ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВС
GAS DISTRIBUTION MECHANISM OF FOUR-STROKE ICE

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях ДВС, работающих на различных видах жидкого и газообразного топлива.
Известен газораспределительный механизм двигателя ВАЗ-2108 (см. книгу «Круглов С.М. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей: Практ. Пособие, - М.: Высшая школа, 1987 - 336 с.»), показанный и описанный на стр. 46-47, рис. 12. Такой газораспределительный механизм включает в себя распределительный вал, приводимый во вращение через ременную зубчатую передачу от коленчатого вала двигателя, который своими кулачками взаимодействует с клапанами, установленными в головке цилиндров, обеспечивающими заполнение горючей смесью цилиндров двигателя и освобождения их от отработанных газов. Существенным недостатком такого ГРМ является то, что процессы циркуляции газов в двигателе и содержание вредных веществ в отработавших газах достаточно значительны. Так, известно, что такое явление зависит от моментов открывания и закрывания клапанов. Фазы работы впускных клапанов, например, имеют решающее значение для объема поступающей в цилиндр топливовоздушной смеси и поэтому изменение фаз открытия впускных клапанов является важным моментом с целью улучшения мощностных характеристик и уменьшения токсичности отработавших газов. Видно, что описанный выше ДВС уже на сегодняшний день не отвечает таким требованиям, так как не имеет устройств и возможности изменения фаз открытия впускных клапанов.
Известен также газораспределительный механизм, показанный на стр. 122, рис. 5.22 книги «Л.Ю. Желтухин, А.Н. Гаврилов, Л.М. Петров. Skoda Oktavia Tour: Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. - М.: ООО ИДТР, 2011 - 344 с.». Конструкция такого привода газораспределительного механизма двигателя 1,8Т в целом аналогична вышеописанной в аналоге, однако существенным ее отличием является установка на нем устройства, изменяющего фазы открытия впускных клапанов в определенных условиях эксплуатации автомобиля, причем такое техническое решение позволяет улучшить мощностные характеристики ДВС и уменьшить токсичность отработавших газов. Анализ такой конструкции показывает, что она имеет достаточно сложную конструкцию за счет использования гидропривода с электрическим управлением, которая размещена в регуляторе положения распределительного вала. Следовательно, наличие такой системы в практике недостаточно надежно.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является разработка такого технического решения управления работы впускных клапанов ДВС, которое бы исключало указанный выше гидропривод и электрическую систему, используемую на ДВС модели 1,8Т.
Поставленная цель достигается тем, что распределительный вал совместно с кулачками изготовлен из упругого материала и кулачки впускных клапанов выполнены пустотелыми, в продольном сечении имеют конусную форму с разной толщиной стенок по их длине, изменяющейся в сторону их контактных поверхностей с клапанами, причем изгибная жесткость упомянутых впускных кулачков в поперечной их плоскости несколько ниже, чем продольная жесткость пружин клапанов, а продольная их жесткость при сжатии выше, чем у последних.
На чертежах фиг. 1 показан газораспределительный механизм четырехтактного ДВС с торца, на фиг. 2 - его вид сверху, на фиг. 3 - в перспективе кулачок впускного клапана, и на фиг. 4 в перспективе кулачок выпускного клапана.
Газораспределительный механизм четырехтактного ДВС состоит из головки цилиндров 1, жестко закрепленной на блоке цилиндров 2 двигателя. На головке цилиндров 1 размещена прокладка 3 и на ней установлены передняя опора 4, средняя опора 5 и задняя опора 6, в которых подвижно размещен распределительный вал 8, снабженный кулачками выпускного клапана 9 и кулачками впускного клапана 10, и оси 11 коромысел 12, взаимодействующих с подпружиненными пружинами сжатия 13 впускных клапанов 14 и выпускных клапанов 15. Клапаны 14 и15 подвижно расположены во втулках 16, установленных в головке цилиндров 1, которая также снабжена впускным каналом 17 и выпускным каналом 18. В блоке цилиндров 2 размещены цилиндры 19, а распределительный вал 8 снабжен звездочкой 20. Оси 11 коромысел 12 также расположены в промежуточных опорах 21.
Работает газораспределительный механизм четырехтактного ДВС следующим образом. При вращении коленчатого вала двигателя его звездочка через цепь (цепь и звездочка на чертеже не показаны, а работа этого узла подробно описана в прототипе) передает вращающий момент на звездочку 20, а так как она жестко закреплена на распределительном валу 8, то и он получает вращение в этом же направлении, перемещая своими кулачками 9 и 10 по стрелкам В и С впускные клапаны 14 и выпускные 15. Рассмотрим теперь, за счет чего изменяются фазы впускных клапанов 14 для того, чтобы уменьшить токсичность отработавших газов и улучшить мощностные характеристики ДВС. Это происходит за счет того, что кулачки впускных клапанов 9 являются полыми, в самом начале контакта их с коромыслами 12, при угловом повороте распределительного вала 10 по стрелке К, происходит упругая деформация изгиба последних за счет того, что их изгибная жесткость ниже, чем линейная жесткость пружин сжатия 13 впускных клапанов 14. И тогда клапаны 14 не могут быть открытыми до того как кулачки 10 не повернутся, например, по стрелке К на угол порядка до 45°. После этого кулачки 10 начинают подвергаться уже не изгибу, а сжатию по стрелке М (см. фиг. 3). А так как их жесткость в этом направлении гораздо выше линейной жесткости пружин сжатия 13, то впускные клапаны 14 полностью открываются и топливовоздушная смесь по стрелке Е (см. фиг. 1) поступает в цилиндры 19. Иными словами впускные клапаны 14 начинают открываться не сразу как это имеет место в серийных конструкциях ДВС, а несколько позже, что и позволит получить тот эффект, который и описан в прототипе. Следует отметить, что работа выпускных клапанов 15 происходит так же, как и в известных конструкциях ДВС, при этом удаление отработавших газов будет происходить по стрелке F (см. фиг. 1) при открытых выпускных клапанах 15, кулачки 10 которых (см. фиг. 4) выполнены так, как это имеет место в серийных конструкциях ДВС. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными конструкциями ДВС очевидно, так как оно позволяет снизить токсичность отработавших газов и повысить мощность ДВС, решая эту задачу более простым путем в сравнении с конструкцией, описанной в прототипе.