ВАЛ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности используется в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания.
7
Известна конструкция составного полого вала с размещенными снаружи функциональными элементами, при этом внутренняя часть трубы на участках раздачи деформирована пластически, а функциональные элементы на участках раздачи деформированы только эластично (см. патент на изобретение RU 2145383, дата публикации от 10.02.2000 г., МПК F01L 1/047).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата является то, что технология изготовления методом пластической деформации позволяет получать распределительные валы только с тонкостенной конструкцией центральной трубы и функциональных элементов, что ведет к низкой изгибной жесткости, высокой виброактивности и повышенному шумоизлучению при работе такого распределительного вала в составе двигателя.
6
Известна конструкция полого распределительного вала двигателя внутреннего сгорания, который содержит элементы для подвода в полость вала масла и каналы отвода масла из полости на поверхности функциональных элементов вала, размещенных на его внешней стороне. Внутри вала размещен стержень, выполненный из маслопроницаемого пористого материала, причем стержень может быть выполнен составным и иметь сквозной осевой канал, а его наружная поверхность выполнена оребренной, при этом оребрение выполнено аксиальным или радиальным. Аксиальные и радиальные ребра при своем взаимном пересечении образуют полости, сообщающиеся с каналами отвода масла из полости вала. При этом стержень за счет адсорбционных свойств всегда оказывается насыщенным маслом, которое выбрасывается в момент запуска двигателя под воздействием центробежных сил и сразу поступает в пару трения (см. патент на изобретение RU 2115834, дата публикации от 20.07.1998 г., МПК F16C 3/00, F01L 1/04).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известной конструкции является то, что стержень, размещенный внутри вала, может потерять маслопроникающие и адсорбирующие свойства вследствие зашлаковывания смолистыми отложениями, что нарушит подвод масла к парам трения. Кроме этого указанная конструкция распределительного вала представляет собой сложную сборную конструкцию, изготовление которой требует применения высокоточного дорогостоящего технологического оборудования.
Наиболее близкой конструкцией к заявленной полезной модели по совокупности признаков известна конструкция распределительного вала отлитого из чугуна, имеющего пять опорных шеек, которые вращаются в гнездах, выполненных в головке цилиндров и корпусах подшипников распределительного вала. Отверстия под опоры распределительного вала диаметром от 25,000 до 25,025 мм обрабатываются в головке цилиндров в сборе с корпусами. На валу имеется эксцентрик привода топливного насоса. Задний торец распределительного вала имеет паз для соединения с датчиком-распределителем системы зажигания двигателя. На переднем конце распределительного вала крепится ведомый шкив привода. От осевых перемещений распределительный вал удерживается упорным буртиком вала. Для повышения износостойкости рабочие поверхности кулачков отбеливаются. Глубина отбеленного слоя не менее 0,2 мм. Твердость кулачков не менее 50 HRСэ. (см. Г.К. Мирзоев, В.А. Вершигора, А.П. Игнатов и др. «Автомобили ВАЗ-2108, ВАЗ-2109» - М.: Машиностроение, 1989. - 92 с.; стр 26, 27).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, принятого за прототип, является недостаточная надежность, низкий ресурс в эксплуатации, повышенное шумоизлучение распределительного вала вследствие неоптимального расположения кулачков относительно опор, малого диаметра опорных и промежуточных шеек, недостаточной глубины отбеленного слоя кулачков.
Сущность полезной модели - заключается в том, что в распределительном валу для уменьшения удельного давления в опорах, повышения жесткости и снижения виброактивности вала диаметры опорных шеек максимально увеличены, на переднем и заднем фланцах выполнены установочные отверстия под штифты для точного позиционирования сопрягаемых деталей (звездочка, отметчик датчика фазы), увеличена глубина отбеленного слоя рабочих поверхностей кулачков.
Технический результат - повышение изгибной жесткости вала и несущей способности опорных шеек, уменьшение шумоизлучения на всех режимах работы двигателя, увеличение ресурса вала в эксплуатации.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в распределительном валу двигателя внутреннего сгорания, отлитым из чугуна, имеется пять опорных шеек, которые вращаются в гнездах, выполненных в головке цилиндров и крышках распределительных валов, а особенностью является то, что:
- для повышения несущей способности и снижения удельных нагрузок передняя опорная шейка имеет диаметр D1 равный 42 мм, а малые опорные шейки имеют диаметр D2 равный 35 мм, данные параметры получены расчетным путем и подтверждены ресурсными испытаниями двигателей;
- диаметр промежуточных шеек D3 и радиус цилиндрической части кулачков R3 находятся в размерном соотношении к диаметру малой опорной шейки D2 и определяются как D3=(0,6÷0,95)D2 и R3=(0,3÷0,65)D2, данные параметры рассчитаны и подобраны с целью оптимизации габаритных размеров и физико-механических свойств рабочих элементов вала (изгибной жесткости вала и контактных напряжений кулачков), отклонение параметров в меньшую сторону приводят к снижению физико-механических свойств, а в большую сторону к необоснованному увеличению габаритно-весовых характеристик;
- при этом для размещения упорного фланца, предотвращающего осевое смещение и снижающего шум от продольных колебаний вала, в передней опорной шейке выполнена проточка диаметром 28 мм и шириной 4,2 мм, размеры которой выбраны опытным путем для обеспечения надежности и технологичности ее выполнения в сопрягаемых деталях («передняя опорная шейка - упорный фланец - крышка передней опорной шейки вала»);
- причем для установки крепежного болта, фиксирующего звездочку в установочном фланце, выполнено центровое отверстие с резьбой M12, параметр резьбы выбран расчетным путем для обеспечения надежности фиксации и предотвращения ослабления соединения от колебаний крутящего момента на валу;
- при этом для позиционирования звездочек определенным образом выполнены два установочных отверстия, соответственно вариантов впускного и выпускного вала, каждое диаметром 6 мм под штифты звездочек, расположенные на окружности радиусом R1 равным от 17 до 19 мм от оси центрового отверстия вала, причем установочное отверстие впускного вала, расположено под углом от 23° до 24°, образованным осью симметрии кулачка, ближнего к установочному фланцу звездочки и линией, проходящей через ось вращения вала и центр установочного отверстия впускного вала, при этом установочное отверстие выпускного вала расположено под углом от 37° до 38°, образованным линиями, проходящими через ось вращения вала и центры установочных отверстий, соответственно впускного и выпускного вала, размерный интервал положения радиуса установочных отверстий выбран для удобства монтажа (демонтажа) звездочек, а интервал углового положения установочных отверстий соответствует фазам газораспределения, обеспечивающим оптимальный рабочий процесс двигателя, при этом отклонения от размерных интервалов приведет к несоответствию необходимых мощностных показателей и расходу топлива двигателя;
- кроме этого для выполнения операций механической обработки выполнено отверстие технологическое, расположенное на одной оси симметрии кулачка, ближнего к установочному фланцу;
- кроме этого, для установки крепежного болта, фиксирующего датчик фазы в торце заднего хвостовика, выполнены центровое отверстие с резьбой М8 для крепежного болта датчика фазы и установочное отверстие под штифт датчика фазы, расположенные на окружности радиусом R2, равным от 10 до 12 мм от оси центрового отверстия вала, причем для позиционирования датчика фазы определенным образом выполнено установочное отверстие под штифт расположено под углом от 78° до 80°, образованным осью симметрии кулачка, ближнего к установочному фланцу звездочки и линией, проходящей через ось вращения вала и центр установочного отверстия под штифт датчика фазы, причем параметр резьбы центрового отверстия выбран для надежной фиксации отметчика датчика фазы, а размерный интервал углового положения штифта отметчика датчика фазы соответствует установленным фазам газораспределения, отклонение которого от заданного диапазона приведет к несоответствию момента подачи сигнала в блок управления двигателем;
- при этом для повышения износостойкости и увеличения ресурса рабочие поверхности кулачков отбеливаются, глубина отбеленного слоя составляет от 1 мм до 5 мм, выход за границы диапазона глубины отбела приведет к увеличению износа и снижению ресурса рабочей поверхности кулачков.
Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:
На фиг.1 изображен общий вид распределительного вала двигателя сгорания.
На Фиг.2 изображен вид на передний фланец с торца.
На Фиг.3 изображен вид на хвостовик с торца.
Вал распределительный представляет единую монолитную конструкцию, изготовленную из чугуна, и содержит следующие функциональные элементы: передняя опорная шейка 4, с диаметром D1, в которой выполнена проточка 3 под упорный фланец (не показан), четыре малых опорных шейки 5, с диаметром D2, соединенные между собой промежуточными шейками 1 с диаметром D3, при этом кулачки 6 и 13 с радиусом цилиндрической части R3, общим количеством восемь штук, попарно прилегают с двух сторон к каждой малой опорной шейке 5; а к передней опорной шейке 4, прилегает установочный фланец 2, содержащий центровое отверстие 9 с метрической резьбой 12 мм под болт крепления (не показан) звездочки 8 и расположенные на окружности радиусом R1 равным от 17 до 19 мм от оси центрового отверстия три отверстия: установочное отверстие впускного вала 10 под штифт 16, под углом от 23° до 24°, образованным осью симметрии кулачка 13, ближнего к установочному фланцу звездочки и линией, проходящей через ось вращения вала и центр установочного отверстия впускного вала; установочное отверстие выпускного вала 11 под штифт 16, под углом от 37° до 38°, образованным линиями, проходящими через ось вращения вала и центры установочных отверстий, соответственно вариантов впускного и выпускного вала, технологическое отверстие 12, которое задействовано при обработке распределительного вала, центр которого совпадает с осью симметрии кулачка. В задней части распределительного вала имеется хвостовик 7, в торце которого размещено центровое отверстие 14 с метрической резьбой 8 мм под болт крепления (не показан) отметчика датчика фазы (не показан) и установочное отверстие 15 под штифт датчика фазы 17, расположенного на окружности радиусом R2 равным от 10 до 12 мм от оси центрового отверстия вала и под углом от 78° до 80°, образованным осью симметрии кулачка, ближнего к установочному фланцу звездочки и линией, проходящей через ось вращения вала и центр установочного отверстия 15.
Работа распределительного вала осуществляется следующим образом. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя передается при помощи цепи на звездочку 8, закрепленную определенным образом для обеспечения фаз газораспределения на установочном фланце 2 с помощью крепежного болта (не показан) в центровое отверстие 9 и фиксацией по штифту 16, размещенному, в зависимости от варианта впускного или выпускного распределительного вала, в отверстия 10 или 11, угловое положение которых позиционированы относительно кулачка 13, ближнего к установочному фланцу 2. При вращении распределительного вала на кулачки 6 и 13 со стороны клапанного механизма действуют силы, в результате действия которых оказываются нагруженными передняя опорная шейка 4 и малые опорные шейки 5, а в промежуточной шейке 1 происходит изгибная деформация, в результате действия которой возникает сила, действующая вдоль оси распределительного вала. Смещению распределительного вала препятствует упорный фланец, размещенный в проточке 3 передней опорной шейки 4, а снижению удельных нагрузок в передней опорной шейке 4 способствует более развитая опорная площадь контакта вследствие большего диаметра передней шейки. Высокая износостойкость и длительный ресурс рабочих поверхностей кулачков 6 и 13 обеспечивается высокой твердостью и глубиной отбеленной поверхности. Отметчик датчика фазы (не показан), закрепленный на заднем хвостовике 7 распределительного вала при помощи болта (не показан) в отверстии 14, и позиционированный определенным образом с помощью штифта 17 относительно кулачка 13, ближнего к установочному фланцу 2, устанавливаемого в отверстие 15, формирует посредством датчика фазы (не показан) сигнал для микропроцессорной системы управления двигателем.
Преимущество полезной модели состоит в том, что по сравнению с принятыми за аналог устройствами распределительный вал имеет более высокую изгибную жесткость вала, увеличенную несущую способность опорных шеек, уменьшенное шумоизлучение на всех режимах работы двигателя, увеличенный ресурс вала в эксплуатации.