УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE VALVE TUNING PHASE DEVICE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регулирования фаз газораспределительного механизма (ГРМ) при модернизации существующих и разработке новых ДВС машин (мобильных устройств), для которых не предусмотрены бортовые компьютеры автоматического управления и контроля систем двигателя.
Большинство автотракторных двигателей машин, не оборудованных бортовой компьютерной системой, имеют постоянные значения углов фаз ГРМ, обеспечивающие наилучшие эффективные показатели работы ДВС фактически только на одном режиме работы; отклонение от этого режима вследствие изменения условий работы или изменения вследствие изнашивания звеньев кинематической цепи «коленчатый вал - клапан» ведут к существенному ухудшению показателей работы (снижению мощности, увеличению удельного расхода топлива и др.).
Известно устройство регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте США №4522085 МПК F01L 1/34 11.06.1985 г., в котором привод, соединяющий коленчатый вал и распределительный вал, содержит шлицевое соединение, выполненное по винтовой линии, а изменение взаимного углового положения шлицевой пары, участвующей в передаче движения от коленчатого вала к кулачковому, достигается за счет осевого перемещения одной детали пары (втулки) относительно другой (вала); при этом величина перемещения и необходимое при этом усилие определяются параметрами центробежного регулятора, выполненного по классической схеме, содержащей центробежные рычаги с массой, осевую втулку-ползун и упругий элемент (возвратную пружину).
При относительной простоте данный способ и устройство не обеспечивают необходимое (задаваемое конструктором) соответствие «режим работы - величина угла фаз», а наличие упругого элемента (пружины) предопределяет изменение характеристик регулятора вследствие изменения упругости пружины во время эксплуатации; габаритно-массовые размеры устройства таковы, что использование такого регулятора потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя или изменения компоновочных решений двигателя в целом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является устройство для регулирования фаз ГРМ, описанное в патенте РФ №2330169, МПК F02D 13/02 (прототип), которое содержит размещенный соосно распределительному валу элемент привода, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, который имеет узел передачи управляющего усилия на распределительный вал. Передача имеет червячное колесо, жестко установленное на распределительном валу и образующее зацепление с червяками, на каждом из которых жестко установлены центробежные рычаги и возвратные пружины. Под действием центробежных сил нагружается возвратная пружина и происходит поворот червяка, изменяя таким образом угловое взаиморасположение червячного колеса и кулачкового вала.
Устройство такого типа имеет большие габаритные и массовые размеры. Кроме того, не представляется возможным при регулировании фаз газораспределения ДВС задать интенсивность изменения угла фаз в определенном диапазоне регулирования, а наличие упругого элемента в виде витой пружины сопряжено с изменением параметров регулирования вследствие старения материала пружины.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого и компактного устройства регулирования фаз газораспределения ДВС, обеспечивающего оптимальные и стабильные во всем диапазоне регулирования значения фаз ГРМ, в результате работы которого достигается улучшение технико-экономических показателей работы двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении кинематическая цепь передачи включает размещенный соосно распределительному валу элемент привода с плитой, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал, связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз, смонтированным на плите, жестко закрепленной на элементе привода, и имеющим узел передачи управляющего усилия на распределительный вал в виде зубчатой передачи с одним ведомым элементом, жестко соединенным с распределительным валом, и с двумя и более ведущими элементами, на каждом из которых закреплен центробежный рычаг, огруженный массой, в отличие от прототипа каждый центробежный рычаг выполнен двухзвенным, огруженный массой конец которого опирается на цилиндрическую поверхность переменной кривизны с возможностью перемещения по ней под действием центробежной силы. Диапазон перемещения при этом ограничен регулируемыми упорами, а траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма.
Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в обеспечении постоянства соответствия «скоростной режим двигателя - заданное значение угла фаз ГРМ» во всем диапазоне рабочих режимов двигателя. Замена возвратной пружины (в прототипе) на криволинейную поверхность, сопряженную с двухзвенным рычагом, позволяет стабилизировать соответствие режимов работы двигателя и им соответствующих оптимальных углов фаз газораспределения.
Принципиальная схема устройства представлена на фигуре.
Устройство для регулирования фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания (фигура) содержит соосно размещенные элемент привода с плитой 1, соединенный с коленчатым валом двигателя, и распределительный вал 2, кинематически связанные между собой центробежным механизмом регулирования фаз на основе зубчатой передачи, ведомый элемент 3 которой соосно и жестко соединен с распределительным валом 2.
Ведущие элементы 4 зубчатой передачи (два и более) смонтированы на плите 1 и соединены жестко с одним концом двухзвенного рычага 5, а свободный конец двухзвенного рычага огружен массой 6, создающей центробежную силу и опирающейся на цилиндрическую поверхность переменной кривизны 7 с возможностью перемещения по ней в пределах ограниченных регулируемыми упорами 9 и 10, при этом траектория перемещения массы расположена в плоскости зубчатой передачи центробежного механизма. Опорная поверхность 7 с упорами 9 и 10 смонтирована на плите 1 с возможностью изменения углового положения относительно вектора центробежной силы. Характер изменения кривизны опорной поверхности 7 задается разработчиком в зависимости от особенностей конструкции двигателя, диапазона изменения скоростных режимов его работы и значения угла фаз ГРМ, оптимального для каждого скоростного режима.
Изменение, в заданных пределах, кривизны опорной поверхности выполнено так, что каждому скоростному режиму (величине угловой скорости вала) соответствует точка контакта рычага с опорой, где сумма векторов всех сил равна нулю, и перемещение центробежного рычага (изменение угла фаз газораспределения) при этом отсутствует.
Устройство работает следующим образом. При работе двигателя в режиме пуска и холостого хода усилие на прокручивание распределительного вала передается через элемент привода с плитой 1, на ось 8 и на зубчатую передачу. Начальное угловое взаиморасположение элементов кинематической цепи таково, что при упоре рычага 5 в винт регулирующего упора 9 угол фаз ГРМ наилучшим образом соответствует работе двигателя на режимах холостого хода и близких к нему.
При достижении угловой скорости вращения вала до значений, когда крутящий момент, создаваемый центробежной силой, превышает момент сопротивления на прокручивание распределительного вала, происходит отрыв рычага с массой от упора 9. С увеличением угловой скорости двухзвенный рычаг поворачивается совместно с ведущим элементом зубчатой передачи пока не будет выполнено условие (для каждого установившегося режима):
где:
ц
тр
кр
F, F, F - приведенные к точке контакта «двухзвенный рычаг - опорная поверхность» векторные значения соответственно центробежной силы, силы трения в контакте «рычаг - опорная поверхность» и силы от момента сопротивления на прокручивание распределительного вала.
Соответствие углового положения центробежного рычага скоростному режиму во всем диапазоне его изменения достигается за счет динамического равновесия сил, приведенных к опорной поверхности в каждом промежуточном положении центробежного рычага, при этом скоростной режим номинальной нагрузки двигателя соответствует положению центробежного рычага у регулируемого упора 10.
Устройство обеспечивает более высокие технико-экономические показатели работы двигателя (увеличение мощности, снижения расхода топлива и токсичности выхлопных газов) и уменьшает габаритно-массовые размеры центробежного механизма, а компактность предлагаемого механизма не потребует существенного изменения сопряженных с ним деталей двигателя, что является существенным при модернизации существующих двигателей и проектировании новых.