МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машино- и автомобилестроения, в частности, к механизмам газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использована, преимущественно, при конструировании и изготовлении машин или их узлов и механизмов как в условиях автомобильного производства, так и в условиях современных ремонтных мастерских и производств.
Известны технические решения - патенты: US 5558053, 24.09.1996; GB 2308636, 02.07.1997; FR 2731251, 06.09.1996; DE 10006349, 03.08.2001; RU 2078219, 27.04.1997; RU №516833 «Клапанный механизм для двигателя внутреннего сгорания с верхним распределительным валом»; RU №1312195 «Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания с верхним расположением распределительного вала»; RU №1219833 «Кулачок распределительного вала клапанного механизма газораспределения»; RU №1733643 «Способ работы привода распределительного вала двигателя внутреннего сгорания и привод распределительного вала двигателя внутреннего сгорания»; RU №1813886 «Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания»; RU №2146010 «Двигатель внутреннего сгорания»;
RU №2208173 «Механизм изменения фаз газораспределения»; RU №2115834 «Полый распределительный вал двигателя внутреннего сгорания»; RU №2172845 «Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания». В данных устройствах представлены варианты оптимальной работы тех или иных узлов зоны газораспределения ДВС. Однако в данных устройствах не решена проблема сохранения целостности и работоспособности составляющих узлов во время аварийной ситуации при разрыве ремня привода.
Известно также решение - патент RU №2126892 «Способ активного регулирования газораспределения в двигателе внутреннего сгорания и распределительный вал для его реализации». Способ активного регулирования
газораспределения в ДВС, каждый цилиндр которого оснащен как минимум тремя клапанами, содержащий угловые смещения кулачков распределительного вала, пропорциональные числу оборотов и нагрузке двигателя, причем кулачки одноименных клапанов общего цилиндра смещают в противных направлениях, отличается тем, что угловые смещения каждого кулачка осуществляют автономно от поворота коленчатого вала и независимо между собой. Распределительный вал ДВС для реализации способа, рабочий профиль которого составлен из пакета втулок, кинематически связанных посредством шпонок с центральным стержнем, несущим приводное зубчатое колесо и упор, отличается тем, что центральный стержень с регулируемым упором установлен с возможностью продольных перемещений относительно зубчатого колеса и связан с приводом подачи, а втулки кулачков выполнены в виде коаксиальных частей, связанных винтовым шлицевым соединением, причем направление сопрягаемых винтовых шлицев втулок для одноименных клапанов общего цилиндра установлено противным.
Известен также патент RU №2011853 «Механизм газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания», который содержит многоклапанную (три и более) головку блока цилиндров, привод с двумя распределительными валами, управляющими впускными и выпускными клапанами посредством кулачков, и устройством поворота распределительного вала относительно привода при изменении частоты вращения. Отличие данного механизма в том, что он выполнен с возможностью одновременного углового поворота обоих распределительных валов относительно привода.
Указанный выше недостаток - создание аварийного режима при разрыве ремня привода не исключают и два последних вышеописанных аналога.
Данный недостаток приводит к малой надежности узлов и их машин, поскольку они содержат подвижные элементы, находящиеся в зоне ударных нагрузок, сложны в настройке и регулировке. Присутствие промежуточных элементов в зоне распределительного вала является серьезным препятствием к форсированию двигателей по частоте вращения для улучшения пусковых качеств и расширения рабочего диапазона.
В периодическом издании "Автогазета", 37(340), от 15.11.2001 года, в рубрике "Автомастерская "АГ" на сайте www.autogazeta.com подробно описывается проблема надежности зубчатого ремня в механизме газораспределения двигателя внутреннего
сгорания и его влияния на надежность и долговечность всего механизма газораспределения, вплоть до создания аварийного режима (статья прилагается).
Наиболее близким решением к заявляемой полезной модели является патент RU №2173393 «Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания», который содержит смонтированные на головке цилиндров, по крайней мере, один газораспределительный клапан с элементами крепления пружинного устройства, кулачковый распределительный вал и имеющий форму стакана толкатель, обеспечивающий неразрывную кинематическую связь между торцом стержня клапана и кулачком распределительного вала. Отличие механизма газораспределения в том, что между торцом стержня клапана и дном толкателя установлен демпфирющий элемент, выполненный из металлического прессованного пористого сетчатого материала.
Данное устройство имеет тот же недостаток - отсутствие надежности в сохранении целостности узлов в зоне распределительного вала.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка технического решения, направленного на устранение проблемы разрушения клапанов, поршней, толкателей и других элементов механизма газораспределения ДВС при аварийной ситуации, вызванной обрывом приводного ремня распределительного вала.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащий смонтированные на головке цилиндров газораспределительные клапаны с элементами пружинного устройства, кулачковый распределительный вал и толкатель, обеспечивающий неразрывную кинематическую связь между клапанами и кулачками распределительного вала, и привод с ременной передачей и шкивом с внутренним и внешним кольцами, причем внутреннее кольцо служит обоймой распределительного вала, а внешнее - элементом ременной передачи, имеет узел выталкивания, стопорный узел и стержень, размещенный внутри распределительного вала с возможностью свободного скольжения внутри последнего, причем узел выталкивания, размещенный на одном конце вала, представляет собой корпус с помещенным в нем подпружиненным и зафиксированным бойком и спусковым элементом, стопорный узел выполнен в виде основания, размещенного на противоположном конце распределительного вала, на котором размещены спусковой элемент стопора и
фиксатор, а шкив содержит ряд упругих элементов, радиально разнесенных по кругу между внутренним и внешним кольцами и зафиксированных на них.
Кроме того, заявляется механизм газораспределения ДВС со всеми вышеперечисленными признаками, у которого дополнительным отличием является выполнение кулачков распределительного вала со скосом, обращенным к узлу выталкивания.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в устранении возможности разрушения или, по крайней мере, повреждения клапанов и других механизмов газораспределения - поршней, кулачков и т.д. за счет отвода распределительного вала из рабочей зоны в безопасное положение в момент аварийной ситуации, например, обрыва ремня привода и разработки конструктивных узлов к механизму газораспределения, осуществляющих этот отвод распределительного вала.
Описание заявляемого устройства иллюстрируется чертежами 1-3, где на фиг.1 представлен общий вид механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 - вид в сечении В-В, на фиг.3 - вид в сечении А-А. При этом цифровыми обозначениями на чертежах отмечены:
1 - распределительный вал;
17 - отверстие узла выталкивания
2 - шейка распределительного вала;
18 - элемент спуска;
3 - кулачок;
19 - паз;
4 - толкатель;
20 - регулирующий винт;
5 - стержень распределительного вала;
6 - ремень привода;
7 - шкив;
8 - зубец;
9 - внешняя обойма шкива;
10 - внутренняя обойма шкива;
11 - элемент упругой подвески шкива;
12 - узел выталкивания;
13 - корпус узла выталкивания;
14 - упругий выталкивающий элемент;
15 - боек;
16 - фиксирующий боек элемент;
21 - стопорный узел;
22 - основание стопорного узла;
23 - стопорящий элемент;
24 - спусковой элемент;
25 - отверстие стопорного узла;
26 - паз.
Предлагаемый механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) установлен в корпусе двигателя. Его узлы и элементы крепят известными способами на блоке цилиндров, в крышке блока цилиндров и т.д. Распределительный вал 1 имеет цилиндрические шейки 2, на которых осуществляется его вращение, кулачки 3, которые при вращении распределительного вала периодически давят на толкатели 4. В осевом отверстии распределительного вала 1 с возможностью свободного скольжения вдоль него расположен выступающий в торцевой части за пределы вала 1 стержень 5. Передача вращающего момента на распределительный вал 1 осуществляется с помощью ремня 6 привода, который одет на шкив 7. Для улучшения сцепления между ремнем 6 и шкивом 7 на внешней поверхности шкива 7 и внутренней поверхности ремня 6 могут быть выполнены зубцы 8. Шкив 7 имеет внешнюю 9 и внутреннюю 10 обоймы, которые соединены между собой элементами упругой подвески 11. В качестве элементов 11 могут быть использованы пружины, резиновые или пластиковые упругие элементы, либо упругие элементы других известных конструкций, например, пневматические. Внешняя обойма 9 взаимодействует с ремнем 6 привода, а внутренняя обойма 10 одета на распределительный вал 1. Кроме того, механизм газораспределения ДВС снабжен узлом выталкивания 12, в корпусе 13 которого размещен упругий выталкивающий элемент 14, боек 15 и фиксирующие боек элементы 16. В качестве упругого выталкивающего элемента 14 может быть использована стальная пружина, а в качестве фиксирующих боек элементов - стальные шарики, помещенные в сквозные отверстия 17 корпуса 13. На корпусе 13 снаружи расположен элемент спуска 18, закрывающий отверстия 17 и не дающий фиксирующим боек элементам 16 выйти из отверстия 17. Элемент спуска может быть выполнен в виде металлической скобы с одним из своих выступов, как показано на фиг.1, расположенным над шкивом 7. Чтобы исключить полное выпадение фиксирующих боек элементов 16 в элементе спуска 18 для них могут быть выполнены пазы 19. Для регулировки степени
деформации упругого выталкивающего элемента в узле выталкивания 12 предусмотрен регулирующий винт 20. Для фиксирования продольного положения распределительного вала, а также для его освобождения в нужный момент механизм газораспределения ДВС содержит стопорный узел 21, в состав которого входит основание 22, стопорящие элементы 23, спусковой элемент 24. Стопорящие элементы 23 частично заходят в сквозные отверстия основания 22, а выступающей своей частью упираются в канавку на распределительном валу, как показано на фиг.1, либо в его торец, исключая в таком положении осевые перемещения распределительного вала 1. Спусковой элемент 24 закрывает отверстия 25 снаружи, запирая стопорящие элементы 23 внутри него, и удерживается в таком положении пружиной 27. Чтобы при освобождении распределительного вала 1 в нужный момент стопорящие элементы 23 не вываливались, в стенках спускового элементы 24 под них выполнены пазы 26.
Работа механизма газораспределения ДВС происходит следующим образом. В нормальном рабочем положении при работе двигателя внешняя обойма 9 шкива 7, благодаря своим элементам упругой подвески 11, под действием силы натяжения ремня 6 привода упруго смещена относительно продольной оси распределительного вала 1. При аварийной ситуации, которая заключается в обрыве приводного ремня 6, внешняя обойма 9 шкива 7 под действием элементов упругой подвески 11 смещается в направлении продольной оси вала и толкает элемент спуска 18. Элемент спуска 18 смещается и освобождает фиксирующие элементы 16, которые выталкиваются подпружиненным бойком 15 в пазы 19. Освобожденный боек 15 под действием силы упругого выталкивающего элемента 14 наносит удар по выступающему за пределы распределительного вала стержню 5, который под действием удара смещается вдоль продольной оси распределительного вала 1 и толкает спусковой элемент 24 стопорного узла 21. Спусковой элемент 24 в свою очередь сдвигается и освобождает стопорящие элементы 23, которые попадают в пазы 26. Таким образом распределительный вал 1 освобождается для осевого продольного перемещения. Боек 15 продолжает двигаться в сторону уже освобожденного распределительного вала 1 и толкает его. При этом происходит смещение вала 1, кулачки 3 выходят из зацепления с толкателями 4, и все клапаны механизма газораспределения ДВС (на чертежах не показаны) под действием своих пружин возвращаются в исходные безопасные положения. Для облегчения рассоединения кулачков 3 и толкателей 4 их соприкасающиеся поверхности могут быть выполнены со скосом в сторону узла
выталкивания 12. При этом возвратные пружины клапанов механизма газораспределения ДВС также будут участвовать в выталкивании распределительного вала в безопасное положение.