизельное топливо можно экономить. При последующем повороте кулачка в положение, показанное на Фиг.6, кулачок нажимает на плечо 22 коромысла вниз, в результате чего другой конец коромысла поднимается и при этом перемещается влево, в результате чего вторая взаимодействующая часть 25 коромысла прилагает направленное вверх усилие, которое передается через верхнюю пластину 80, болты 98, нижнюю пластину 90, спиральную пружину 40 и промежуточную опору 50, поднимая стопор 30, который перемещается в направлении закрытия. После того, как впускной клапан будет закрыт стопором, кулачок продолжает поворот, и третья взаимодействующая часть 25 коромысла 20 сжимает пружину 40 и прилагает повышенное усилие на стопор 30 и тем самым надежно закрывает впускной клапан. При этом, поскольку коромысло 20 перемещается влево, согласно Фиг.7, верхний ролик 75 за счет скользящего перемещения находит на первую взаимодействующую часть 23 коромысла, чтобы обеспечить нахождение стопора в закрытом положении. При продолжении поворота кулачка описываемая выше последовательность повторяется.

Механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением имеет следующие преимущества помимо экономии топлива: т.к. значительное усилие не прилагается, габариты кулачка и коромысла могут быть довольно небольшими с соответствующим уменьшением размеров и веса. Помимо этого, поскольку сопротивление невелико, впускной клапан может открываться в большей степени, чем в обычной конструкции, за счет чего облегчается поступление большего количества воздуха при работе на больших оборотах.

Благодаря особой конструкции кулачка и коромысла в соответствии с данным изобретением впускной клапан может быстро открываться при значениях угла вращения вала от 0° до 40° и быстро полностью закрываться при значениях угла вращения вала от 140° до 180°. Поэтому увеличивается время открытого состояния впускного клапана, в результате чего впуск увеличивается и происходит быстрее, и отдаваемая мощность работы двигателя на больших оборотах повышается, крутящий момент усиливается и кпд повышается.

Согласно Фиг.8, могут быть также предусмотрены ролики 29, 29 на конце двух плечей коромысла, и поэтому зацепление между кулачком и коромыслом становится более ровным.

Выше изложен только один пример предпочтительного осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, но специалист в данной области техники может осуществить многие изменения и модификации в объеме прилагаемой формулы изобретения в соответствии с идеей настоящего изобретения.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в приводах впускных клапанов. За счет особой конструкции кулачка и коромысла, а также соединительного механизма, соединяющего коромысло и клапан, данному механизму не приходится преодолевать сопротивление пружины при открытии впускного клапана. Изобретение позволяет снизить затраты энергии на привод клапана и снизить расход дизельного топлива. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания, содержащий кулачок (10), коромысло (20) и соединительный механизм (100), соединяющий коромысло (20) и стопор (30), причем кулачок (10) сформирован на валу и по существу имеет форму эллипса, коромысло (20) выполнено с возможностью качательного движения вокруг оси, проходящей через его центр, причем одна сторона коромысла имеет два плеча (21, 22), которые образуют конфигурацию в виде буквы V, при этом указанные два плеча зацепляют кулачок (10), другая сторона коромысла имеет только одно плечо (28), отличающийся тем, что на конце этого одного плеча выполнены первая взаимодействующая часть (23), вторая взаимодействующая часть (24) и третья взаимодействующая часть (25), снизу вверх соединительный механизм (100) включает в себя нижнюю пластину (90), спиральную пружину (40), нижний взаимодействующий узел (110), первый соединительный элемент (95, 95), верхний взаимодействующий узел (120) и второй соединительный элемент (98, 98), причем нижняя пластина (90) выполнена с возможностью перемещения относительно стенки (150) цилиндра, спиральная пружина (40) сжата между нижним взаимодействующим узлом (110) и нижней пластиной (90), верхний конец стопора (30) проходит через отверстие (97), отцентрованное в нижней пластине, и через внутреннее отверстие спиральной пружины (40), и установлен на нижнем взаимодействующем узле (110), при этом нижний взаимодействующий узел (110) и верхний взаимодействующий узел (120) собраны вместе с помощью первого соединительного элемента (95, 95), верхний взаимодействующий узел (120) выполнен с возможностью поступательного перемещения по отношению к первому соединительному элементу (95, 95), причем верхний взаимодействующий узел (120) и нижняя пластина (90) установлены вместе с помощью второго соединительного элемента (98, 98), в исходном положении каждого цикла кулачок (10) зацепляет одно плечо (21) из двух плечей коромысла (20), первая взаимодействующая часть (23) коромысла зацепляет верхний взаимодействующий узел (120), вторая взаимодействующая часть (24) коромысла зацепляет нижний взаимодействующий узел (110), при повороте кулачка (10) коромысло (20) совершает качательное движение и вторая взаимодействующая часть (24) нажимает вниз на нижний взаимодействующий узел (110), в результате чего весь соединительный механизм (100) перемещается вниз и толкает стопор, открывая впускной клапан, причем третья взаимодействующая часть (25) будет смещаться и зацеплять верхний взаимодействующий узел (120), при продолжении поворота кулачка другое плечо (22) из числа указанных двух плечей будет зацеплять кулачок, при этом коромысло совершает качательное движение в противоположном направлении, третья взаимодействующая часть (25) будет толкать верхний взаимодействующий узел (120) вверх, в результате чего впускной клапан закроется и первая взаимодействующая часть (23) возвращается в зацепление с верхним взаимодействующим узлом (120).2. Механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что нижний взаимодействующий узел (110) содержит промежуточную опору (50), гнездо (60) нижнего ролика, нижний ролик (65), отверстие (52) для установки конца стопора сформировано в промежуточной опоре (50) вокруг его центральной оси, гнездо (60) нижнего ролика сформировано на верхней поверхности промежуточной опоры (50), нижний ролик (65) размещен в гнезде (60) нижнего ролика, вторая взаимодействующая часть (24) коромысла зацепляет нижний ролик (65), верхний взаимодействующий узел (120) содержит гнездо (70) верхнего ролика, верхний ролик (75) и верхнюю пластину (80), верхний ролик (75) размещен в гнезде (70) верхнего ролика, верхний ролик (75) открыт снизу гнезда (70) верхнего ролика для взаимодействия с первой взаимодействующей частью (23) или третьей взаимодействующей частью (25) коромысла, верхняя пластина (80) закрывает гнездо (70) верхнего ролика, первыми соединительными элементами являются две шпильки (95, 95), продольное сечение которых имеет по существу трапециевидную конфигурацию, первые соединительные элементы проходят через отверстия, выполненные в промежуточной опоре (50), гнезде (60) нижнего ролика, гнезде (70) верхнего ролика и верхней пластины (80), соединяя их вместе, вторым соединительным элементом являются два болта (98, 98), которые проходят через болтовые отверстия, выполненные в верхней пластине (80) и нижней пластине (90), соединяя их вместе.3. Механизм управления впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что ролики (29, 29) могут быть предусмотрены на конце двух плечей (21, 21) коромысла (20).