ПРИВОД КЛАПАНА КОНСТРУКЦИИ СОКОЛОВА
SOKOLOV'S VALVE DRIVE

Заявляемое изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для привода всасывающих и выпускных клапанов в двигателях внутреннего сгорания, а также в различных гидравлических, пневматических системах для управления их работой.
Аналогом заявляемого изобретения является устройство, в котором открытие и закрытие клапана осуществляется с помощью кулачково-пружинного механизма, в частности с помощью распределительного вала [Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. - М.: Издательство «За рулем», 2000. - 896 с.]. В таких системах открытие клапана происходит за счет набегания выступа кулачка распределительного вала на толкатель клапана, а их закрытие - пружиной, возвращающей клапан в закрытое состояние после схода толкателя клапана с выступа кулачка. Управление процессом газораспределения в таких устройствах, чаще всего, осуществляется с помощью гидравлически управляемого проворачивания распределительного вала.
Недостатками аналога является то, что затруднено и ограничено управление работой клапанов (фаз открытия, закрытия клапанов) и циклом газораспределения, наблюдаются потери мощности ДВС на привод газораспределительного механизма, что снижает КПД, мощность и экологичность ДВС.
Технической задачей изобретения является создание компактного устройства, обеспечивающего возможности электронного микропроцессорного управления процессом работы клапанов, что обуславливает максимальную эффективность ДВС.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый привод клапана содержит корпус, внутри которого установлен ползун с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси корпуса, на поверхности которого выполнена замкнутая продольная винтовая канавка, а также водило с возможностью вращательного движения, кинематически связанное с ротором управляемого электродвигателя, и кольцо со сферической канавкой. В сферическую канавку помещены шаровидные поводки, которые частично погружены в винтовую канавку ползуна и центральной частью зафиксированы в водиле. В ползуне выполнено отверстие, в котором расположен клапан с возможностью поступательного перемещения вдоль оси ползуна и соединенный с ползуном с помощью упругого элемента. Проворот ползуна ограничен шлицевым соединением его с корпусом.
Благодаря новой совокупности признаков заявляемого изобретения получаем компактное устройство привода клапана, которое позволяет управлять работой клапанов ДВС с помощью микропроцессорной техники с минимальными энергозатратами. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве применяется привод с замкнутой продольной винтовой канавкой, позволяющий преобразовать вращательное движение управляемого электроникой электродвигателя в возвратно-поступательное движение клапана. Открытие и закрытие клапана осуществляется приводом без применения пружин, что значительно уменьшает отбор мощности от ДВС.
На фигуре 1 схематично представлен вариант выполнения заявляемого устройства привода клапана, на фигуре 2 - поршень.
Заявляемое устройство привода клапана состоит из корпуса 1, внутри которого размещен ползун 2. Ползун 2 зафиксирован от проворота относительно корпуса 1 шлицевым соединением 3 и по оси имеет цилиндрическое отверстие, в котором фиксируется клапан 4. Клапан 4 зафиксирован в ползуне с помощью упругого элемента 5, например пружины, фиксатора 6, и имеет возможность поступательно перемещаться вдоль оси ползуна в пределах упругости упругого элемента 5. На наружной цилиндрической поверхности ползуна 2 выполнена замкнутая продольная винтовая канавка 7, в которой размещены шаровидные поводки 8. Выступающие из винтовой канавки 7 части поводков 8 зафиксированы в водиле 9, имеющем возможность вращаться в корпусе 1 вокруг оси ползуна 2. Водило 9 кинематически связано с электродвигателем 10, например шаговым. Поводки 8 одновременно размещены в кольце 11 со сферической канавкой, ограничивающей возможность перемещения поводков 8 вдоль оси ползуна 2.
Заявляемое устройство работает следующим образом. После подачи управляющего сигнала на шаговый электродвигатель 10 его ротор проворачивается на 90 градусов. Вращение ротора электродвигателя вызывает вращение водила 9, в результате которого закрепленные в нем поводки 8 воздействуют на берега винтовой канавки 7. Так как проворот ползуна 2 ограничен шлицевым соединением 3, ползун 2 начинает поступательное движение от ВМТ (верхняя мертвая точка) к НМТ (нижняя мертвая точка), в результате чего зафиксированный в ползуне 2 клапан 4 открывается. При достижении ползуном 2 НМТ клапан 4 открывается полностью и его перемещение прекращается. Длительность остановки определяется режимом работы клапана. После подачи очередного управляющего сигнала на электродвигатель 10 его ротор вновь проворачивается на 90 градусов в первоначальном направлении. Данное вращение вызывает дальнейший проворот водила 9, в результате которого поводки 8 переходят в реверсивную ветвь винтовой канавки 7, и ползун 2 вместе с клапаном 4 начинает обратное поступательное движение от НМТ к ВМТ, в результате чего клапан 4 закрывается. Так как устройство выполнено таким образом, что клапан достигает седла раньше, чем ползун достигает ВМТ (ход поршня меньше хода ползуна), дальнейшее движение ползуна к ВМТ вызывает сжатие упругого элемента 5, что обеспечивает уплотнение клапана и создается натяжение, препятствующее самопроизвольному открытию клапана 4. Наличие упругого элемента также снижает требования к точности изготовления деталей предлагаемого устройства. После достижения ползуном ВМТ движение прекращается до подачи на электродвигатель 10 следующего импульса и цикл повторяется.
При провороте ротора электродвигателя 10 на 180 градусов происходит полный цикл работы клапана 4 - открытие и закрытие. В этом случае форма цикла перемещения клапана 4 будет соответствовать форме продольной винтовой канавки, например синусоиде, или иметь другую оптимизированную в соответствии с процессом форму.
Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.