Кулачок привода клапана Советский патент 1992 года по МПК F01L1/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в° механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания

Известен кулачок привода клапана газораспределения двигателя внутреннего сгорания, снабженный рабочей поверхностью, образованной сопряженными между собой дугами окружностей или сопряжением дуг окружностей с отрезками прямых

Недостатком такого кулачка является разрывность кривой ускорения толкателя.

что приводит к повышенным динамическим нагрузкам в клапанном механизме при высокой частоте вращения кулачка.

Известен также кулачок привода клапана, профиль которого определяется заданным законом движения толкателя. При этом неразрывная кривая второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка состоит из одного-или нескольких участков, каждый из которых описывается заданной аналитической зависимостью.

Недостатком такого кулачка является фиксированная форма кривой второй производной или ее участков значительной протяженности, что препятствует совершенствованию процессов газообмена при ограничениях на максимальное положительное значение второй производной и снижает эффективность кулачка, определяемую временем сечения клапана. Кроме того, разрывность кривой третьей производной от подъема толкателя по углу поворота кулачка в точках стыка участков отрицательно сказывается на динамических качествах клапанного привода.

Наиболее близким к изобретению является кулачок клапанного привода, содержащий поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений. При этом кривая третьей производной непрерывна в пределах участка основного движения толкателя (не включающего сбег и участок верхнего выстоя), Кроме того, с целью увеличения площади под кривой подъема толкателя предусмотрен его верхний выстой.

Недостатком данного кулачка является наличие разрывов третьей производной на стыке участков движения и верхнего выстоя толкателя, что приводит к повышенным динамическим нагрузкам.

Цель изобретения - повышение эффективности и снижение динамических нагрузок путем увеличения площади под кривой подъема толкателя и повышение плавности изменения второй производной.

Указанная цель достигается тем, что у кулачка привода клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащего поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений, последние выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конца участка отрицательных значений, причем значения второй производной„в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков.

На фиг,1 приведен пример реализации кулачка приводного толкателя; на фиг,2 - схема формирования закона движения толкателя; на фиг.З - фрагмент кусочно-линейного участка положительных значений второй производной.

Кулачок содержит поверхности подъема

и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие из участков положительных 1, 1 и участков отрицательных 3, 4 значений соответственно.

Участки 1-4 выполнены в виде кусочно- линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участков положительных значений 1, 2 и в конце участка отрицательных значений 3, 4.

Значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на

производные второго и более высоких порядков, которые определены соотношением

Si

00 .§1

(k-1)

Si-1

(k-1)

ft - f -1

где Sp - производная k-ro порядка (k 2) в i-й точке стыка отрезков,

Sr1), Sj-/k 1 -производные(k-l)-rono- рядка соответственно в i-й и (Ы)-й точках стыка отрезков;

до, , - }- углы поворота кулачка соответственно в 1-й и (-1)-й точках стыка отрезков.

Пример выполнения профиля кулачка.

Кривая закона S, определяющая поверхность подъема или опускания, а также производная S1 находится путем численного интегрирования дискретно за- данной кривой второй производной

+

р -1

.(Si );Si S,(Si4Si -1),

;

где Si-i, Si-i , Si-1 - значения подъема,

первой и второй производной в (Ы)-й точке, Si, Si , Si - значения подъема, первой и второй производной в i-й точке.

Участки положительных 1, 2 и отрицательных 3, 4 значений второй производной сформированы пошагово с достаточно ма- лым шагом Ду по углу поворота кулачка, начиная соответственно от начала участка 1,2 положительных значений и конца участка 3, 4 отрицательных значений, в которых заданы начальные условия: значения подъема и его производных по углу поворота по

(п-1) порядок включительно, где п () - наивысший порядок производной, на которую налагаются ограничения. Внутри отрезка вторая производная изменяется линейно..

Максимизация площади под кривой подъема толкателя достигается путем максимизации модулей значений второй производной в точках стыка отрезков на участке положительных 1, 2 и участке отрицатель- ных 3, 4 значений второй производной с учетом ограничений на производные второго и более высоких порядков, вычисленных по приведенным соотношениям.

Эти ограничения имеют вид:

Smin tЈ S Ss Smax

Smin(n)

м

где Smin , Smax - минимальное и максимальное допустимые значения второй производной:

Smin , Smax - минимальное и, максимальное допустимые значения производной и п-го порядка.

Участки АВ положительных и СВ отрицательных значений второй производной образуются соответственно от точек А и С, в которых заданы начальные условия. Участки формируются одновременно пошагово при равенстве значений S1 в текущих точках В+ и В- с требуемой степенью точности, определяемой величиной шага . Значения S M на каждом шаге выбираются максимальными по модулю, допускаемыми ограничениями на производные второго и более высоких прядков. Если на текущем шаге невозможно удовлетворить ограничениям, осуществляется уменьшение модуля значения S на величину Д5 на одном

5

0

5

0

5

0 5 0

из предшествующих шагов, ближайшем к текущему, причем это уменьшение должно допускаться имеющимися ограничениями на производные.

Из фиг.2а,б видно, что подъем SB + меньше подъема SB-. После того, как это неравенство перестанет выполняться (фиг.2г), производится уменьшение до нуля модулей, значений в точках 8+ и В-, если требуется получить неразрывную кривую второй производной. Задавая в точке С 0, можно получить плавное сопряжение участка АС движения толкателя и участка ОД верхнего выстоя. Кроме того, варьируя ограничениями на производные второго и более высоких порядков, можно изменять в широких пределах форму как участка положительных 1. 2, так и участка отрицательных 3,4 значений второй производной.

Формула изобретения

Кулачок привода клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и снижения динамических нагрузок, участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конце, участка отрицательных значений, причем значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков.

,s

,f

,s

,s

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - повышение эффективности кулачка и снижение динамических нагрузок путем увели- чения площади под кривой подъема толкателя и повышения плавности изменения второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Кулачок имеет поверхность подъема и поверхность опускания, каждая из которых образована своей кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Кривая второй производной состоит из участка положительных и участка отрицательных значений. Участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка. В начале движения толкателя и в точке его максимального подъема выполнены заданные начальные значения подъема и его производных по углу поворота кулачка до (п-1) порядка включительно. При этом в точках стыка отрезков, образующих участок, выбраны с заданной точностью максимальные по модулю значения второй производной, допускаемые заданными ограничениями на производные второго и более высоких порядков до n-го включительно. Последние определяются путем численного дифференцирования дискретно сформированной кривой производной второго порядка. 3 ил. Ё VJ О VI

У V ffff 9 8 V

8 V

k

+ SJ

ULQbLl

ьУ №

/

/

/

«,

.J

/

м

/

/

А

А

№

/

и