МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВС

Полезная модель относится к бесклапанным механизмам газораспределения ДВС, а именно, к золотниковым механизмам для двигателей внутреннего сгорания, в частности, с вращающимися золотниками цилиндрической формы, и может быть использована в двигателестроении.
Известна головка для блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с бесклапанным механизмом газораспределения, описанная в одноименном патенте РФ №2121583 по кл. F01L 7/02, з. 24.12.96, оп. 10.11.98.
Известная головка для блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с бесклапанным механизмом газораспределения содержит корпус с внутренними канавками, для смазки и охлаждения жидкостью, внутри корпуса головки расположены два и более сквозных отверстия, в которые вставлены неподвижные цилиндры с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания, наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены вращающиеся распределительные валы с окнами, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным углом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания, один из распределительных валов является впускным, другой выпускным, на распределительных валах с наружной стороны имеются канавки для колец герметизации и смазки, на концах распределительных валов имеются оси, на которые установлены звездочки для передачи вращения их от коленчатого вала, скорость вращения распределительных валов в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала, и отличается тем, что распределительные валы выполнены пустотелыми, с двойными стенками, образующими полости для прохода охлаждающей жидкости, между стенками в зоне расположения окон размещены вставки, размеры которых превышают размеры окна, препятствующие попаданию охлаждающей жидкости в наружную и внутреннюю части распределительного вала, на концах распределительных валов с торцов установлены фланцы с отверстием для подачи охлаждающей жидкости, а также размещены уплотнения, препятствующие попаданию охлаждающей жидкости в зазор между распределительным валом и цилиндром, цилиндр снабжен торцевыми крышками, в которых также выполнены отверстия для подвода охлаждающей жидкости, в наружной поверхности распределительных валов дополнительно выполнены канавки под установку пружинящих колец, жестко соединенных поперечными перегородками, которые препятствуют прорыву газов и нагарообразованию в зазоре между распределительным валом и цилиндром, при этом внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1-0,8 диаметра цилиндра ДВС.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции.
Известна головка для блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания с бесклапанным механизмом газораспределения, описанная в одноименном патенте РФ 2129214 по кл. F01L 7/02, з. 24.12.96, оп. 20.01.99.
Известная головка для блока цилиндров ДВС с бесклапанным механизмом газораспределения, содержит корпус с внутренними канавками для смазки и охлаждения жидкостью, внутри головки корпуса продольно расположены два сквозных отверстия, в которые вставлены неподвижные цилиндры с окнами, расположенными напротив каждой камеры сгорания, наружная часть цилиндра охлаждается жидкостью, в цилиндры вставлены пустотелые вращающиеся распределительные валы со сквозными окнами, расположенными по периметру окружности этих валов под определенным углом относительно друг друга напротив каждой камеры сгорания, один из распределительных валов является впускным, другой выпускным, на распределительных валах с наружной стороны имеются канавки для колец герметизации и смазки их, на концах распределительных валов имеются оси, на которые установлены звездочки для передачи вращения от коленчатого вала, скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала, к корпусу головки напротив впускного распределительного вала прикреплен механизм подачи топлива, а напротив выпускного распределительного вала закреплено начало выхлопной трубы, и отличается тем, что внутренний диаметр распределительных валов составляет 0,1-0,8 диаметра цилиндра ДВС, толщина стенки распределительных валов составляет 0,020-0,20 его наружного диаметра, на распределительных валах с наружной стороны, на сквозных окнах по их периметру дополнительно имеются канавки фигурные для двух колец соединенных жестко между собой поперечными перегородками, служащими в качестве отсекателей прорвавшихся газов и для удаления нагара с внутренней поверхности цилиндра головки, глухие окна, полученные поперечными перегородками имеют размеры: окно, герметизирующее окна впускные и выпускные, по площади больше их на 30-40%, остальные глухие окна меньше этих окон.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции.
Известен бесклапанный механизм газораспределения ДВС, описанный в одноименной заявке №94043398 по кл. F01L 5/04, з. 08.1.94, оп. 20.01.97 и выбранный в качестве прототипа.
Известный бесклапанный механизм газораспределения представляет собой головку блока, в цилиндрическом отверстии которого вращается двухполостной вал, выполненный из двух вставленных одна в другую труб, образующих впускную и выпускную полости. На наружной трубе вала выполнены впускные окна по числу цилиндров и выпускные окна, которые патрубками соединены с полостью внутренней трубы, образующей выпускной канал. В головке цилиндров выполнена камера сгорания и окна. При вращении двухполостного вала его окна попеременно открывают и закрывают окна цилиндров двигателя и соответственно соединяют цилиндры с впускными и выпускными полостями вала. Двухполостной вал выполняет одновременно роль клапанов, впускного и выпускного коллекторов.
Хотя известный газораспределительный механизм является более простым по конструкции в сравнении с вышеописанными конструкциями, однако конструкция двухполостного вала и окон является все же достаточно сложной в изготовлении и сборке. К тому же, необходимо иметь узел перехода от вращающихся полых валов в неподвижные впускной и выпускной коллекторы. Для данного механизма эта конструкция будет сложной.
Задачей является упрощение конструкции механизма газораспределения ДВС при сохранении его работоспособности.
Поставленная задача решается тем, что в механизме газораспределения ДВС, представляющем собой головку блока с впускными и выпускными окнами, в отверстии корпуса которого установлен с возможностью вращения вал выполняющий одновременно функции впускного и выпускного клапанов, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, корпус представляет собой разъемный блок из двух частей: крышки и собственно корпуса, в котором выполнены три прямоугольных окна для впуска и выпуска рабочих газов, вал выполнен цельным с поперечной выемкой, имеющей в сечении форму радиального сегмента и выполняющей в месте своего расположения одновременно функции впускного и выпускного клапанов, при этом зазор между корпусом и валом выполнен минимальным.
При этом зазор может быть выполнен минимальным за счет того, что на вал насажена цельная гильза с окнами, соответствующими окнам блока, притертая под этот участок вала и выполненная из того же материала, а в корпусе выполнены направляющие выемки для правильной посадки гильзы и блокирования ее проворота и предусмотрены уплотнения между гильзой и блоком в районе окон.
Кроме того, зазор может быть выполнен минимальным за счет того, что в корпусе в районе окон выполнено несколько продольных канавок, имеющих длину, большую размера окна.
Выполнение корпуса механизма газораспределения разъемным из двух частей - крышки и собственно корпуса с выполненными в нем тремя прямоугольными окнами для впуска и выпуска рабочих газов в совокупности с изготовлением вала цельным с поперечной выемкой, имеющей в сечении форму радиального сегмента и выполняющей в месте своего расположения одновременно функции впускного и выпускного клапанов при обеспечении минимального зазора между валом и корпусом, упрощает технологию изготовления и конструкцию механизма при сохранении его работоспособности.
Технический результат - упрощение конструкции при обеспечении работоспособности.
Заявляемая полезная модель обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение корпуса в виде разъемного блока из двух частей: крышки и корпуса с выполненными в нем окнами для впуска и выпуска рабочих газов, выполнение вала цельным с поперечной выемкой в нем, имеющей в сечении форму радиального сегмента и выполняющей в месте своего расположения одновременно функции впускного и выпускного клапанов при выполнении зазора между валом и корпусом минимальным, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый механизм газораспределения ДВС может найти широкое применение в двигателестроении, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид механизма в продольном разрезе;
- фиг. 2 - вид механизма сверху;
- фиг. 3 - вид механизма в поперечном разрезе;
- фиг. 4 - иллюстрация циклов работы механизма;
- фиг. 5 и фиг. 6 - варианты выполнения схем уменьшения зазора между валом и корпусом.
Механизм газораспределения ДВС (фиг. 1 - фиг. З) содержит корпус, выполненный разъемным из двух литых частей 1 и 2 с каналами для смазки и охлаждения (на чертежах не показаны), впускными и выпускными окнами 3-5. В корпусе на подшипниках 6 скольжения установлен вал 7. Вал 7 изготовлен цельным и с поперечной выемкой 8, имеющей в сечении форму радиального сегмента и выполняющей в месте своего расположения одновременно функции впускного и выпускного клапанов. При этом технологический (посадочный) зазор между валом 7 и корпусом 2 выполнен минимальным, что исключает «прорыв» рабочих газов между окнами блока в момент сжатия и рабочего хода. В новых механизмах это, как правило, обеспечивается подбором одинаковых по составу и качеству материалов для вала и корпуса.
В том случае, если качество обработки материалов на производстве не дает такой возможности, или у материала блока и вала слишком разные коэффициенты теплового расширения, возможны два варианта решения данной проблемы.
В первом варианте (фиг. 5) на вал 7 для каждого из цилиндров насаживается цельная гильза 9 с окнами, соответствующими окнам блока, и притертая под этот участок вала 7. Гильза 9 выполнена из того же материала, что и вал 7 и, соответственно, имеет тот же коэффициент теплового расширения. В блоке при этом предусмотрены направляющие выемки для правильной посадки гильзы и блокирования ее проворота и предусмотрены уплотнения 10 между гильзой 9 и блоком в районе окон 3-5, например, из поронита. В таком случае для посадки всех гильз 9 на вал 7 каждый участок вала 7 придется делать разного диаметра по нарастающей.
Во втором варианте (фиг. 6) в корпусе 2 в районе окон 3-5 выполняют одну или более продольных канавок 11, имеющих длину, несколько большую длины окна 3. Эти канавки 11 будут блокировать «прорыв» газов за счет того, что в них создаются газовые завихрения.
Но так же в эти канавки можно вставлять баббитовые пластинки (на чертеже не показаны), которые будут прижиматься пружинами к валу 7.
Механизм газораспределения ДВС работает следующим образом.
Принцип действия показан на схеме (фиг. 4). Положения вала 7 показаны на момент начала цикла.
Выпуск: Как принято в классической схеме фаз газораспределения, на начало цикла выпуска клапан уже приоткрыт и выемка 8 соединяет окна 3 и выпускное 5. В течение цикла клапан полностью открывается, а к концу цикла выпуска вал 7 смещается так, что выемка 8 соединяет окно 3 с впускным окном 4, т.е. приоткрывается впускной клапан.
Впуск: На начало цикла вал 7 находится в таком положении, что выемка 8 соединяет оба окна 4 и 5 с окном 3, т.е. открывается впускное окно клапана, но выпуск газов еще продолжается. Потом вал 7 перекрывает окно выпуска 5 и полностью открывает окно 4 впуска. В этот момент в цилиндре начинает создаваться отрицательное давление.
Сжатие: На начало цикла сжатия по классической схеме впускной клапан еще приоткрыт (выемка 8 вала частично соединяет окно 3 и окно 4), так как в этот момент в цилиндре отрицательное давление и продолжается процесс всасывания рабочей смеси. Потом окно 3 клапана в сторону цилиндра полностью закрывается (вал 7 полностью перекрывает впускное окно 3) и начинается процесс сжатия.
Рабочий цикл: Рабочий цикл начинается в момент полного перекрытия окна 3 цилиндра и заканчивается к моменту приоткрытая окна 5 выпуска (вал 7 поворачивается и выемка 8 открывает окно 5). Хотя на схеме в этот момент происходит перехлест между окнами впуска и выпуска, это не очень принципиально, но, изменяя форму окон, можно обеспечить и полное перекрытие клапана на этот момент.
Изменяя форму и положение выемок вала 7 и окон 3-5 блока, можно создавать разные углы газораспределения.
В сравнении с прототипом заявляемый механизм газораспределения ДВС является более простым по конструкции и в изготовлении при сохранении работоспособности.