КУЛАЧОК ПРИВОДА КЛАПАНА

Кулачок привода клапана.
Решение относится к поршневым мапганам с клапанным газораспределением, например к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Кулачки привода клапана механизма газораспределения поршневых машин проектируются и изготавливаются отечественной и зарубежной промышленностью. В последние десятилетия кулачки привода клапана механизма газораспределения поршневых машин проектируются по принципу так называемых безударных кулачков, то есть кулачков, работа которых происходит без так называемых мягких ударов, то есть без мгновенной смены вектора ускорений толкателя, что достигается за счёт формирования поверхности подъёма и поверхности опускания кулачка привода клапана по кривой ускорения толкателя, которая задаётся в виде кривой, непрерывной по углу поворота кулачка.
Безударные кулачки, например кулачок Курца (Kurz D. Entwurf und Berechung ruckfreier Nocken // ATZ .- 1954, NO II .- p. 12-19) или кулачок Полидайн (Dudley W. New methods in valve cam design .- SAE Quarterly Transactions .- 1958, № 1 .- 16 pp.) являются близкими к данной полезной модели аналогами, в каждом из них, как и в данной полезной модели, формирование поверхности подъёма и поверхности опускания кулачка привода клапана производится по кривой ускорения толкателя, которая задаётся в виде кривой, непрерывной по углу поворота кулачка.
20Dt1o4 82
МКИ 7 FOl L/08 Однако кулачок привода клапана такой конструкции не обеспечивает
эффективного газообмена, так как обладает характеристиками, не согласованными с характеристиками кривошипно-шатунного механизма обслуживаемых поршневых машин.
В качестве прототипа полезной модели прин51Т кулачок привода клапана, авт. свид. СССР № 1 237 778, F 01 L 1 / 08, 1986, в котором развита идея создания безударньгх кулачков и плавность хода толкателя обеспечивается за счёт образования поверхности подъёма и поверхности опускания кулачка привода клапана непрерывной кривой производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка не второго (ускорение толкателя), а как минимум третьего (скорость изменения ускорения толкателя) порядка.
Однако этот кулачок привода клапана не обеспечивает эффективного газообмена, так как обладает характеристиками, не согласованными с характеристиками кривошипно-шатунного механизма обслуживаемых поршневых машин.
Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.
Решаемая задача - повышение технико-экономических показателей поршневых машин с клапанным газораспределением.
Технический результат - повышение массового циклового наполнения цилиндра поршневой машины свежим зарядом.
Этот технический результат достигается тем, что в кулачке привода клапана, например, в механизме газораспределения (МГР) поршневого двигателя внутреннего сгорания, с поверхностью подъёма и поверхностью опускания, состоящими из участков, образованных кривой производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка, кривая выполнена в виде кривой производной, обеспечивающей максимальное перемещение толкателя в тот момент времени, когда порщень двигателя развивает максимальную скорость.
Сущность данной полезной модели заключается в том, что непрерывная кривая производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка, образующая поверхности подъёма и поверхности опускания кулачка привода клапана, задаётся с учётом факта одновременного и совместного действия кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения таким образом, чтобы наибольший подъём толкателя (и, как следствие, наибольшее открытие отверстия газообмена) происходил бы в тот момент времени, когда поршень машины развивает максимальную скорость.
Такая форма кривой подъёма толкателя обеспечивает, при равном, по сравнению с кулачком-прототипом, времени-сечении, меньщее гидродинамическое сопротивление движению рабочего тела за счёт снижения амплитуды пульсации скорости газа в клапанной щели и, как следствие, более эффективную смену рабочего тела в цилиндре порпшевой машины, что ведёт к повышению её технико-экономических показателей в целом.
На фиг. 1 приведён кулачок привода клапана - общий вид, на фиг. 2 изображено взаимное расположение кривой производной перемещения толкателя в механизме газораспределения и кривой производной перемещения
поршня в кривошипно-шатунном механизме
На фиг. 1 показаны: 1 - поверхность подъёма кулачка; 2- поверхность опускания кулачка.
На фиг. 2 показаны: 3 - перемещение поршня в цилиндре; 4 - перемещение толкателя в МГР, обеспечиваемое защищаемым кулачком; 5 - перемещение толкателя в МГР, обеспечиваемое кулачком-прототипом; 6 - скорость перемещения поршня в цилиндре; 7 - скорость перемещения толкателя в МГР, обеспечиваемая защищаемым кулачком; 8 - скорость перемещения толкателя в МГР, обеспечиваемая кулачком-прототипом; 9 - ускорение перемещения толкателя в МГР, обеспечиваемое защипщемым кулачком; 10 - ускорение перемещения толкателя в МГР, обеспечиваемое кулачком-прототипом;
Поступление свежего рабочего тела в цилиндр поршневой машины обеспечивается совместным действием ей кривошипно-шатунного и газораспреде.пите.11ьного механизмов. Норшень, перемеп|аясь в ци.1шндре от верхней к нижней мёртвой точке и освобождая занимаемый объём, создаёт разрежение давления. Клапан механизма газораспределения, управляемый кулачком привода, открывает отверстие газораспределения и рабочее тело поступает в цилиндр под действием созданного кривошипно-шатунным механизмом перепада давлений.
Гидродинамическое сопротивление движению рабочего тела во впускном отверстии определяется совершенством конструкции впускного отверстия, оцениваемым коэффициентом местного сопротивления, и квадратом
скорости движения рабочего тела в данном отверстии: p-W
P  .
где: д/7 - потеря давления;
- коэффициент сонротивления;
р - нлотность рабочего тела;
р«  скорость движения рабочего тела.
Скорость движения рабочего тела во впускном отверстии, по уравнению неразрывности, определяется скоростью перемещения поршня и проходной площадью впускного отверстия:
р.т.гпоршня
J вп.отв.
где: F - поперечная площадь цилиндра;
/«вояи  проходная площадь впускного отверстия; порн  скорость перемещения порщня.
Форма кулачка нривода клапана, обеспечивающая максимальное открытие впускного отверстия в момент достижения норщнем в цилиндре максимальной скорости, позволяет согласовать характеристики кривошипнощатунного и газораспределительного механизмов поршпевой мащины, обеспечивая наибольшую величину проходной площади впускного отверстия одновременрю с наибольшим перепадом давлений.
Такая конструкция кулачка привода клапана позволяет снизить цикловой максимум скорости движения рабочего тела в клапанной щели и, следовательно, уменьшить гидродинамическое сопротивление движению рабочего тела во впускном отверстии, а использование для формирования кривой подъёмов толкателя кривой производной перемещения толкателя, непрерывной по  поворота кулачка, позволяет сохранить все преимущества применения безударного кулачка.
Снижение гидродинамического сопротивления во впускном отверстии обеспечивает более эффективную смену рабочего тела в цилиндре поршневой машины, что ведёт к повышению ее технико-экономических показателей в целом.