МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС Российский патент 2019 года по МПК F02D13/02 F01L1/34 

Предполагаемое изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в конструкциях, например, ДВС легковых автомобилей.

Известен механизм газораспределения ДВС ВА3-21 114-50 описанный в книге Lada Kalina ВА3-11193,-11194 хетчбек, ВА3-11183, - ВА3-11184 седан, ВА3-11173, -11174 универсал. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту + каталог деталей. - М.: ООО «ИДТР», 2011 -320 с. и показанный на стр. 45-104. Такой двигатель состоит из блока цилиндров, коленчатого вала, шатунов, поршней, масленого картера, распределительного вала, системы смазки, системы охлаждения, системы питания, системы зажигания, системы вентиляции картера и системы подачи воздуха. Последняя снабжена дроссельным узлом, который дозирует количество воздуха поступающего во впускной коллектор и далее к впускным клапанам. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка соединенная с приводом педали акселератора. Несмотря на свою эффективность использования такая система подачи воздуха в цилиндры не позволяет регулировать его расход проходящий через впускной клапан так как он не имеет возможности изменять свое проходное сечение создаваемое его тарелкой и седлом, что существенно связано с расходом топлива и термическим КПД двигателя.

Известен также механизм газораспределения ДВС описанный в книге «Тойота Королла Аксио/ Королла Филдер. Модели 2WD4BD 2006-2012 гг.выпуска с двигателями 1NZ-FE (1,5 л), 2ZR-FE (1,8 л) и 2ZR-FAE (1,8 л). Серия Автомобиль. Устройство, техническое обслуживание и ремонт. - М.: Легион - Автодата, 2012.-424 с. В этой книге дается пошаговое описание процедур по эксплуатации, ремонту и техническому обслуживанию переднеприводных и полноприводных автомобилей Toyota Corolla Axio/Corolla Fielder, оборудованных бензиновыми двигателями INZ-FE (1,5 л), 2ZR-FE (1,8 л) и 2ZR-FAE (1,8 л). Издание содержит руководство по эксплуатации, описание систем, подробные сведения по техническому обслуживанию автомобиля, диагностике, ремонту и регулировке некоторых элементов систем двигателя (в т.ч. систем управления двигателем, изменения фаз газораспределения (VVT), и бесступенчатого изменения высоты подъема клапанов (VALVEMATIC для двигателя 2ZR-FAE (1,8 л). Привод VALVEMATIC для двигателя 2ZR-FAE (1,8 л) показан на стр. 140, рис. «Расположение элементов системы электронного управления двигателем (2ZR-FAE)» позиция семь. Такой привод бесступенчатого изменения высоты подъема клапанов состоит из управляющего штока, ползуна, роликового и качающихся промежуточных рычагов, демпфера. Управляющий шток передает поступательное перемещение от контроллера VM на ползуны, который связан с электромотором вращающим корпус механизма с эпициклами, причем последние в свою очередь, приводят во вращение сателлиты. Солнечные шестерни и шток перемещаются в осевом направлении, управляя высотой подъема клапанов. Ползуны имеют косые зубья, находящиеся в зацеплении с внутренними зубьями на роликовом и качающихся рычагах, они определяют взаимное положение этих рычагов. Роликовый рычаг находится в контакте с кулачком распределительного вала впускных клапанов, его перемещение передается через ползун на качающиеся рычаги, которые воздействуют на рокеры и открывают впускные клапаны. Демпфер постоянно поджимает роликовый рычаг и позволяет ему отслеживать профиль кулачка распределительного вала. Анализ вышеизложенного показывает, что несмотря на эффективность использования такого технического решения в практике оно достаточно сложно по конструкции и имеет высокую стоимость при изготовлении за счет наличия большого числа составляющей элементной базы.

Поэтому, целью предполагаемого изобретения является упрощение конструкции бесступенчатого изменения высоты подъема впускных клапанов ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что на каждом из впускных клапанов подвижно установлены стаканы, торцевые поверхности которых, обращенные в сторону кулачков распределительного вала, выполнены наклонными, а боковые поверхности стаканов снабжены зубьями взаимодействующими с ответными зубьями изготовленными на продольно расположенном штоке установленном на головке цилиндров и связанным с контроллером управления движением штока причем, концевые поверхности кулачков распределительного вала контактирующие с упомянутыми торцевыми поверхностями стаканов имеют шарообразную форму.

На чертежах фиг. 1 и фиг. 2 показаны два положения клапана относительно кулачка распределительного вала и на фиг. 3 один из них вид сверху.

Механизм газораспределения ДВС состоит из впускного клапана 1 и пружины сжатия 2 расположенные в стакане 3 снабженном зубьями 4 взаимосвязанными с зубьями 5выполненными на штоке 6 расположенном подвижно в контроллере 7 и опоре 8 жестко закрепленными на головке 9 блока цилиндров ДВС. Стакан 3 имеет торцевую наклонную поверхность 10 контактирующую с кулачком 11 распределительного вала 12. Торцевая часть кулачка 11 имеет шарообразную форму 13.

Работает механизм газораспределения ДВС следующим образом. Предположим, что в предложенном нами техническом решении, так же как и в конструкции двигателя 2ZR-FAE (1,8 л), описанного в прототипе, дроссельная заслонка подачи воздуха в его цилиндры практически постоянно поддерживается в положении полного открытия при этом, дозирование топливовоздушной смеси осуществляется изменением высоты подъема клапанов, а это происходит за счет специальной программы составленной для контроллера 7, который своим штоком 6 с помощью зубьев 5, связанными с зубьями 4, совершающим его поступательное движение позволяет поворачивать стакан 3 не только на малые углы, но и на угол 180° (см. фиг. 1 и фиг. 2 где положение стакана 3 на них изображении клапанов различное). Следует отметить, что при работе двигателя в начале такта впуска давление во впускном коллекторе у двигателя, на котором установлена предложенная конструкция управления впускного клапана, близко к атмосферному, благодаря чему значительно уменьшаются насосные потери при ходе поршня из верхней мертвой точки в нижнюю (на чертежах поршни и заслонка подачи воздуха не показаны). При этом впускные клапаны закрываются в точке, близкой к НМТ, уменьшая перекрытие для улучшения компрессии.

Рассмотрим более подробно следующие режимы работы двигателя. Первый режим: запуск двигателя и его глушение. В этом случае (см. фиг. 3 и фиг. 1) стакан 3 под действием поступательного перемещения штока 6 по стрелке А, совершаемое контроллером 7, поворачивается по стрелке В на угол α, а так как он имеет торцевую наклонную поверхность 10, то клапан движется по стрелке С (фиг. 1) и закрывается в точке близкой к НМТ, уменьшая тем самым перекрытие для улучшения компрессии, что позволяет также улучить пусковые характеристик двигателя в целом. Второй режим: холостой ход и повышенные обороты коленчатого вала. В этом случае высота перемещения клапана увеличивается за счет поворота стакана 3 по стрелке В на угол β, что также идет увеличение хода клапана по стрелке С и тем самым усиливается внутренняя рециркуляция отработавших газов. Третий режим: характерен до прогрева двигателя (кроме повышенных оборотов холостого хода). В этом случае клапан открыт на туже величину при повороте стакана 3 на угол α+β, что способствует увеличению эффективности на такте впуска и тем самым повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива. Четвертый режим: двигатель прогрет и нагрузка изменяется от низкой до средней. В этом случае высота подъема клапана изменяется с целью более раннего закрытия его (поворот стакана 3 только на угол α) для уменьшения насосных потерь при этом, изменяется фаза выпускного клапана. Такое явление позволяет снизить расход топлива. Пятый режим: двигатель прогрет и имеет высокую нагрузку. В этом случае стакан 3 находится в таком положении, как это показано на чертежах (см. фиг. 3 и фиг. 2) и высота подъема клапана изменяется с целью более позднего закрытия для улучшения наполнения цилиндра воздухом. Далее описанные процессы могут повторятся неоднократно обеспечивая режимы работы ДВС за счет использования кинематической пары состоящей из торцевой наклонной поверхности стакана 3 и контактирующего с ней шарообразную форму 13 кулачка 11 распределительного вала 12.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными конструкциями ГРМ ДВС очевидно так как оно направлено на упрощение конструкции и повышение эффективности использования в сравнении с аналогичной, например, применяемой в двигателе модели 2ZR-FAE (1,8 л).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Механизм газораспределения ДВС предназначен преимущественно для впускных клапанов (1) и состоит из распределительного вала (12) с кулачками (11) и механизма его привода. На каждом из впускных клапанов (1) подвижно установлены стаканы (3), торцевые поверхности (10) которых, обращенные в сторону кулачков (11) распределительного вала (12), выполнены наклонными. Боковые поверхности стаканов (3) снабжены зубьями (4), взаимодействующими с ответными зубьями (5), изготовленными на продольно расположенном штоке (6). Шток (6) установлен на головке (9) цилиндров и связан с контроллером управления движением штока (6). Концевые поверхности кулачков (11) распределительного вала (12), контактирующие с торцевыми поверхностями (10) стаканов (3), имеют шарообразную форму (13). Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства для изменения высоты подъема впускного клапана. 3 ил.

Механизм газораспределения, преимущественно для впускных клапанов двигателей внутреннего сгорания, состоящий из распределительного вала с кулачками и механизма его привода, отличающийся тем, что на каждом из впускных клапанов подвижно установлены стаканы, торцевые поверхности которых, обращенные в сторону кулачков распределительного вала, выполнены наклонными, а боковые поверхности стаканов снабжены зубьями взаимодействующими с ответными зубьями, изготовленными на продольно расположенном штоке, установленном на головке цилиндров и связанном с контроллером управления движением штока, причем концевые поверхности кулачков распределительного вала, контактирующие с упомянутыми торцевыми поверхностями стаканов, имеют шарообразную форму.