Кулачок механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01L1/08 

профиле кулачка участка верхнего стояния обуславливает появление мягких ударов, а следовательно, увеличение динамических нагоузок.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностич является кулачок с noBep Hbcf ъю подъем эт1 поверхностью опу- сканияГобразованный из участков, опреде- ляемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, кривая выполнена в виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратных парабол отрезка наклонной прямой в области отрицательных значений второй производной подъема толкателя с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подъема тол кате ля и в конце его подъема.

Однако выполненные экспериментально исследования работы привода клапанов йысокооборотного дизеля средней мощности показали, что реальные фазы газораспределения существенно отличаются от теоретических, заданных профилем кулачка, в сторону уменьшения продолжительности открытия клапанов, например для выпускного клапана это уменьшение составляет 18-20° угла поворота коленчатого вала, а для опускного клапана 12° угла поворота коленчатого вала.

На фиг. 1 сплошной (кривая 1) и пунктирной (кривая 2) линиями показаны соответственно теоретический и реальный перемещения клапана механизма газораспределения дизеля. При этом величина реального время-сечение клапана на 6-10% меньше теоретической, что обуславливает невысокий расход воздуха через двигатель, а следовательно, недостаточно эффективное протекание газообменных процессов в цилиндре дизеля.

Обеспечение заданной продолжительности открытия клапана путем обеспечения увеличения участка верхнего стояния недопустимо из-за незначительной величины гарантированного зазора между клапаном и поршнем при движении последнего вблизи верхней мертвой точки.

Выборка теплового зазора и компенсация упругой деформации привода рабочим профилем кулачка приводит к значительным динамическим нагрузкам в механизме привода клапаноз с плоским толкателем высокооборотного дизеля средней мощности.

Указанный недостаток снижает эффективность применения кулачков, реализующих данный закон изменения ускорений толкателя,п

Цель изобретения - достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных фазах газораспределения, допустимых наибольших уровнях второй производной

подъема толкателя и запасе клапанных пружин по силам инерции.

Указанная цель достигается тем, что в кулачке механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с плоским толкателем, содержащем рабочую часть, образованную симметричными поверхностями подъема и опускания, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя, причем каждая из поверхностей на

участке положительных значений второй производной подъема толкателя образована тремя отрезками, при этом первый и третий выполнены в виде наклонных прямых, сопряженных горизонтальной прямой - а на

участке отрицательных значений - в виде сопряженных наклонной прямой ветвей квадратных парабол, кулачок дополнительно снабжен участком выборки теплового зазора и компенсации упругих

деформаций привода, выполненным е виде четверти волны косинусоиды с нулевым значением второй производной и перемещением толкателя в конце участка и размещенным в начале рабочей части кулачка до

поверхности подъема, а продолжительность участков определяется по следующим зависимостям.

40

j

,Ј... J4iLi2(,i -ii ±2fiЈ) Mt -с гФе ф г,Ф.

,

i,)2| KH f;iy

50

.,

1 бд, к Zf.,9,

где pi - протяженность участка разбега; - протяженность участка выбега;

Д- величина теплового зазора в механизме газораспределения;

ZH - начальная деформация привода механизма газораспределения;

xi - заданный допустимый наибольший уровень положительных значений второй производной подъема токателя;

хз заданный допустимый наибольший уровень отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

Фо протяженность участка выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода, на котором вторая производная подъема толкателя изменяет- ся по косинусоидальному закону;

Ф1 - протях енность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя на участке разбега изменяется по линейному закону;

Фз - протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя на участке выбега изменяется по закону квадратной параболы;

К - коэффициент, зависящий от харак- теристики клапанной пружины.

На фиг. 1 сплошной (кривая 1) и пунктирной (кривая 2) линиями показаны соответственно теоретическое и реальное перемещение клапана механизма газорас- пределения дизеля 6ЧН13/11,5; на фиг. 2 - теоретическое (сплошной линией) и реальное (пунктирной линией) перемещение клапана при применении в кулачковом механизме привода клапанов с плоскими толкателями высокооборотного дизеля средней мощности заявляемого кулачка; на фиг. 3 - контур возможного варианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной части Ac A6 с радиусом RO, дугой окружности GOG при вершине с радиусом RBc и соединяющими их профильными кривыми АоАВСДЕРО и АО А В С Д ЕТ С , которые, например, могут быть симметричны. На фиг. 4 изображе- ны графики высоты подъема х толкателя, а также первой х и второй х производных подъема толкателя по углу поворота кулачка.

Профилируемая поверхность подъема АоАВСДЕРС (фиг. 3) на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА определяется кривой второй производной подъема толкателя х в виде одной четверти волны ко- синусоиды с нулевым значением в конце участка и перемещением толкателя, равным сумме величин теплового зазора и упругой деформации привода, на участке разбега (х ,0) АВСД определяется кривой второй производной подъемй толкателя с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей из сопряженных между собой отрезков АВ, ВС, и СД, представляющих собой равнобедренную трапецию АВСД (фиг. 4) с высотой, оавной наибольшему допустимому уровню второй производной подъема толкателя xi, а на участке выбега (х 0) определяется кривой ДЕРС с нулевыми значениями второй производной в начале и в конце участка, состоящего из сопряженного с ветвями квадратных парабол ДЕ и FG отрезка наклонной прямой EF, при этом экстремум квадратной параболы на участке ДЕ по оси ординат равен , экс тремум квадратной параболы на участке FG по оси ординат равен наибольшему допустимому заданному значению второй производной подъема толкателя в области отрицательных значений х з. Значение х2 находится из соотношения; Х2 х з/К

где К - коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины.

Значение величины х, х и х (фиг. 4) по участкам вычисляются по следующим зависимостям:участок О

Хо Хое

Ж 5ФГ

п

(Ж

Хо COS( туф- #).

где Хое - величина, равная сумме величин теплового зазора и начальной деформации привода;

Хоё A+ZH

А- величина теплового зазора в механизме газораспределения;

ZH начальная деформация механизма газораспределения;

Хое аналог величины допустимой скорости посадки клапана на седло, отнесенный к оси толкателя;

Ф0 - протяженность участка выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода, определяемая из следующей зависимости

М

лое

участок 1 Q р Ф1

., Х1

«-ГФ/ + С11 Cl2

/часток И р Ф2

хи х |;

xii + Cai;

XI 0,5 (ff XI + С21 Р + С22.

участок III Ф|

xin ; xiii-xi p- xin 0,5 xi Сзи

«и уо (jj. fvtj

xin 0,5 xi ч - р3 + Сз1 р + Сз2 часток IV

-&& ™-эГв та +с :

хЧ л хч

IN ЯГ J

щ -зге 3+С41 +С42часток V О S

XV XV

xv

k -1 ,„ хз Т j

к - I - Ло

k - 1 } хз , - -X32k -J +C51

-Y-, k.. 1 m3 - L /г + r

C52.

участок VI 0 p Фз

X7 4J

xvi -4 v хз; %

хз

XVI

P3XVI

щ v- хз C61;

хз , cp4 - 0,5 х з tf + Cei p+ Сб2, 12 Ф§ Y

где Си, Ci2, C21, C22, Csi, C41. C42, Csi, Cs2, Cei, Сб2 - постоянные интегрирования, определяются из условия плавного сопряжения на границах профиля кулачка, т.е. равенства подъемов х, первых производных х и вторых производных х подъема толкателя на границах сопрягаемых участков, при этом

CnMA+ZH); Ci2 A+ZH

Для плавного сопряжения профиля кулачка АВСДЕРО с участком выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА и участком верхнего состояния GOG необходимо выдерживать следующие соотношения:

Xmsx1

Xm

Д-2„

О s + (2k +1) -Фзр + 1) +Ф3(11 -JO +1}(2-2ФзТ

, х, (у,,. ф,) + Jai Й.)

л

где Xmax - заданная величина подъема толкателя;

Xmax - наибольшее значение первой производной подъема толкателя по углу поворота кулачка.

Предлагаемый кулачок работает следующим образом.

При вращении кулачка, контактируя с последним в районе дуги АоА о (фиг. 3), толкатель (не показан) неподвижен. При набегании выступа кулачка на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с

поверхностью АоА на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода вторая производная подъема толкателя х(фиг. 4) изменяется от х о до 0, на участке АВ изменяется от 0 до

наибольшего допустимого значения xi, на участке ВС - постоянная и равна наибольшему допустимому значению XL на участке СД - изменяется от xi до 0, на участке ДЕ - изменяется от 0 до х а, на участке EF - изменяется от Х2 до наибольшего допустимого значения хз, на участке FG - изменяется от хз до 0. В конце участка FG толкателя поднимается на заданную высоту хтах (фиг. 4а), причем первая и вторая производные подъема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг. 4 б, в). При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге GOG (участок верхнего стояния) толкатель неподвижен.

При контакте толкателя с поверхностью опускания АО А В С Д Е F G , симметричной поверхности подъема АО АВСДЕРб. движение толкателя совершается в обратной последовательности.

Применение предлагаемого кулачка по сравнению с прототипом в механизме привода клапана с плоским толкателем высокооборотного двигателя средней мощности позволяет при заданных фазах газораспределения, допустимых наибольших уровнях и запасе клапанной пружины по силам инерции обеспечить заданные фазы газораспределения и допустимую скорость посадки клапана на седло, т.е., получить предельное

5 значение коэффициента полноты диаграммы подъема клапана, а следовательно, и предельное значение время-сечение клапана, обуславливающего повышение эффективности протекания гаэообменных процессов в цилиндре.

Формула изобретения Кулачок механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с плоским толкателем, содержащим рабочую часть, образованную симметричными поверхностями подъема и опускания, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя, причем каждая из поверхностей на участке положительных значений второй производной подъема толкателя образована тремя отрезками, при этом первый и третий выполнены в виде наклонных прямых, сопряженных горизонтальной прямой, а на участке отрицательных значений - в виде сопряженных наклонной прямой ветвей квадратных парабол, отличающийся тем, что, с целью достижения предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных фазах газораспределения, запасе клапанной пружины по силам инерции и допустимых наибольших уровня второй производной подъема толкателя, кулачок дополнительно снабжен участком выборки теплового зазора и компенсации упругих деформаций привода, выполненным в виде четверти волны косинусоиды с нулевым значением второй производной и перемещением толкателя в конце участка и размещенным в начале рабочей части кулачка до поверхности подъема, а протяженность участков определяется по следующим зависимостям:

«f MVfMTJ «« )

|1,5С.|.,)

|фУ.1).Ф,(,)

i5(KM).|i( fti)

j К

Mfii O Z nri M

Л j

..)

1,5(Н ()Ј.,)

v . 1зг1-гФ3)лскм) ()ч ,

где р, pi - протяженность участков разбега, и выбега;

А - величина теплового зазора в механизме газораспределения;

ZH- начальная деформация привода ме- ханизма газораспределения;

х ьхз - заданные допустимые наибольшие уровни соответственно положительных и отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

хмакс - заданная величина подъема толкателя;

Ф0 - протяженность участка выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода, на котором вторая производная подъема толкателя изменяется по косинусоидальному закону;

Ф - протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя на участке разбега изменяется по линейному закону;

&3 - протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя изменяется по закону квадратной параболы;

К- коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использсвано при проектировании и доводке механизма привода клапанов с плоскими толкателями высокооборотных двигателей средней мощности. Кулачок, поверхность подъема АоАВСДЕРС и поверхность опускания АоА В С Д ЕТ С которого состоят из участков, определяемых кривой второй производной по углу поворота кулачИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. t Известен кулачок для привода клапана в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания с поверхностью подъема и поверхностью опускания, состоящий из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, выполненный в виде отрезка, которая на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА (Ао1 А), продолжительность которого определяется из условия соблюдения допустимой скорости посадки клапана на седло, выполнены в виде одной четверти волны косинусоиды с нулевым значением в конце участка и перемещением толкателя в конце участка, равным сумме величин теплового зазора и упругой деформации привода, измеренных со стороны толкателя, на участке разбега - в виде сопряженных между собой отрезков наклонных прямых АВ(А В ) и СД(С Д ), образующих равнобедренную трапецию АВСД (А В С Д ), а на участке выбега - в виде сопряженного с ветвями квадратных парабол ДЕ(Д Е ) и FC (F С1) отрезка наклонной прямой EF(E F ) с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка в начале подъема толкателя при наибольшем значении первой производной подъема толкателя по углу поворота кулачка и в конце его подъема. 4 ил. ков косинусоиды, синусоиды и квадратной параболы. Данный кулачок обеспечивает приемлемую динамику привода и заданную допустимую скорость посадки клапана на седло Однако данный кулачок характеризуется низкими значениями коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя и несоблюдением заданных фаз газораспределения в сторону уменьшения последних, причиной которого является податливость звеньев механизма привода, а введение на (Л С 3 W о

Уд теор. деист В.

Фиг. 2

F GG F

A -/

EЈL4