Газорозподільний механізм двигуна внутрішнього згоряння

Реферат: UA 89418 U UA 89418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до автомобільної галузі, зокрема - до систем газорозподілу автомобілів внутрішнього згоряння, та може бути використана у двигунах внутрішнього згоряння, де газорозподіл здійснюється шляхом керованого впливу на систему клапанів, що забезпечують впуск і випуск горючої суміші в циліндри двигуна, а також може бути використана при модифікуванні або виробництві нових дизельних і бензинових двигунів внутрішнього згоряння, клапанні системи яких працювали за рахунок впливу на них у певній послідовності кулачків розподільних валів. Газорозподільний механізм забезпечує своєчасний впуск у циліндри свіжої порції горючої суміші й випуск відпрацьованих газів. Газорозподільна система містить у собі привод розподільного вала, передатний пристрій, розподільний вал з кулачками газорозподілу й клапанний механізм. Як правило, приводом газорозподільного механізму є сам двигун автомобіля, звідки за рахунок обертання колінчатого вала відбувається передача механічної енергії через проміжний передатний пристрій обертального моменту на розподільний вал. Відомим аналогом є конструкція газорозподільного механізму двигуна внутрішнього згоряння, що включає блок циліндрів із впускними й випускними клапанами, а також кулачки, виконані з можливістю періодичного впливу на клапани (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0 %93 %D0 %B0 %D0 %B7 %D0 %BE%D1 %80 %D0 %BO%D1 %81 %D0 %BF%D1 %80 %D0 %B5 %D0 %B4 %D0 %B5 %D0 %BB%D0 %B8 %D1 %82 %D0 %B5 %D 0 %BB%D1 %8C%D0 %BD%D1 %8B%D0 %B9_%D0 %BC%D0 %B5 %D1 %85 %D0 %B0 %D0 % BD%D0 %B8 %D0 %B7 %D0 %BC), де передатний пристрій використовують пасові або зубчасті передачі, за допомогою яких пускають у хід розподільний вал, розташований у головці блока циліндрів. Вал, як правило, обертається в підшипниках ковзання, виконаних у вигляді опор. Робочий цикл чотиритактного двигуна відбувається за два оберти колінвала. За цей час повинні послідовно відкритися впускні й випускні клапани кожного циліндра. Тому розподільний вал повинен обертатися у два рази повільніше колінвала, а, отже, шестірня розподільного вала завжди у два рази більше шестірні колінвала. Клапани в циліндрах повинні відкриватися й закриватися залежно від напрямку руху й положення поршнів у циліндрі. Привід клапанів може здійснюватися різними способами. Він забезпечує зворотно-поступальне переміщення клапанів, які служать для періодичного відкриття й закриття отворів впускних і випускних каналів. За рахунок заданої послідовності переміщення впускних і випускних клапанів забезпечується необхідний цикл газорозподілу, при якому відбувається переміщення газоподібної горючої суміші, що згоряє, у циліндрі двигуна. Недоліком відомого аналога є порушення роботи привода ланцюга або ременя приводить до зменшення компресії, ударам у впускному й випускному трубопроводах, падінню потужності двигуна. Порушення циклів газорозподілу приводить до поганого прилягання клапанів у своїх посадкових місцях через нагар, що накопичується. Це в остаточному підсумку призводить до ударів у впускному й випускному трубопроводах і падінню потужності двигуна при експлуатації. Крім того, погане прилягання клапана до сідла відбувається внаслідок відкладення нагару на клапанах і сідлах, це забезпечує утворення раковин на робочих поверхнях, жолоблення головок клапанів та поломку клапанних пружин. Неправильне регулювання газорозподільного механізму або несвоєчасне обслуговування призводять до зношування шестерень розподільного вала й колінвала, втулок клапанів, втулок і осей коромисел, а також збільшенню осьового зсуву розподільного вала. В умовах роботи сучасних двигунів саме необхідність їхнього технічного обслуговування викликана необхідністю регулювань газорозподільного механізму, від роботи якого залежить: - компресія в циліндрах двигуна; - повнота згоряння горючої суміші в циліндрах двигуна; - досягнення максимальної й експлуатаційної потужності двигуна; - експлуатаційний ресурс двигуна до досягнення строку проведення капітального ремонту; - досягнення необхідних екологічних показників роботи двигуна внутрішнього згоряння, попереджуючи викиди в атмосферу шкідливих газоподібних з'єднань; - оптимальна витрата палива на всіх експлуатаційних режимах; - знос конструктивних елементів двигуна і його газорозподільного механізму. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення конструкції газорозподільного механізму двигуна внутрішнього згоряння за рахунок того, що періодичний вплив на впускні й випускні клапани здійснюється розподільними дисками які коронними шестернями планетарних редукторів. На розподільних дисках виконані експлуатаційні виступи, розміщення яких здійснюється відповідно до циклів газорозподілу двигуна внутрішнього згоряння. Розподільні диски встановлені по два для кожного робочого циліндра й мають індивідуальний привід, 1 UA 89418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 взаємодіючий з диском за допомогою планетарного редуктора, передаточне число якого забезпечує заданий вплив на впускні й випускні клапани. Обертання привода розподільних дисків може здійснюється у взаємозв'язку з об'ємом подачі суміші, що згоряє, у циліндрі двигуна й при необхідності - по індивідуальній програмі, реалізація якої забезпечує оптимальну роботу двигуна залежно від навантаження й швидкісних режимів. Технічний результат від реалізації корисної моделі полягає в тому, що: - двигун працює в оптимальному режимі без перевантаження; - витрата палива мінімізується, навіть при зміні динамічного навантаження на носок колінвала; - знижується витрата палива; - стає можливим регулювання роботи кожного циліндра аж до його відключення для економії палива; - розподільна шестірня не має жорсткої синхронізації обертання з колінвалом, що дозволяє регулювати в будь-який момент часу такти впуску й випуску, а також відключати в будь-який момент необхідне число циліндрів; - стає можливим зсув фаз газорозподілу шляхом зміни швидкості відкриття й закриття впускних або випускних клапанів в будь-який момент часу; - стає можливим регулювати фази газорозподілу в широких межах, а при відключенні частини циліндрів шляхом припинення подачі палива - усунути втрати потужності, що виникають при такті стиску повітря в непрацюючих циліндрах, шляхом відкриття випускних клапанів. Поставлена задача вирішується тим, що газорозподільний механізм двигуна внутрішнього згоряння включає блок циліндрів із впускними й випускними клапанами, а також кулачки, виконані з можливістю періодичного впливу на клапани, відповідно до корисної моделі, газорозподільний механізм має корпус, закріплений до блока циліндрів, у якому закріплені електричні двигуни, пов'язані з електронною системою керування. Кожний циліндр двигуна оснащений двома електродвигунами. Ротор одного електродвигуна взаємодіє за допомогою передавального механізму із впускними клапанами, а ротор іншого електродвигуна взаємодіє за допомогою передавального механізму з випускними клапанами. Кожний передавальний механізм виконаний у вигляді планетарного редуктора, сонячна шестірня якого пов'язана з ротором електродвигуна й взаємодіє із сателітами, осі яких нерухомо закріплені в корпусі газорозподільного механізму. Сателіти взаємодіють із коронною шестірнею, що являє собою розподільний диск, з розміщеними на нижній площині робочими виступами - кулачками, геометричні параметри яких відповідають фазам газорозподілу й, відповідно, порядку відкриття/закриття впускних і випускних клапанів циліндра. Поверхня кожного розподільного диска взаємодіє з упорним підшипником кочення й підшипником ковзання. Корисна модель характеризується кресленнями, де на фіг. 1 показана схема вертикальної проекції газорозподільного механізму; на фіг. 2 - схема взаємодії газорозподільного механізму із клапанами при їхньому відкритому положенні; на фіг. 3 - схема взаємодії розподільного диска із клапанами при їхньому закритому положенні; на фіг. 4 - схема поперечного розрізу двигуна. Газорозподільний механізм двигуна внутрішнього згоряння включає блок циліндрів 1 із впускними 2 і випускними 3 клапанами, а також кулачки 4, що виконані з можливістю періодичного впливу на клапани 2, 3. Газорозподільний механізм оснащений корпусом 5, закріпленим до блока циліндрів, 1 у якому закріплені електричні двигуни 6, пов'язані з електронною системою керування. Кожний циліндр двигуна оснащений двома електродвигунами 6. Ротор одного електродвигуна 6 взаємодіє за допомогою передавального механізму із впускними клапанами 2, а ротор іншого електродвигуна 6 взаємодіє за допомогою передавального механізму з випускними клапанами 3. Кожний передавальний механізм виконаний у вигляді планетарного редуктора, сонячна шестірня 7 якого пов'язана з ротором електродвигуна 6 і взаємодіє із сателітами 8, осі яких нерухомо закріплені в корпусі газорозподільного механізму 5. Сателіти 8 взаємодіють із коронною шестірнею 9, що являє собою розподільний диск 9, з розміщеними на нижній площині робочими виступами - кулачками 4, геометричні параметри яких відповідають фазам газорозподілу й, відповідно, порядку відкриття/закриття впускних і випускних клапанів циліндра. Поверхня розподільного диска 9 взаємодіє з упорним підшипником кочення 10 і підшипником ковзання 11. Фази газорозподілу у двигуні взаємопов'язані зі зворотно-поступальним переміщенням поршня 12. 2 UA 89418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій реалізується в такий спосіб. При роботі двигуна з відомим газорозподільним механізмом відкриття й закриття клапанів 2, 3 повинно відбуватися в моменти приходу поршня 12 в "мертві" точки. Впускний клапан 2 відкривається до приходу поршня 12 у верхню "мертву" точку наприкінці такту випуску, тобто з випередженням у межах 9-24° повороту колінчатого вала, а закривається - на початку такту стиску, коли колінвал пройде положення нижньої "мертвої" точки на 51-64°. Тривалість відкриття впускного клапана 2 складе 240-270° повороту колінчатого вала, що значно збільшує кількість у циліндрі горючої суміші. Випускний клапан відкривається за 44-57° до приходу поршня 12 у нижню "мертву" точку наприкінці робочого ходу й закривається після приходу поршня 12 у верхню мертву точку такту випуску на 13-27°. Тривалість відкриття випускного клапана становить 240-260° повороту колінчатого вала. Коли обоє клапани 2, 3 відкриті, то в цей час відбувається продувка циліндрів свіжим зарядом горючої суміші для кращого їхнього очищення від продуктів згоряння. Моменти відкриття й закриття клапанів 2, 3 щодо мертвих точок, виражених у градусах повороту колінчатого вала, є фази газорозподілу. Істотним недоліком аналогів є те, що розподільний вал забезпечує зворотно-поступальне переміщення одночасно цілої групи клапанів 2, 3, що не дозволяє варіювати індивідуальною роботою циліндрів аж до їхнього відключення для економії витрати палива в тих випадках, коли відсутнє значне зовнішнє експлуатаційне навантаження. Особливістю корисної моделі є те, що вона може бути використана стосовно до існуючих конструкцій двигунів внутрішнього згоряння або при виробництві нових. Газорозподіл здійснюється індивідуально для кожного робочого циліндра. При монтажі пристрою до блока циліндрів 1 за допомогою болтового з'єднання або за допомогою шпильок закріплюють корпус газорозподільного пристрою 5. Цей корпус 5 повинен забезпечувати фіксоване положення електричних приводів 6 над кожним робочим циліндром. Крім того, у корпусі 5 розміщують упорні підшипники кочення 10 і ковзання 11, за допомогою яких фіксують положення конструктивних елементів газорозподільного механізму, виконаного у вигляді планетарного редуктора. Планетарний редуктор розміщують таким чином, щоб площина коронної шестірні розподільного диска 9 перебувала під прямим кутом стосовно осі клапанів 2, 3. Це забезпечує рівномірне навантаження на головки клапанів 2, 3, формування заданих параметрів фаз газорозподілу, мінімізацію зношування головки клапана й кулачків 4 розподільних дисків 9. Диск 9 фіксують по обидва боки його площин за допомогою роликових або кулькових підшипників 10 і підшипників ковзання 11, параметри яких забезпечують високу швидкість обертання розподільного диска при мінімізації його биття у вертикальній площині. Вісь обертання розподільного диска 9 розміщують таким чином, щоб при його обертанні відбувався вплив кулачками 4 на впускні й випускні клапана 2, 3 відповідно до фаз газорозподілу. Електричний двигун 6 кожного розподільного диска 9 підключають до системи керування, за допомогою якої формують керуючий сигнал, що надходить на привод розподільного диска 9 залежно від режиму руху автомобіля. Обертання ротора привода 6 забезпечує обертання сонячної шестірні 7, закріпленої до ротора, і надає руху сателітам 8. Осі сателітів 8 закріплені на нерухливих осях до корпуса газорозподільного механізму 5, тому відбувається їхнє обертання навколо власної осі. Обертанням сателітів 8 переміщають навколо осі коронну шестірню - розподільний диск 9. Розподільний диск 9 обертається відповідно до заданої програми, що подається у вигляді керуючих сигналів на привод 6 розподільного диска 9. У міру обертання розподільного диска 9, його стабільне положення втримується за допомогою опорних підшипників 10, 11. Ці підшипники 10, 11 утримують диск 9 при значній кутовій швидкості обертання, що знижує динамічне навантаження на ротор електродвигуна 6. Переміщення розподільного диска 9 приводить до взаємодії його чергового виступу-кулачка 4 на його поверхні, наприклад, із впускним клапаном 2. У процесі взаємодії виступу 4 із клапаном 2 відбувається надходження горючої суміші в порожнину циліндра до необхідного об'єму. Як тільки циліндр заповниться горючою сумішшю, виступ 4 на розподільному диску 9 перестає взаємодіяти із клапаном 2, диск продовжує обертовий рух, а впускний клапан 2, вертаючись у вихідне положення, ізолює порожнину циліндра. У циліндрі запалюється горюча суміш, що приводить до здійснення робочого ходу поршня 12 під дією згорілих газів. 3 UA 89418 U 5 По закінченні робочого ходу поршня 12, диск 9, що обертається, своїм виступом-кулачком 4 впливає на випускний клапан 3, що опускаючись, відкриває порожнину циліндра, і під дією поршня 12 згорілі гази віддаляються. Таким чином, закінчується робочий цикл у циліндрі. Проведені дослідження показали високу ефективність роботи пристрою при встановленні на двигунах внутрішнього згоряння, практично будь-яких типорозмірів і призначення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Газорозподільний механізм двигуна внутрішнього згоряння, що включає блок циліндрів із впускними й випускними клапанами, а також кулачки, виконані з можливістю періодичного впливу на клапани, який відрізняється тим, що газорозподільний механізм має корпус, закріплений до блока циліндрів, у якому закріплені електричні двигуни, пов'язані з електронною системою керування, при цьому кожний циліндр двигуна має два електродвигуни, причому ротор одного електродвигуна взаємодіє за допомогою передавального механізму із впускними клапанами, а ротор іншого електродвигуна взаємодіє за допомогою передавального механізму з випускними клапанами, при цьому кожний передавальний механізм виконаний у вигляді планетарного редуктора, сонячна шестірня якого пов'язана з ротором електродвигуна й взаємодіє із сателітами, осі яких нерухомо закріплені в корпусі газорозподільного механізму, при цьому сателіти взаємодіють із коронною шестірнею, що являє собою розподільний диск, з розміщеними на нижній площині робочими виступами - кулачками, геометричні параметри яких відповідають фазам газорозподілу й, відповідно, порядку відкриття/закриття впускних і випускних клапанів циліндра, при цьому поверхня розподільного диска взаємодіє з упорним підшипником кочення й підшипником ковзання. 4 UA 89418 U 5 UA 89418 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6