Клапанний механізм газорозподілення двигуна внутрішнього згоряння

1. Клапанний механізм газорозподілення двигуна внутрішнього згоряння, розташований в головці циліндрів, який містить встановлений з можливістю осьового зміщення розподільчий вал з кулачками змінного профілю, кінематично зв'язаними зі стержнями клапанів за допомогою повторювачів профілю кулачка, який 3 81474 1996р.]. Вал закріплений без можливості осьового зміщення, його кулачки через виступи поворотних важелів взаємодіють з впускними і випускними клапанами. Регулювання ходу останніх здійснюється завдяки тому, що конструктивне закріплення важелів дозволяє їм здійснювати не тільки коливальні рухи, а і просуватися у поздовжньому напрямку. В процесі роботи двигуна важелі зміщуються, вправо або вліво, забезпечуючи контакт виступів з різними профілями кулачка. Але така система регулювання є мало надійною, двигун потребує частого ремонту через високу вірогідність збою у роботі важелів. За прототип винаходу прийнятий клапанний механізм газорозприділення двигуна внутрішнього згоряння, розташований в голівці циліндрів, який містить встановлений з можливістю осьового зміщення розподільчий вал з кулачками змінного профілю, кінематично зв'язаними зі стержнями клапанів за допомогою повторювачів профілю кулачка [журнал "Автоте хника", березень 1991 р., с. 13-14]. В якості повторювачів кулачка змінного профілю (який ще має назву "конічний" кулачок) у цьому механізмі застосовані тарілки клапанів, встановлені в сідлах штовхачів. Конічні кулачки, обертаючись, тиснуть на тарілки, які мають змогу вільно провертатись (коливатись) в сідлах штовхачів. Тарілки кінематичне зв'язані з приводами клапанів - штовхачами. Тобто, перетворення обертального руху кулачка розподільчого валу в поворотно-поступальний рух клапану здійснюється контактною силовою дією робочої поверхні тарілки на штовхач. Осьове зміщення кулачкового валу забезпечує можливість взаємодії різних контактних профілів на тарілку клапану в залежності від режиму роботи двигуна. Недоліком цієї конструкції є низький ступінь її надійності, основною причиною якого є частий вихід з ладу тарілок клапанів та сідел штовхачів через стирання контактних поверхонь, що, в свою чергу, обумовлює складність встановлення теплового зазору, особливо якщо урахувати те, що конструкція взагалі позбавлена компенсатору зазору. Слід зазначити, що вільне позиціювання тарілки в сідлі в разі стирання поверхні останнього, навіть незначного, може призвести до випадання тарілки, що найімовірніше може трапитись при роботі двигуна на великих швидкостях. В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності роботи та довговічності клапанного механізму газорозприділення двигуна внутрішнього згоряння шляхом удосконалення конструктивного виконання повторювана профілю кулачка та встановлення його у корпусі важелю, а також вибору оптимального розташування і взаємодії основних виконавчих елементів механізму, в результаті чого забезпечується надійне і стійке положення 1 поршню у виточці важелю, при якому він здатен вільно здійснювати як коливальні рухи, так і просуватися вздовж осі виточки, повторюючи таким чином профіль кулачка і виконуючи функцію компенсатора зазору. 4 Поставлена задача досягається за рахунок того, що в клапанному механізмі газорозприділення двигуна внутрішнього згоряння, розташованому в голівці циліндрів, який містить встановлений з можливістю осьового зміщення розподільчий вал з кулачками змінного профілю, кінематичне зв'язаними зі стержнями клапанів за допомогою повторювачів профілю кулачка, згідно до винаходу, кожен повторювач профілю кулачка виконаний у вигляді поршню, що розміщений в циліндричній виточці корпусу важелю, встановленого з можливістю коливань на трубчатому штоці, робоча поверхня поршню нахилена під кутом 30-45° до його осі, між нижньою частиною циліндричної виточки і нижньою частиною поршню знаходиться гідрокомпенсатор теплового зазору, сполучений мастилопідвідним каналом з внутрішньою порожниною трубчатого штоку, при цьому поверхня важелю, розташована поза межами площини робочої поверхні поршню, має нахил до горизонтальної поверхні під кутом, рівним куту нахилу к улачка. Трубчатий шток клапанного механізму розташований паралельно розподільчому валу. Технічний результат, який досягається в процесі роботи запропонованого клапанного механізму, обумовлений ознаками, що відрізняють його від ознак подібних газорозпридільчих механізмів, описаних згідно відомого рівня техніки. Поршень, встановлений в похиленій виточці рухомого важелю, практично імітує модель повторювача профілю кулачка, описаного в прототипі - тарілки, але запропонований варіант позбавлений наслідків, які мають місце при застосуванні тарілок. Повторювач-поршень обмежений стінками виточки, що надає його положенню гарантованої стійкості, і в той же час поршень має змогу вільно нахилятися влівовправо відносно своєї осі (подібно до того, як нахиляється тарілка в сідлі штовхача) на величину кута, рівного куту нахилу конічного профілю кулачка. Саме це відхилення поверхні поршню, що контактує з певною поверхнею кулачка, і забезпечує повторювання профілю останнього. При цьому виключається будь-яка небезпека випадання повторювача, незалежно від режиму роботи двигуна. Встановлення поршню в порожнині циліндричної виточки важелю дозволило виключити з класичних пристроїв газорозприділення додаткові елементи повторювачі профілю кулачка, такі, як, наприклад, тарілки, ролики, різноманітні виступи тощо, а разом з ними і доволі габаритні системи їх змащування. Важливою відмінністю винаходу э те, що поршень, окрім функції повторювача, виконує також роль основного конструктивного елементу гідрокомпенсатора теплового зазору. Цей гідрокомпенсатор знаходиться в корпусі важелю (а не окремо від нього, як це має місце у відомих конструкціях) між нижньою частиною циліндричної виточки і нижньою частиною поршню. Косий зріз поршню у межах 30-45° вибраний із міркувань забезпечення оптимальних умов 5 81474 взаємодії поверхонь кулачка і поршню. Саме при такому нахилі досягається максимальне використання корисної площі порожнини ДВЗ, яку займають взаємодіючі конструктивні елементи. Зменшення цього нахилу до величини, меншої 30°, призведе до необґрунтованого збільшення площі робочої поверхні поршню, яка не буде задіяною при контакті з кулачком. Окрім цього, збільшиться розмір поршню в цілому, причому збільшиться і площа тертя між поршнем і циліндричною виточкою важелю. Перевищення кута нахилу до величини, більшої 45°, утворить таку форму (зріз) поршню, яка унеможливлює коливальні рухи . Тобто, поршень займе нейтральне положення відносно конічного кулачка розподільчого валу, в результаті чого клапан газорозпридільчої системи буде постійно відкритим, що, звичайно, є недопустимим. Утворення в порожнині циліндричної виточки компенсатора зазору і сполучення його з мастилопідвідним каналом забезпечує відновлення величини теплового зазору при найменшому стиранні контактуючи х поверхонь. Наслідком перерахованих нововведень, які складають суть винаходу, є підвищення надійності механізму газорозприділення і зменшення витрат потужності двигуна на привід цього механізму, які збільшуються при підвищенні числа обертів двигуна. Запропонований варіант клапанного механізму газорозприділення, на відміну від відомих механізмів, максимально спрощений конструктивно і в той же час набагато надійніший у роботі та рентабельніший при серійному виробництві. Це конструктивне спрощення є результатом того, що в одному вузлі поєднані одразу декілька виконавчих органів. Так, наприклад, рухомий важіль, який входить до складу двигунів більшості модифікацій автомобілів як окрема конструктивна одиниця і виконує функцію передаточної ланки між кулачком і клапаном, в запропонованому рішенні, окрім згаданої функції, виконує роль матеріального середовища, в якому одночасно розміщений повторювач профілю кулачка і гідрокомпенсатор зазору, які, як правило, присутні в ДВЗ як окремі конструктивні елементи. Завдяки тому, що поверхня важелю, розташована поза межами робочої поверхні поршню, виконана нахиленою (нахил під кутом, рівним куту нахилу кулачка), виключається ймовірність тертя поверхонь важеля і кулачка при обертанні останнього. Незадіяна в контактній парі і "кулачок-поршень" частина поверхні кулачка "зависає" над поверхнею важелю, не торкаючись її. Запропонований винахід пояснюють креслення, на яких схематично зображено: - на фіг.1 - загальний вигляд клапанного механізму газорозприділення у розрізі; - на фіг.2 - важіль з поршнем (вид з нахиленою поверхнею); - на фіг.3 - важіль з поршнем - розріз А-А фіг.2; - на фіг.4 - клапанний механізм - розріз В-В фіг.1; 6 - на фіг.5 - кулачок змінного профілю; - на фіг.6 - поршень. Ме ханізм газорозприділення містить розподільчий вал (не показаний) з кулачками змінного профілю 1 (фіг.1, 4), важіль 2, встановлений на трубчатому штоці 3 з можливістю здійснення коливальних рухів. В корпусі важелю 2 виконана циліндрична нахилена виточка 4 (фіг.1), в якій розміщений поршень 5 -повторювач профілю кулачка. Робоча поверхня поршню має косий зріз під кутом δ 30-45° (фіг.6). Поверхня важелю, розташована за межами поверхні, зайнятої поршнем, нахилена під кутом γ, рівним куту нахилу кулачка γ (див. фіг.3, 5). Як було вказано вище, завдяки цьому виключається "ковзання" кулачка по поверхні важелю, яка розташована за межами площини, зайнятої поршнем. Нижня частина циліндричної виточки 4 та нижня частина поршню 5 утворюють порожнину гідрокомпенсатору теплового зазору, в якому поршень 5 підтиснений пружиною 6. В отворі гідрокомпенсатору розміщений запірний клапан 7, який через мастилопідвідний канал 8 регулює надходження мастила з основної магістралі, якою є порожнина трубчатого штоку 3. Важіль 2 має виступ (што вхач) 9, який діє на клапан 10, переміщуючи його у вертикальному напрямку. Клапанний механізм газорозприділення двигуна вн утрішнього згоряння працює наступним чином: Обертання колінчатого валу через механічну передачу передається кулачковому валу. Останній, в залежності від осьового зміщення, діє різними профілями кулачка 1 на площину робочої поверхні поршню 5 (косий зріз поршню). В залежності від кута нахилу площини кулачка, яка в даний момент контактує з площиною поршню 5, останній відхиляється на такий же кут, повторюючи таким чином профіль кулачка. Наприклад, якщо кут нахилу профілю кулачка 10°, то і поршень провертається вліво чи вправо на такий же кут. Іншими словами, кулачок переводить свій кут нахилу в часткову обертальну дію поршню. Важіль 2 під тиском кулачка 1 повертається у вертикальному напрямку на трубчатому штоці 3, і через штовхач 9 діє на клапан 10, переміщуючи його. При найменшому стиранні контактуючи х поверхонь пари "повторювач профілю кулачка кулачок" спрацьовує гідрокомпенсатор теплового зазору. Ме ханізм спрацьовування гідрокомпенсатору класичний: з порожнини трубчато го штоку 3 через мастилопідвідний канал 8 і запірний клапан 7 до гідрокомпенсатору теплового зазору надходить мастило в кількості, достатній для відновлення об'єму гідрокомпенсатра, при якому забезпечується оптимальний режим роботи двигуна. Пружина 6 піднімає поршень 5 на величину, потрібну для відновлення теплового зазору. Оснащення двигунів внутрішнього згоряння запропонованим клапанним механізмом дозволить суттєво знизити витрати потужності на привід 7 механізму газорозприділення і підвищити потужність та економічність роботи двигунів. 81474 8