РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД КЛАПАНА ВПУСКА РАБОЧЕЙ СРЕДЫ В ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE CYLINDER INTAKE VALVE CONTROLLED DRIVE

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Оно касается механизма газораспределения, а именно привода клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя.
Известны различные регулируемые приводы клапанов впуска рабочей среды, в частности топливовоздушной смеси, в цилиндр двигателя, показанные в выданном в СССР авторском свидетельстве №151530, в патенте РФ №1805726, в заявках №2214567, опубликованной в Великобритании, и №2890692, опубликованной во Франции, в международной заявке WO 83/04070, в патентах №№2266077, 4382428, 5018487, 7159550, 7225113, выданных в США.
Более близким аналогом является регулируемый привод клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, изображенный в выданном в СССР авторском свидетельстве №775358, МПК F01L 1/00, F02D 13/00. Этот привод впускного клапана двигателя содержит кулачковый вал и эксцентрично установленный на поворотной цапфе рычажный толкатель с роликом, взаимодействующим с кулачком упомянутого кулачкового вала, и подпятником, взаимодействующим со штангой, упирающейся через наконечник в пяту коромысла, перемещающего толкатель клапана. Такой привод клапана позволяет смещать фазы газораспределения и изменять величину открытия клапана, но не позволяет регулировать ширину фазы открытия клапана.
Задача - создание простого и надежного регулируемого привода клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего возможность регулирования ширины фазы открытия клапана при изменении частоты вращения вала двигателя.
Решение этой задачи обеспечено тем, что регулируемый привод клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя содержит кулачковый и эксцентриковый валы, соединенные между собой многозвенной зубчатой передачей с возможностью изменения углового соотношения между валами посредством органа управления, связанного с одним из звеньев зубчатой передачи, на шейке эксцентрикового вала установлен ползун, взаимодействующий с толкателем клапана и снабженный роликом, взаимодействующим с кулачком упомянутого кулачкового вала.
Регулируемый привод впускного клапана двигателя, охарактеризованный приведенной совокупностью признаков, вследствие установки между кулачком и толкателем клапана ползуна с роликом, непрерывно перемещаемого шейкой эксцентрикового вала, связанного с кулачковым валом многозвенной зубчатой передачей, обеспечивает путем изменения углового соотношения между валами посредством органа управления, соединенного со звеном зубчатой передачи, возможность увеличения или уменьшения времени взаимодействия кулачка и ролика ползуна. Так, при встречном перемещении кулачка и ролика время их взаимодействия уменьшается и соответственно получается меньше время воздействия кулачка через ползун на толкатель клапана, отчего фаза впуска укорачивается. При попутном перемещении кулачка и ролика время их контакта увеличивается и, значит, дольше происходит нажатие кулачка через ползун на толкатель клапана, увеличивая фазу впуска. Тем самым простыми средствами путем изменения углового соотношения между кулачковым и эксцентриковым валами достигается при необходимости изменение ширины фазы открытия клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя.
Указанный ползун, установленный на шейке эксцентрикового вала, снабжен подпятником, контактирующим с толкателем клапана.
Упомянутая многозвенная зубчатая передача, соединяющая эксцентриковый вал с кулачковым валом, содержит планетарный механизм, одно из звеньев которого соединено с органом управления.
Планетарный механизм состоит из водила, соединенного с эксцентриковым валом, коронного колеса, соединенного зубчатыми колесами с кулачковым валом, и солнечной шестерни, соединенной с органом управления.
Планетарный механизм при другом исполнении содержит водило, соединенное с кулачковым валом, коронное колесо, соединенное зубчатыми колесами с эксцентриковым валом, и солнечную шестерню, соединенную с органом управления.
На фигуре 1 изображен двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез по впускному и выпускному клапанам.
На фигуре 2 показана зубчатая передача, соединяющая кулачковый и эксцентриковый валы привода впускного клапана двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания, представленный на фигуре 1, содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2, впускной клапан 3, соединяющий при его открытии впускной канал 4 с цилиндром 1 двигателя для впуска в него рабочей среды, в частности топливовоздушной смеси, выпускной клапан 5 для выпуска отработавших газов из цилиндра 1 в выпускной канал 6, расположенный в головке цилиндров двигателя.
Привод клапана 3 впуска рабочей среды в цилиндр двигателя содержит кулачковый вал 7, имеющий кинематическую связь с коленчатым валом двигателя. С кулачковым валом 7 многозвенной зубчатой передачей 8 (фигура 2) соединен эксцентриковый вал 9. На эксцентрично расположенной шейке 10 вала 9 установлен ползун 11, снабженный подпятником 12, контактирующим с толкателем 13 клапана 3, обеспечивая взаимодействие с ним ползуна 11. Соприкасающиеся между собой поверхность 14 толкателя 13 и обращенная к толкателю поверхность подпятника 12 выполнены цилиндрическими. На ползуне 11 установлен ролик 15, взаимодействующий с кулачком 16 вала 7. При закрытом клапане 3 центр кривизны поверхности 14 толкателя 13 расположен на оси кулачкового вала 7, центр кривизны подпятника 12 расположен на оси ролика 15.
Кулачковый вал 7 и эксцентриковый вал 9 соединены между собой зубчатой передачей 8 с возможностью изменения углового соотношения между этими валами посредством органа управления 17, связанного с одним из звеньев зубчатой передачи 8. Зубчатая передача 8 содержит планетарный механизм, состоящий из водила 18, соединенного с эксцентриковым валом 9, коронного зубчатого колеса 19, соединенного зубчатыми колесами 20, 21 и 22 с кулачковым валом 7, и солнечной шестерни 23, соединенной с органом управления 17. Орган управления 17 зубчатой передачей 8 выполнен в виде электродвигателя. Он может быть выполнен также в виде гидромотора. Модуль передаточного числа зубчатой передачи 8 между валами 7 и 9 при неподвижной солнечной шестерне 23, то есть при отсутствии ее поворота органом управления 17, равен единице.
В зубчатой передаче 8 у планетарного механизма водило 18 может быть соединено с кулачковым валом 7, а коронное зубчатое колесо 19 может быть соединено зубчатыми колесами с эксцентриковым валом 9. При этом солнечная шестерня 23 остается соединенной с органом управления 17.
Во время работы двигателя при вращении кулачкового вала 7 кулачок 16, вступая в контакт с роликом 15, смещает ролик 15 и вместе с ним конец ползунка 11 в сторону клапана 3, сдвигая толкатель 13. При перемещении толкателя 13 в сторону цилиндра 1 двигателя происходит открытие впускного клапана 3, соединяющего цилиндр 1 с впускным каналом 4, по которому в цилиндр 1 поступает рабочая среда, например топливовоздушная смесь. В конце такта впуска рабочей среды, когда поршень 2 опускается в нижнее положение, кулачок 16 сходит с ролика 15, после чего под действием сжатой возвратной пружины толкатель 13 возвращается в исходное положение, и клапан 3 закрывается.
Регулирование ширины фазы открытия впускного клапана 3 производится органом управления 17 путем поворота солнечной шестерни 23 электродвигателем или гидромотором. Так, повернув на некоторый определенный угол солнечную шестерню 23 органом управления 17 и, значит, изменив угловое соотношение между валами 7 и 9, можно установить ползун 11 с роликом 15 относительно кулачка 16 в таком положении, при котором ролик 15 во время контакта с кулачком 16 перемещается ползуном 11 навстречу кулачку 16. В этом случае укорачивается время контакта ролика 15 и кулачка 16, отчего продолжительность открытия клапана 3 получается меньше. При малой частоте вращения вала двигателя это обеспечивает позднее открытие и раннее закрытие впускного клапана 3 для уменьшения обратного выброса отработавших газов во впускной канал 4 и увеличения наполнения цилиндра двигателя.
Повернув на другой определенный угол солнечную шестерню 23 органом управления 17 и, следовательно, задавая другое угловое соотношение между валами 7 и 9, можно установить ползун 11 с роликом 15 относительно кулачка 16 в ином положении, при котором ролик 15 во время контакта с кулачком 16 перемещается ползуном 11 в ту же сторону, в которую перемещается кулачок 16. Тогда удлиняется время контакта ролика 15 и кулачка 16, в результате чего продолжительность открытия клапана 3, то есть ширина фазы впуска, получается больше. При большой частоте вращения вала двигателя расширение фазы впуска обеспечивает поступление в цилиндр двигателя большего количества рабочей среды, в частности топливовоздушной смеси для увеличения мощности двигателя. Причем ранним открытием впускного клапана 3 обеспечивается внутренняя рециркуляция газов, то есть заброс отработавших газов во впускной канал 4 для снижения оксидов азота. Позднее закрытие впускного клапана 3 позволяет использовать динамический наддув для увеличения наполнения цилиндра двигателя топливовоздушной смесью.
При использовании в зубчатой передаче 8 планетарного механизма, изображенного на фигуре 2, эксцентриковый и кулачковый валы при работе двигателя вращаются в противоположные стороны. Если с органом управления 17 соединить водило планетарного механизма, а солнечную шестерню закрепить на эксцентриковом или кулачковом валу, то тогда валы 7 и 9 при работе двигателя вращаются в одинаковом направлении. Однако работа привода клапана 3 при изменении устройства зубчатой передачи 8 по существу не изменяется.
Представленный регулируемый привод клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя, содержащий на шейке вращающегося эксцентрикового вала ползун с роликом, ползающий вперед-назад при каждом обороте кулачка между ним и толкателем клапана, обеспечивает путем изменения многозвенной зубчатой передачей углового соотношения между кулачковым и эксцентриковым валами возможность вступления ролика ползуна в контакт с кулачком при разных направлениях его перемещения, при которых время их контакта получается различным. Тем самым простыми и надежными средствами обеспечено регулирование в широких пределах ширины фазы впуска рабочей среды в цилиндр двигателя, способствующее повышению эффективности работы двигателя на различных режимах.