УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F01L1/344 F02D13/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регулирования фаз газораспределительного механизма (ГРМ) при модернизации существующих и разработке новых ДВС машин (мобильных устройств), для которых не предусмотрены бортовые компьютеры автоматического управления и контроля систем двигателя.

Большинство автотракторных двигателей машин, не оборудованных бортовой компьютерной системой, имеют постоянные значения углов фаз ГРМ, обеспечивающие наилучшие эффективные показатели работы ДВС фактически только на одном режиме работы; отклонение от этого режима вследствие изменения условий работы или изменения вследствие изнашивания звеньев кинематической цепи «коленчатый вал - клапан» ведут к существенному ухудшению показателей работы (снижению мощности, увеличению удельного расхода топлива и др.).

Известно устройство регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте США №4522085 МПК F01L 1/34 11.06.1985 г., в котором привод, соединяющий коленчатый вал и распределительный вал, содержит шлицевое соединение, выполненное по винтовой линии, а изменение взаимного углового положения шлицевой пары, участвующей в передаче движения от коленчатого вала к кулачковому, достигается за счет осевого перемещения одной детали пары (втулки) относительно другой (вала); при этом величина перемещения и необходимое при этом усилие определяются параметрами центробежного регулятора, выполненного по классической схеме, содержащей центробежные рычаги с массой, осевую втулку-ползун и упругий элемент (возвратную пружину).

При относительной простоте данный способ и устройство не обеспечивают необходимое (задаваемое конструктором) соответствие «режим работы - величина угла фаз», а наличие упругого элемента (пружины) предопределяет изменение характеристик регулятора вследствие изменения упругости пружины во время эксплуатации; габаритно-массовые размеры устройства таковы, что использование такого регулятора потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя или изменения компоновочных решений двигателя в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте РФ №2330169, МПК F02D 13/02 (прототип), которое содержит размещенный соосно распределительному валу элемент привода, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, который имеет узел передачи управляющего усилия на распределительный вал. Передача имеет червячное колесо, жестко установленное на распределительном валу и образующее зацепление с червяками, на каждом из которых жестко установлены центробежные рычаги и возвратные пружины. Под действием центробежных сил нагружается возвратная пружина и происходит поворот червяка, изменяя таким образом угловое взаиморасположение червячного колеса и кулачкового вала.

Устройство такого типа имеет большие габаритные и массовые размеры. Кроме того, не представляется возможным при регулировании фаз газораспределения ДВС задать интенсивность изменения угла фаз в определенном диапазоне регулирования, а наличие упругого элемента в виде витой пружины сопряжено с изменением параметров регулирования вследствие старения материала пружины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого и компактного устройства регулирования фаз газораспределения ДВС, обеспечивающего оптимальные и стабильные во всем диапазоне регулирования значения фаз ГРМ, в результате работы которого достигается улучшение технико-экономических показателей работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении кинематическая цепь передачи включает размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, смонтированным на плите, жестко закрепленной на элементе привода, и имеющим узел передачи управляющего усилия на распределительный вал в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом, жестко соединенным с распределительным валом, и с двумя и более ведущими элементами, на каждом из которых закреплен центробежный рычаг, огруженный массой, в отличие от прототипа каждый центробежный рычаг выполнен двухзвенным, огруженный массой конец которого опирается на цилиндрическую поверхность переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежной силы. Диапазон перемещения при этом ограничен регулируемыми упорами, а траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма.

Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в обеспечении постоянства соответствия «скоростной режим двигателя - заданное значение угла фаз ГРМ» во всем диапазоне рабочих режимов двигателя. Замена возвратной пружины (в прототипе) на криволинейную поверхность, сопряженную с двухзвенным рычагом, позволяет стабилизировать соответствие режимов работы двигателя и им соответствующих оптимальных углов фаз газораспределения.

Принципиальная схема устройства представлена на фигуре.

Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания (фигура) содержит соосно размещенные элемент привода с плитой 1, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал 2, кинематически связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз на основе зубчатой передачи, ведомый элемент 3 которой соосно и жестко соединен с распределительным валом 2.

Ведущие элементы 4 зубчатой передачи (два и более) смонтированы на плите 1 и соединены жестко с одним концом двухзвенного рычага 5, а свободный конец двухзвенного рычага огружен массой 6, создающей центробежную силу и опирающейся на цилиндрическую поверхность переменной кривизны 7 с возможностью перемещения по ней в пределах ограниченных регулируемыми упорами 9 и 10, при этом траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма. Опорная поверхность 7 с упорами 9 и 10 смонтирована на плите 1 с возможностью изменения углового положения относительно вектора центробежной силы. Характер изменения кривизны опорной поверхности 7 задается разработчиком в зависимости от особенностей конструкции двигателя, диапазона изменения скоростных режимов его работы и значения угла фаз ГРМ, оптимального для каждого скоростного режима.

Изменение, в заданных пределах, кривизны опорной поверхности выполнено так, что каждому скоростному режиму (величине угловой скорости вала) соответствует точка контакта рычага с опорой, где сумма векторов всех сил равна нулю, и перемещение центробежного рычага (изменение угла фаз газораспределения) при этом отсутствует.

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя в режиме пуска и холостого хода усилие на прокручивание распределительного вала передается через элемент привода с плитой 1, на ось 8 и на зубчатую передачу. Начальное угловое взаиморасположение элементов кинематической цепи таково, что при упоре рычага 5 в винт регулирующего упора 9 угол фаз ГРМ наилучшим образом соответствует работе двигателя на режимах холостого хода и близких к нему.

При достижении угловой скорости вращения вала до значений, когда крутящий момент, создаваемый центробежной силой, превышает момент сопротивления на прокручивание распределительного вала, происходит отрыв рычага с массой от упора 9. С увеличением угловой скорости двухзвенный рычаг поворачивается совместно с ведущим элементом зубчатой передачи пока не будет выполнено условие (для каждого установившегося режима):

где:

F_ц, F_тр, F_кр - приведенные к точке контакта «двухзвенный рычаг - опорная поверхность» векторные значения соответственно центробежной силы, силы трения в контакте «рычаг - опорная поверхность» и силы от момента сопротивления на прокручивание распределительного вала.

Соответствие углового положения центробежного рычага скоростному режиму во всем диапазоне его изменения достигается за счет динамического равновесия сил, приведенных к опорной поверхности в каждом промежуточном положении центробежного рычага, при этом скоростной режим номинальной нагрузки двигателя соответствует положению центробежного рычага у регулируемого упора 10.

Устройство обеспечивает более высокие технико-экономические показатели работы двигателя (увеличение мощности, снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов) и уменьшает габаритно-массовые размеры центробежного механизма, а компактность предлагаемого механизма не потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя, что является существенным при модернизации существующих двигателей и проектировании новых.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания содержит размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой (1), соединенный с коленчатым валом двигателя. Элемент привода с плитой (1) и распределительный вал (2) связаны между собой центробежным механизмом регулирования фаз. Механизм регулирования фаз смонтирован на плите (1) элемента привода и имеет узел передачи управляющего усилия на распределительный вал (2) в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом (3). Ведомый элемент (3) жестко соединен с распределительным валом (2) и с двумя и более ведущими элементами (4), на каждом из которых жестко закреплен центробежный рычаг (5), огруженный массой (6). Каждый центробежный рычаг (5) выполнен двухзвенным. Огруженный массой (6) конец центробежного рычага (5) опирается на цилиндрическую поверхность (7) переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежных сил в пределах, ограниченных регулируемыми упорами (9), (10). Траектория перемещения массы (6) расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма. Технический результат заключается в постоянстве обеспечения заданных фаз газораспределения, скоростному режиму двигателя во всем диапазоне рабочих режимов. 1 ил.

Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащее размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, смонтированным на плите элемента привода и имеющим узел передачи управляющего усилия на распределительный вал в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом, жестко соединенным с распределительным валом, и с двумя и более ведущими элементами, на каждом из которых жестко закреплен центробежный рычаг, огруженный массой, отличающееся тем, что каждый центробежный рычаг выполнен двухзвенным, огруженный массой конец которого опирается на цилиндрическую поверхность переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежных сил в пределах, ограниченных регулируемыми упорами, при этом траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма.