Устройство привода клапана двигателя внутреннего сгорания

Область техники
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использована в конструкции газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В общем случае, газораспределительный механизм предназначен для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или топливно-воздушной смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска из цилиндров отработанных газов [Учебник по двигателям внутреннего сгорания. Часть 1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа. Под ред. М.Г. Круглова. 3-е издание, переработанное и дополненное]. Например, на широко распространенных четырехтактных поршневых двигателях внутреннего сгорания применяются клапанные газораспределительные механизмы, устройство таких механизмов включает: клапаны, привод клапанов, распределительный вал, привод распределительного вала.
Предшествующий уровень техники
Широко известны впускные и выпускные клапаны механического принципа действия, которые открываются толкающими усилиями кулачков распределительного вала, а закрываются под воздействием возвратной запорной пружины. Недостатком таких устройств является сложность конструкции из-за упругих возвратных запорных пружин (в некоторых устройствах установлено по две возвратно запорных пружины), повышенная шумность работы от наличия динамического взаимодействия кулачков с толкателями, наличия сил трения скольжения между кулачками и толкателями, а также значительных нагрузок на детали и механизмы, обеспечивающие работу газораспределительного механизма, снижающих коэффициент полезного действия автомобиля.
Известны и являются перспективными, в части возможности управления двигателем от электронной автоматики, электромагнитные приводы газораспределительных клапанов [Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. Учебник для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2000], однако существенным недостатком таких устройств также является наличие возвратной запорной пружины, для преодоления усилия которой необходима значительная тяговая сила, что делает габаритные размеры электромагнита и индуктивность недопустимо большими, а потребление энергии от бортовой сети автомобиля - значительным.
Известны беспружинные десмодромные газораспределительные механизмы [Интернет. Материал из Википедии. Газораспределительный механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов] с принудительным открытием и закрытием клапанов, применяемые в двигателях с целью обеспечения надежной работы на высоких оборотах. Принудительное открытие и закрытие клапанов осуществляется от самостоятельных кулачков. Десмодромный механизм имеет ряд существенных недостатков, сдерживающих его широкое применение: высокая стоимость конструкции, обусловленная прецизионной точностью сопрягаемых деталей, сложность технического обслуживания, обусловленная наличием большого количества движущихся частей, склонных к износу. Применение таких механизмов может быть оправдано для специальных целей, например для использования в гоночных автомобилях («Mercedes-Benz W196», «O.S.C.A. Barchetta», «Mercedes-Benz 300 SLR») и мотоциклах («Ducati»).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявленной полезной модели является, принятое за ближайший аналог, устройство, известное по патенту РФ №2325540, (МПК F01L 31/22, опубликованное 27.05.2008) содержащее кулачок и толкатель. Недостатком прототипа являются высокая стоимость конструкции, обусловленная прецизионной точностью сопрягаемых деталей, сложность технического обслуживания, обусловленная наличием большого количества движущихся частей, склонных к износу.
Раскрытие полезной модели
Технической проблемой настоящей полезной модели является снижение нагрузки в целом на детали и механизмы, обеспечивающие работу газораспределительного механизма, что влечет за собой повышение крутящего момента ДВС.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве привода клапана ДВС, содержащем головку блока цилиндров, распределительный вал, установленный с возможностью вращения в головке блока цилиндров, кулачковый механизм, толкатель клапана, клапан и тарелку клапана, согласно полезной модели, распределительный вал выполнен сборным, состоящим из штока с жестко установленными на нем посредством переходных втулок кулачками, в каждом из которых вырезаны по периметру кулачка полусферы под шаровые соединения с толкателем, посредством по меньшей мере двух шариков, причем указанный распределительный вал находится в постоянной кинематической связи с указанным толкателем клапана за счет указанных шаровых соединений.
В еще одном варианте осуществления устройство привода клапана ДВС содержит постоянный магнит для соединения толкателя с тарелкой клапана.
Краткое описание чертежей
Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлены фигуры 1, 2, позициями показаны:
1. Головка блока цилиндров
2. Клапан
3. Направляющая втулка
4. Толкатель клапана
5. Постоянный магнит
6. Шаровые соединения
7. Распределительный вал
8. Кулачок
9. Тарелка клапана
Осуществление полезной модели
Работа устройства привода клапанов газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания происходит следующим образом.
Распределительный вал (7) приводится в движение от коленчатого вала с помощью привода, который осуществляет его вращение в два раза медленнее коленчатого вала (за один цикл работы двигателя конкретный клапан открывается только один раз). В качестве привода распределительного вала может использоваться ременная, цепная и зубчатые передачи. Распределительный вал (7), как основная деталь газораспределительного механизма, служит для синхронизации впуска или выпуска и тактов работы двигателя. Составной частью распределительного вала являются его кулачки (8), количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. За счет отсутствия возвратных запорных пружин, вместо которых распределительный вал (7) находится в постоянной кинематической связи с толкателем клапана (4) за счет шаровых соединений (6), нагрузка на детали и механизмы, обеспечивающие работу газораспределительного механизма снижается. Шаровые соединения (6) помогают поддерживать постоянный и неразрывный контакт между кулачком (8) распределительного вала (7) и толкателем клапана (4) при его открытии и закрытии. Вследствие снижения нагрузки на детали и механизмы газораспределительного механизма, повышается крутящий момент двигателя внутреннего сгорания.