Серийные двигатели Renault с электромагнитными клапанами. Клапан двигателя устройство


Гидротолкатель клапанов. Устройство и принцип действия

Клапаны газораспределительного механизма при­водятся в действие непосредственно кулачками распре­делительных валов через цилиндрические гидротолка­тели (гидрокомпенсаторы зазора), которые расположены в направляющих отверстиях головки цилиндров по оси отверстий под клапана.

Благодаря гидротолкателям (гидравлическим толкателям) уменьшаются стуки, ме­ханизм работает более плавно и четко, устраняются не­исправности двигателя, которые могли быть при нару­шении зазоров (прогары клапанов, потеря мощности и т.п.). В связи с отсутствием зазора, не изменяются фазы газораспределения при износе деталей клапанного ме­ханизма. Кроме того, при техническом обслуживании автомобиля не требуется регулировать зазор в клапан­ном механизме.

Гид­ротолкатель состоит из корпуса толкателя 1, цилиндра 2, плунжера 5 и обратного шарикового клапана 3, который под­жат к отверстию в поршне пружиной. Поршень и плун­жер разжимаются возвратной пружиной 4, находящейся между ними.

Масло для работы гидротолкателей подводится из системы смазки по каналу Н, а затем по каналам, выпол­ненным на нижней плоскости корпуса подшипников. По этим же каналам подводится масло и для смазки шеек распределительных валов. Кулачки валов смазываются маслом, находящимся в ваннах головки цилиндров под кулачками. В канале Н расположен обратный шари­ковый клапан 15, не допускающий слива масла из верх­них каналов после остановки двигателя.

Рис. Гидротолкатель:1 – корпус; 2 – цилиндр; 3 – шариковый клапан; 4 – пружина; 5 – плунжер; 6 – распределительный вал; 7 – жиклер; 8 – разрез головки блока; 9 – кулачок; 10 – гидротолкатель; 11 – клапанная пружина; 12 – направляющая втулка; 13 – клапан; 14 – головка блока; 15 – обратный шариковый клапан; а – накопительная камера; b – поршневая камера; c – рабочая камера; H – канал подачи смазки

Работа гидротолкателя

Когда клапан закрыт, масло из канала Н поступает в толкатель через канавку и отверстие в боковой поверхности. Масло проходит через паз, расположенный в верхней части толкателя и поступает в цилиндр толкателя. Пружина и масло, находящиеся между цилиндром 2 и плунже­ром 5, разжимает их и прижимает верхнюю плоскость корпуса толкателя 1 к кулачку, а нижнюю плоскость плунжера к торцу клапана, выбирая зазор в клапанном механизме. Жесткость этой пружины и давление масла намного меньше жесткости пружины клапана и поэтому клапан остается закрытым, когда толкатель касается затылочной части кулачка.

Когда на толкатель начинает воздействовать набега­ющая часть кулачка, происходит короткий ускоряющий удар по корпусу толкателя, а т.к. шариковый клапан закрыт, то в камере «с» создается высокое давление. Поскольку жидкость (масло) в камере «с» практически несжимаема, узел цилиндр-плунжер становится жест­ким и передает усилие от кулачка на клапан.

Рис. Принцип работы гидротолкателя

По мере дальнейшего поворота кулачка давление в камере «с» увеличивается и небольшая часть масла из камеры «с» перетекает в камеру «а» через зазор между поршнем и плунжером. Поэтому общая длина узла цилиндр-плунжер уменьшается, но не более, чем на 0,1 мм.

После закрытия клапана 13 начинается процесс вы­борки зазора в клапанном механизме. Силы от кулачка и клапана 15 уже не действуют на гидротолкатель. Воз­вратная пружина снова раздвигает цилиндр с плунже­ром, прижимая верхнюю плоскость корпуса толкателя 1 к кулачку, а нижнюю плоскость плунжера — к торцу клапана. При этом давление в камере «с» становится меньше, чем в камере «а», шариковый клапан откры­вается и в камеру «с» доливается масло из камеры «а».

Кроме чашечных гидротолкателей в двигателях могут применяться гидротолкатели 3, на которые воздействуют коромысла 4. Коромысла качаются на вставных осях 6. Гидротолкатель находится в каждом рычаге непосредственно над стержнем клапана. Масло подводится к гидротолкателю от вставной оси через продольное сверление 5 в рычаге клапана. Равномерное распределение давления в зоне контакта рычага с клапаном обеспечивается подпятником 2. Для уменьшения потерь на привод клапанов в указанном коромысле трение скольжения заменено трением качения, за счет применения ролика.

Рис. Гидротолкатель с коромыслом:1 – стержень клапана; 2 – подпятник; 3 – гидротолкатель; 4 – коромысло; 5 – продольное сверление; 6 – ось

Принцип действия гидротолкателя с коромыслом аналогичен чашечному гидротолкателю.

ustroistvo-avtomobilya.ru

УСТРОЙСТВО ПРИВОДА КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ

Техническое решение относится к двигателям внутреннего сгорания. Оно касается привода подъемного клапана газораспределительного механизма поршневого двигателя.

Известны различные приводы впускных и выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания, представленные, например, в патентах №№2136901, 2173393, 2328605, 2330164, выданных в Российской Федерации. Однако при этих приводах невозможно изменять частоту открытия и закрытия клапанов.

Задача - создание особого привода клапана двигателя внутреннего сгорания, при котором можно принудительно изменять частоту открытия и закрытия клапана при необходимости перевода двигателя с четырехтактного цикла работы на двухтактный цикл в некоторых его цилиндрах.

Решение задачи создания привода клапана двигателя внутреннего сгорания, при котором можно принудительно изменять частоту открытия и закрытия клапана, обеспечено тем, что устройство привода клапана двигателя, содержащее кулачковый вал, снабжено валом с эксцентриком, на котором установлено коромысло, одно из плеч коромысла расположено напротив кулачка упомянутого кулачкового вала, а другое плечо расположено напротив плеча двуплечего рычага, другое плечо которого расположено напротив толкателя клапана. При наличии в приводе клапана упомянутого кулачкового вала и вала с эксцентриком, несущего коромысло, контактирующее одним плечом с кулачком, а другим плечом контактирующее с плечом двуплечего рычага, другое плечо которого расположено напротив толкателя клапана, получаются две действующие поочередно кинематические цепи воздействия на клапан. Одна из этих кинематических цепей, в которой расположен кулачок упомянутого кулачкового вала, является основной, обеспечивающей постоянный привод клапана. Другая кинематическая цепь, в которой расположены коромысло, установленное на эксцентрике, и двуплечий рычаг, плечи которого расположены напротив коромысла и толкателя клапана, является дополнительной, позволяющей переводить двигатель с четырехтактного режима его работы на двухтактный режим в некоторых его цилиндрах для использования обычного двигателя в качестве комбинированного с продолженным расширением горячих газов при малых и средних его нагрузках для более полного использования их энергии.

Плечо упомянутого двуплечего рычага, расположенное напротив толкателя клапана, имеет две лапки, между которыми размещен упомянутый кулачок.

На фигуре 1 изображено устройство привода подъемного клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку.

На фигуре 2 показано положение этого устройства при закрытом клапане при работе двигателя по четырехтактному циклу.

На фигуре 3 показано положение этого устройства при открытом клапане при работе двигателя по четырехтактному циклу.

На фигуре 4 показано положение этого устройства при открытом клапане при работе двигателя по двухтактному циклу с приводом клапана от рычага.

На фигуре 5 показано положение этого устройства при открытом клапане при работе двигателя по двухтактному циклу с приводом клапана от кулачка.

Устройство привода подъемного клапана 1 двигателя внутреннего сгорания, представленное в укрупненном виде на фигуре 1, содержит кулачковый вал 2, имеющий постоянный привод от вала двигателя через понижающую зубчатую передачу, обеспечивающую вращение вала 2 в два раза медленнее вала двигателя. Кулачок 3 вала 2 расположен у торца толкателя 4 штока 5 клапана 1. Помимо непосредственного привода от кулачка 3 клапан 1 имеет дополнительный привод от этого кулачка. Дополнительный привод клапана 1 содержит поворотный вал 6 с эксцентриком 7, на котором установлено коромысло 8. Одно из плеч коромысла 8 расположено напротив кулачка 3 вала 2. Другое плечо коромысла 8, на котором установлен ролик 9, расположено у плеча фигурного двуплечего рычага 10 напротив выполненного на конце рычага гребня 11 с профилированной поверхностью. Рычаг 10 выполнен с лапками 12, образующими другое его плечо. Лапки 12 рычага 10 расположены напротив толкателя 4 клапана 1 по разные стороны кулачка 3. Рычаг 10 установлен на цилиндрической опоре 13, образуя с ней шарнирную связь.

Это комбинированное устройство привода клапана двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя по четырехтактному циклу в его цилиндре клапан 1 имеет привод только непосредственно от кулачка 3 (фигура 2). Во время вращения кулачкового вала 2 кулачок 3 периодически нажимает на толкатель 4 клапана 1 (фигура 3), открывая клапан для впуска в цилиндр двигателя воздуха при использовании этого клапана в качестве впускного клапана либо для выпуска из цилиндра горячего газа при использовании этого клапана в качестве выпускного клапана.

Для работы двигателя по двухтактному циклу в его цилиндре поворачивают вал 6 с эксцентриком 7, на котором расположено коромысло 8. При повороте вала 6 происходит перемещение оси коромысла 8 в сторону кулачка 3, при котором находящийся на коромысле 8 ролик 9 вступает в контакт с гребнем 11 рычага 10. При взаимодействии ролика 9 коромысла 8 с гребнем 11 рычага 10 привод с его помощью клапана 1 происходит следующим образом. Когда кулачок 3 при вращении вала 2 перемещает контактирующее с ним плечо коромысла 8, другое плечо коромысла, нажимая роликом 9 на гребень 11 рычага 10, поворачивает этот рычаг, который своими лапками 12 действует на толкатель 4 клапана 1, открывая этот клапан (фигура 4). При отходе выступа кулачка 3 от плеча коромысла 8 рычаг 10 возвращается в исходное положение, и клапан 1 закрывается. Следующее открытие клапана 1 происходит при повороте кулачкового вала 3 на 180°, когда кулачок 3 нажимает на толкатель 4 клапана (фигура 5). Таким образом, при рабочем положении коромысла 8, при котором происходит взаимодействие его ролика 9 с гребнем 11 на рычаге 10, клапан 1 открывается дважды за один оборот кулачкового вала 2, то есть в два раза чаще чем при его приводе непосредственно от кулачка 3.

Перевод двигателя с четырехтактного режима его работы на двухтактный режим в некоторых его цилиндрах позволяет использовать обычный двигатель в качестве комбинированного с продолженным расширением горячих газов при малых и средних его нагрузках для более полного использования их энергии.

edrid.ru

УСТРОЙСТВО ПОДЪЕМА КЛАПАНА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ОБЛАСТЬ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству подъема клапана для двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Впускные клапаны и выпускные клапаны двигателей внутреннего сгорания обычно управляются вращающимся кулачковым валом, предусмотренным с кулачками, которые выполняют функцию направляющих поверхностей для кулачкового следящего элемента. Следовательно, кулачковые следящие элементы претерпевают, по существу, вертикальные подъемные перемещения, которые преобразуются, через подходящие компоненты передачи перемещения, в подъемные перемещения впускных клапанов и выпускных клапанов. Открывающие и закрывающие перемещения впускных клапанов и выпускных клапанов происходят, когда поршни в соответствующих цилиндрах двигателя внутреннего сгорания находятся в фиксированных заданных положениях. Фиксированные положения для открывания и закрывания клапанов являются компромиссом, достигнутым для обеспечения хорошей работы двигателя независимо от его нагрузки и скорости. Впускные клапаны и выпускные клапаны, следовательно, не всегда открываются и закрываются в полностью оптимальных точках времени во всех условиях работы двигателя.

Управление, например, временем закрытия впускного клапана может быть преимущественным с нескольких точек зрения. Такое управление позволяет оптимизировать степень заполнения цилиндров на разных скоростях двигателя, что является желаемым, когда двигатель находится под тяжелой нагрузкой. Управление впускным клапаном также позволяет контролировать эффективную степень сжатия. Отсрочка времени закрытия впускного клапана относительно того, которое приводит к оптимальной степени заполнения, приводит к тому, что сжатие начинается позже и, следовательно, происходит во время более короткой пропорции перемещения поршня. Тем не менее, последующее расширение остается неизменным. Результатом является то, что степень расширения превосходит степень сжатия, что в конкретных условиях работы является преимущественным с точки зрения эффективности. Тем не менее, невозможно закрывать впускной клапан позже во всех рабочих условиях. Например, когда двигатель внутреннего сгорания запускается, степень сжатия была бы настолько низкой, что никакого зажигания бы не произошло.

Высокая температура выхлопных газов часто необходима для хорошей работы оборудования для доочистки выхлопных газов. Когда на двигатель внутреннего сгорания прилагается низкая нагрузка, поток воздуха через него будет большим относительно количества подаваемого топлива, приводя к низкой температуре выхлопных газов. Температура выхлопных газов может быть повышена посредством уменьшения количества воздуха, подаваемого в двигатель. Обычно используется дроссельный клапан для уменьшения количества воздуха, подаваемого в двигатель. Тем не менее, использование дроссельного клапана ведет к потерям. Управление временем закрытия впускного клапана является альтернативным способом управления потоком воздуха к двигателю.

Управление временем открытия выпускного клапана может быть использовано для повышения температуры выхлопных газов. Открытие выпускного клапана раньше нормального завершит расширение при более высокой температуре, приводя к повышенной температуре выхлопных газов. В двигателях внутреннего сгорания с наддувом турбина с приводом от выхлопных газов имеет такие размеры, чтобы обеспечивать высокое давление наддува при низкой скорости двигателя. Это значит, что турбина будет совершать обгон при высокой скорости и нагрузке двигателя. Для того чтобы избежать этого, часть потока выхлопных газов обводится в обход турбины через так называемый сбросовый затвор. Необходимость в сбросовом затворе может быть уменьшена посредством отсрочки времени открытия выпускного клапана. Это также увеличило бы эффективность.

В двигателях внутреннего сгорания с наддувом раннее открытие выпускного клапана предоставляет турбине с приводом от выхлопных газов больше энергии и, следовательно, потенциала для более высокого давления наддува. Позднее открытие выпускного клапана предоставляет больше энергии двигателю, который, следовательно, достигает большей эффективности. Следовательно, изменяемые времена открытия выпускного клапана позволяют изменять эффективность и производительность двигателя. Во время переходов также может быть преимущественным открывать выпускные клапаны позже и посредством этого достигать более быстрого увеличения давления воздуха наддува.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание устройства подъема клапана для двигателя внутреннего сгорания, которое обеспечивает изменяемое время открытия и/или изменяемое время закрытия для клапана, который может быть впускным клапаном или выпускным клапаном.

Эта задача достигается устройствами подъема клапана такого типа, как упомянутые во введении, которые отличаются признаками, обозначенными в отличительной части п. 1 формулы изобретения. В этом случае устройство подъема клапана, таким образом, содержит регулировочное устройство, которое обеспечивает перемещение средства контактирования в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения кулачкового вала, в, по меньшей мере, два положения контактирования на направляющей поверхности. Когда кулачковый вал вращается, выступающая часть случае приходит в контакт со средством контактирования в разных вращательных положениях кулачкового вала. Подъем узла и клапана, следовательно, происходит на разных этапах. На этапах, на которых желательно, чтобы клапан открывался раньше, средство контактирования перемещается посредством регулировочного устройства вдоль направляющей поверхности, против направления вращения направляющей поверхности, в новое положение контактирования, в котором выступающая часть раньше приходит в контакт со средством контактирования. Если вместо этого желательно, чтобы клапан закрывался позже, средство контактирования перемещается посредством регулировочного устройства вдоль направляющей поверхности, в таком же направлении, что и направление вращения направляющей поверхности, в новое положение контактирования, в котором выступающая часть позже приходит в контакт со средством контактирования. То, насколько раньше или позже поднимается клапан, может быть выражено как разница угла кулачкового вала относительно исходного угла открытия или угла закрытия. Следовательно, клапан может быть впускным клапаном или выпускным клапаном. В любом случае в конкретных рабочих ситуациях преимущественно изменять время закрытия и/или время открытия.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения устройство подъема клапана содержит второй узел, содержащий второе средство контактирования, выполненное с возможностью контактирования со второй периферийной направляющей поверхностью на кулачковом валу, причем второй узел может испытывать подъем, когда второе средство контактирования приходит в контакт с выступающей частью направляющей поверхности. Таким образом, кулачковый следящий элемент содержит два узла, каждый с его средством контактирования, находящимся в соприкосновении с отдельной направляющей поверхностью. С подходящей конфигурацией этих узлов, один из них может отвечать за открывающие перемещения клапана, а другой за закрывающие перемещения клапана. Первая направляющая поверхность и вторая направляющая поверхность могут иметь идентичный окружной профиль. Направляющие поверхности в этом случае имеют соответствующий периферийный профиль и выступающие части, которые находятся в фазе друг с другом на кулачковом валу. Тем не менее, можно использовать направляющие поверхности, которые не имеют одинаковый профиль и которые имеют выступающие части не в фазе друг с другом на кулачковом валу.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения первый и второй узлы присоединены к механизму передачи перемещения таким образом, что узел, который в это время испытывает повышенный подъем его направляющей поверхности, передает этот подъем клапану. Когда соответствующие средства контактирования этих узлов находятся в соответствующих положениях контактирования на имеющих одинаковый профиль направляющих поверхностях, эти узлы испытывают одновременный подъем. Перемещение средства контактирования первого узла в положение контактирования раньше, чем у второго узла, обеспечивает раннее время открытия клапана. Наоборот, перемещение средства контактирования первого узла в положение контактирования позже, чем у второго узла, обеспечивает позднее время открытия клапана. Один из узлов может быть непосредственно присоединен к механизму передачи энергии, а другой узел может содержать контактную часть, выполненную с возможностью вхождения в зацепление с соприкасающейся частью непосредственно присоединенного узла и подъема непосредственно присоединенного узла, когда другой узел испытывает более высокий подъем его направляющей поверхности, чем непосредственно присоединенный узел. Соприкасающаяся часть другого узла на этом этапе может быть расположена вертикально под соприкасающейся частью узла, который непосредственно присоединен к механизму передачи перемещения. Когда непосредственно присоединенный узел имеет более высокий подъем, он передает подъемное перемещение непосредственно к механизму передачи перемещения. Когда другой узел имеет более высокий подъем, его соприкасающаяся часть приходит в контакт с соприкасающейся частью непосредственно присоединенного узла, таким образом поднимая последний, который сам по себе передает подъемное перемещение к механизму передачи перемещения.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения регулирующее устройство содержит качающийся управляющий шпиндель, который параллелен кулачковому валу и присоединен к первому узлу через шарнирное соединение, которое расположено на радиальном расстоянии от управляющего шпинделя. Когда управляющий шпиндель качается в разные вращательные положения, узел перемещается, через поворотное соединение, в разные положения в плоскости, которая перпендикулярна управляющему шпинделю и кулачковому валу. Средство контактирования узла, таким образом, перемещается в разные положения контактирования на направляющей поверхности в упомянутой плоскости. Управляющий шпиндель может управлять впускными клапанами или выпускными клапанами в одном, нескольких или всех цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Регулирующее устройство может содержать приводное средство, которое поворачивает управляющий шпиндель в разные вращательные положения, и управляющий узел, который управляет приводным узлом на основании информации, касающейся работы двигателя внутреннего сгорания. Управляющий узел может непрерывно получать информацию, касающуюся соответствующих параметров двигателя, и управлять приводным средством так, чтобы управляющий шпиндель непрерывно приводился во вращательные положения, в которых клапан испытывает подъем на желаемых этапах. Управляющий узел может быть компьютерным узлом с программным обеспечением, соответствующим назначению.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения средство контактирования второго узла имеет неподвижное положение контактирования с направляющей поверхностью. В этом случае первое средство контактирования может быть отрегулировано в разные положения контактирования относительно средства контактирования второго узла, когда должно быть отрегулировано время открытия или время закрытия клапана. В качестве альтернативы устройство подъема клапана может содержать второе регулирующее устройство, выполненное с возможностью обеспечения прямолинейных перемещений второго узла и, следовательно, второго средства контактирования в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения кулачкового вала, между, по меньшей мере, двумя положениями контактирования на направляющей поверхности. В этом случае средства контактирования обоих узлов могут быть отрегулированы в желаемые положения на их соответствующих направляющих поверхностях. В этом случае можно регулировать как время открытия, так и время закрытия клапана.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения средство контактирования принимает форму роликового средства, выполненного с возможностью качения вдоль направляющей поверхности. Таким образом, становится минимальным трение между направляющими поверхностями и средством контактирования.

В качестве альтернативы, средство контактирования может принимать форму подходящего средства скольжения, которое скользит вдоль направляющих поверхностей. Для того чтобы средство контактирования могло следить за направляющими поверхностями с хорошей точностью, они упираются с упругой силой в направляющие поверхности. Упругая сила может быть обеспечена пружинным средством, которое стремится удерживать клапан в закрытом состоянии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны далее в качестве примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - устройство подъема клапана согласно изобретению;

фиг. 2 - кулачковый следящий элемент с фиг. 1 в первом состоянии;

фиг. 2 - кулачковый следящий элемент с фиг. 1 во втором состоянии;

Фиг. 4 - вид сбоку второй направляющей поверхности;

Фиг. 5 - вид сбоку первой направляющей поверхности;

фиг. 6 - подъем клапанов как функция угла кулачкового вала; и

фиг. 7 - устройство подъема клапана согласно второму варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 изображена часть цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр содержит камеру 1 сгорания, образованную подвижным поршнем 2. Клапан 3 виден в цилиндре. Клапан 3 может быть впускным клапаном для управления подачей воздуха в камеру 1 сгорания или выпускным клапаном для управления извлечением выхлопных газов из камеры 1 сгорания. Цилиндры в этом случае имеют два впускных клапана и два выпускных клапана, несмотря на то, что только один клапан виден на фиг. 1. Каждый из клапанов 3 присоединен к клапанной пружине 4, которая стремится удерживать клапан 3 в закрытом состоянии. Двигатель внутреннего сгорания в этом варианте осуществления предусмотрен с низко расположенным кулачковым валом 5, который выполнен с возможностью вращения со скоростью, связанной со скоростью двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания в качестве альтернативы может быть предусмотрен с одним или более высоко расположенными кулачковыми валами. Кулачковый вал 5 выполнен с возможностью вращения вокруг оси 5а вращения. Кулачковый вал 5 предусмотрен с периферийными направляющими поверхностями 6, 7 (см. фиг. 2). Кулачковый следящий элемент 8 выполнен с возможностью контактирования с направляющими поверхностями 6, 7. Кулачковый следящий элемент 8 содержит первое роликовое средство 9, выполненное с возможностью контактирования с первой направляющей поверхностью 6, и второе роликовое средство 10, выполненное с возможностью контактирования со второй направляющей поверхностью 7.

Толкатель 11, установленный, по существу, вертикально, имеет нижний конец, шарнирно присоединенный к кулачковому следящему элементу 8, и верхний конец, шарнирно присоединенный к компоненту 12, который жестко установлен на коромысле 13. Верхнее шарнирное соединение толкателя 11 содержит сферическое гнездо, присоединенное к сферической части компонента 12. Компонент 12 содержит регулировочный винт и гайку для регулируемого прикрепления компонента 12 к первому концу коромысла 13. Коромысло 13 осуществляет поворотное качание в средней части вокруг сочленения 14. Коромысло 13 имеет у второго конца, на стороне, противоположной сочленению 14, поверхность контактирования, выполненную с возможностью контактирования с клапанной вилкой 15. На фиг. 1 изображена клапанная вилка 15 при виде сбоку. Клапанная вилка 15 выполнена с возможностью передачи управляющих перемещений к двум клапанам 3 в цилиндре 1. Толкатель 11, компонент 12, коромысло 13 и клапанная вилка 15 являются компонентами механизма передачи перемещения, целью которого является преобразование направляющих перемещений от кулачкового следящего элемента 8 в открывающие и закрывающие перемещения клапанов 3.

Кулачковый следящий элемент 8 содержит первый узел 16, который сам по себе содержит первое роликовое средство 9. Первый узел 16 имеет у одного конца шарнирное соединение с двумя выступающими соединительными элементами 19, жестко установленными на вращаемом управляющем шпинделе 20.

Посредством поворота управляющего шпинделя 20 и соединительных элементов 19 можно перемещать первый узел 16 вдоль направляющей поверхности 6 в плоскости, которая перпендикулярна оси 5а вращения кулачкового вала. Управляющий шпиндель 20 поворачивается в желаемое положение вращения посредством схематично изображенного приводного средства 21, приводимого в действие управляющим узлом 22. Приводное средство 21 может быть приведено в действие электрически, пневматически или гидравлически. Управляющий узел 22 может быть компьютерным узлом с соответствующим программным обеспечением. Кулачковый следящий элемент 8 также содержит второй узел 17, присоединенный к толкателю 11. Второй узел 17 содержит второе роликовое средство 10. Первый узел 16 содержит контактную часть с поверхностью 23 контактирования. Второй узел содержит контактную часть в форме соприкасающегося ролика 24, расположенного вертикально над поверхностью 23 контактирования.

Посредством качания управляющего шпинделя 20 и соединительных элементов 19 можно позиционировать первое роликовое средство 9 в разных положениях 9a контактирования на направляющей поверхности 6. На фиг. 2 изображен управляющий шпиндель 20 в первом вращательном положении. На этом этапе соединительные элементы 19 управляющего шпинделя 20 удерживают первый узел 16 в положении, в котором первое роликовое средство 9 соприкасается с первой направляющей поверхностью 6 в положении 9a1 контактирования, расположенном, по существу, прямо над осью 5а вращения кулачкового вала 5. На фиг. 3 изображен управляющий шпиндель 20 во втором вращательном положении. На этом этапе соединительные элементы 19 управляющего шпинделя 20 переместили первый узел 16 в положение, в котором первое роликовое средство 9 соприкасается с первой направляющей поверхностью 6 во втором положении 9a2 контактирования. Второе роликовое средство 10, таким образом, соприкасается со второй направляющей поверхностью 7. Второе роликовое средство 10 расположено так, чтобы всегда иметь контакт со второй направляющей поверхностью 7 в положении 10а контактирования, расположенном, по существу, вертикально над осью 5а вращения кулачкового вала 5. Управляющий шпиндель 20 может управлять впускными клапанами или выпускными клапанами в одном, нескольких или всех цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 4 изображена вторая направляющая поверхность 7 в плоскости, которая перпендикулярна оси 5а вращения кулачкового вала. Второе роликовое средство 10 здесь расположено на второй направляющей поверхности 7 в положении 10а контактирования. Здесь отмечена радиальная ось r0, проходящая от оси 5а вращения к положению 10а контактирования. Направляющая поверхность 7 содержит выступающую часть 7a, которая имеет поверхность, расположенную на большем радиальном расстоянии от оси 5а вращения кулачкового вала, чем остальная направляющая поверхность 7. Выступающая часть 7a содержит исходную часть 7a1, максимальную часть 7amax и конечную часть 7a2. На диаграмме отмечена радиальная ось 7rmax от центра 5а вращения кулачкового вала к максимальной части 7amax. Когда кулачковый вал 5 вращается, радиальная ось 7rmax будет принимать изменяющиеся углы v относительно радиальной оси r0. Мы обозначаем здесь этот угол как угол v кулачкового вала 5.

На фиг. 6 непрерывная кривая 25 представляет подъем d, приданный клапанам 3, как функцию угла v кулачкового вала, определенную выше. Подъем d клапана начинается, когда второе роликовое средство 10 приходит в контакт с исходной частью 7a1. Угол кулачкового вала на этом этапе равен примерно -50°, то есть 310°. Во время продолженного вращательного перемещения кулачкового вал 5, выступающая часть 7a осуществляет увеличение подъема второго роликового средства 10 и, следовательно, клапанов 3. Когда максимальная часть 7amax приходит в контакт с роликовым средством 10, клапаны 3 находятся на высоте максимального подъема. Угол v кулачкового вала 5 на этом этапе равен 0°. Во время продолженного вращения кулачкового вала 5 выступающая часть 7a осуществляет уменьшение подъема второго роликового средства 10. Когда конечная часть 7a2 приходит в контакт с роликовым средством 10, клапаны 3, по существу, закрыты. Угол v кулачкового вала 5 на этом этапе равен примерно 50°.

На фиг. 5 изображена первая направляющая поверхность 6 в плоскости, которая перпендикулярна оси 5а вращения кулачкового вала. Как вторая направляющая поверхность 7, первая направляющая поверхность 6 содержит выступающую часть 6a, которая имеет поверхность, расположенную на большем радиальном расстоянии от оси 5а вращения кулачкового вала, чем остальная направляющая поверхность 6. Выступающая часть 6a содержит исходную часть 6a1, максимальную часть 6amax и конечную часть 6a2. Первое роликовое средство 9, следовательно, выполнено с возможностью перемещения вдоль направляющей поверхности 6 в упомянутой плоскости к разным положениям 9а контактирования с направляющей поверхностью 6. Первое роликовое средство 9 здесь представлено непрерывной линией в первом положении 9a1 контактирования, как на фиг. 2, и штриховой линией во втором положении 9a2 контактирования, как на фиг. 3. Первое положение 9a1 контактирования, таким образом, расположено, по существу, вертикально над осью 5а вращения кулачкового вала. На этой диаграмме отмечена радиальная ось r1, проходящая от оси 5а вращения к положению 9a1 контактирования. Также отмечена радиальная ось 6rmax, проходящая от центра 5а вращения кулачкового вала к максимальной части 6amax.

Когда первое роликовое средство 9 находится в положении, проиллюстрированном непрерывной линией на фиг. 5, оно находится в положении 9a1 контактирования на направляющей поверхности 6, которое соответствует положению 10а контактирования второго роликового средства 10 на направляющей поверхности 7. Первое роликовое средство 9 испытывает в этом положении 9a1 контактирования вертикальное подъемное перемещение, подобное второму роликовому средству 10 во время работы кулачкового вала 5. Подъем первого роликового средства 9 начинается, когда оно приходит в контакт с исходной частью 6a1 выступающей части 6a. Во время продолженного вращательного перемещения кулачкового вала 5 выступающая часть 6a осуществляет увеличение вертикального подъема первого роликового средства 9.

Когда максимальная часть 6amax приходит в контакт с роликовым средством 9, она увеличивает максимальную высоту подъема. Во время продолженного вращательного перемещения кулачкового вала 5 выступающая часть 6a осуществляет уменьшение вертикального подъема первого роликового средства 9. Когда конечная часть 6a2 приходит в контакт с роликовым средством 9, подъем, по существу, заканчивается. Когда первое роликовое средство 9 находится в первом положении 9a1 контактирования, оно, таким образом, осуществляет подъем, который точно соответствует второму роликовому средству 10 на соответствующих углах v кулачкового вала 5. В этом случае два узла 16, 17 кулачкового следящего элемента 8 осуществляют идентичные подъемы. Второй узел 17 передает подъемное перемещение к клапанам 3 через механизм 11-15 передачи перемещения. Поверхность 23 контактирования первого узла 16 соприкасается с соприкасающимся роликом 24 второго узла 17. Здесь как первый узел 16, так и второй узел 17, таким образом, помогают придавать вертикальное перемещение вверх, которое преобразуется в подъемные перемещения клапанов 3.

В ситуациях, в которых он получает информацию, которая означает, что нужно удлинить подъем клапанов 3, управляющий узел 22 приводит в действие приводное средство 21, которое поворачивает управляющий шпиндель 20 во положение вращения, изображенное на фиг.3. Соединительные элементы 19 управляющего шпинделя 20 здесь перемещают первый узел 16 в положение, в котором первое роликовое средство 9 соприкасается с первой направляющей поверхностью 6 в положении 9a2 контактирования. Во время последующего рабочего процесса подъем клапана начинается, когда угол v кулачкового вала 5 равен -50°. На этом этапе второе роликовое средство 10 приходит в зацепление с исходной частью 7a1. Выступающая часть 7a поднимает второе роликовое средство 10 и второй узел 17. Поскольку соприкасающийся ролик 24 второго узла 17 расположен вертикально над поверхностью 23 контактирования первого узла 16, второй узел 17 может осуществлять подъем без влияния на первый узел 16. Первый узел 16 передает его подъемное перемещение к клапанам 3 через механизм 11-15 передачи перемещения. Исходная часть 6a1 первой направляющей поверхности 6 еще не достигла первого роликового средства 9, так как первое роликовое средство 9 переместилось к положению 9a2 контактирования. Только когда кулачковый вал 5 повернется дальше и достигнет угла v, равного примерно -25°, исходная часть 6a1 придет в положение 9a2 контактирования с первым роликовым средством 9. Во время продолженного вращения кулачкового вала 5 выступающая часть 6a осуществляет подъем первого роликового средства 9 и первого узла 16.

Когда кулачковый вал 5 достигает угла v, равного 0°, второе роликовое средство 10 достигло максимальной высоты подъема. Во время дальнейшего вращения кулачкового вала 5 второе роликовое средство 10 и второй узел 17 начинают падать вниз. Через несколько градусов после угла в 0° первое роликовое средство 9, которое в этой ситуации, таким образом, перемещается вверх, достигнет такой же высоты, как второе роликовое средство 10, которое перемещается вниз. На этом этапе поверхность 23 контактирования первого узла приходит в контакт с соприкасающимся роликом 24 второго узла. Поскольку она расположена вертикально под соприкасающимся роликом 24, поверхность 23 контактирования заканчивает перемещение вниз второго узла 17. На этом этапе второе роликовое средство 10 теряет контакт со второй направляющей поверхностью 7. Поверхность 23 контактирования первого узла 16 удерживает второй узел 17 в почти максимально поднятом состоянии до тех пор, пока максимальная часть 6amax не придет в контакт с роликовым средством 9, которое происходит, когда угол v равен примерно 25°. Когда максимальная часть 6amax прошла первое роликовое средство 9, первый узел 16 и второй узел 17 падают вниз. Результатом этого является закрывающее перемещение клапанов 3. Закрывающее перемещение заканчивается, когда конечная часть 6a2 приходит в контакт с первым роликовым средством 9, что происходит, когда угол v равен примерно 75°.

В этом состоянии клапаны 3, таким образом, претерпевают открывающее перемещение, образованное вторым узлом 17, и закрывающее перемещение, образованное первым узлом 16. В это же время клапаны 3 предусмотрены с удлиненным периодом открытия, связанным с угловой разницей Δv между положением 10a контактирования второго роликового средства и положением 9a контактирования первого роликового средства. В этом случае, когда первое роликовое средство 9 находится в положении 9a2 контактирования, угловая разница Δv равна примерно 25°. В пересчете на углы коленчатого вала это будет составлять примерно 50°, поскольку коленчатый вал вращается в два раза быстрее кулачкового вала 5. Прерывистая кривая 26 представляет удлиненный период открытия для клапанов 3, когда первое роликовое средство 9 находится в положении 9a2 контактирования. Тем не менее, можно перемещать первое роликовое средство 9 к одному или более положениям 9a контактирования между положениями 9a1, 9a2 контактирования. Кривые 27, 28 иллюстрируют два примера этого. Можно поворачивать управляющий шпиндель 20 так, чтобы первое роликовое средство 9 могло быть приведено бесступенчато в любые желаемые положения 9a контактирования между положениями 9a1, 9a2 контактирования.

В упомянутом выше варианте осуществления регулируется время закрытия клапанов 3. Время открытия клапанов может быть отрегулировано подобным способом. Самым простым способом для этого является изменение направления вращения кулачкового вала 5. Пунктирная кривая 29 на фиг. 6 представляет пример, в котором клапаны 3 открываются раньше.

На фиг. 7 изображен альтернативный вариант осуществления, в котором два узла 9, 10 кулачкового следящего элемента 8 являются подвижными в плоскости, которая перпендикулярна кулачковому валу 5. Такие же компоненты 19-22 используются здесь для регулировки роликовых средств 9, 10 узлов 16, 17 на разные положения контактирования на соответствующих направляющих поверхностях 6, 7. Таким образом, дополнительное описание того, как это происходит, не приводится. В этом случае могут быть отрегулированы как время открывания, так и время закрывания клапанов 3.

Изобретение ни коим образом не ограничено вариантом осуществления, к которому относится чертеж, и может быть свободно изменено в объеме прилагаемой формулы изобретения.

edrid.ru

Устройство клапанов двигателя

Изучение деталей привода своего автомобиля - процесс долгий, но в итоге вы будете обладать таким количеством знаний, которое позволит вам ремонтировать детали машины и производить их замену только своими силами, без обращения в автомобильный сервис. Это, как минимум, сэкономит ваш бюджет, но, что не менее важно, разовьет ваш кругозор и интеллект. Чтобы стать автомобильным гуру, нужно понимать, какие элементы привода выполняют те или иные задачи. Двигатель - основная часть машины, которая принимает важнейшее участие в ее ходе, поэтому знать устройство клапанов двигателя не будет лишним. Каждый клапан состоит из нескольких частей, выполняющих определенную задачу. Рассмотрим их подробнее. 

Основа работы клапанов

Устройство клапанов двигателя довольное простое: стержень и головка. Головка, в свою очередь, имеет фаску, которая связана с седлом той же формы, что и сама головка (конус). Возвращаясь к стержню, следует отметить, что он вставляется во втулку, которая направляет его в нужную сторону. Конец стержня имеет так называемую выточку. Она нужна для того, чтобы в нее вставлялся "сухарик". Далее цепочка усложняется - на такой сухарик опирается специальная шайба, которая также является надежной опорой для пружины. Функция пружины - как можно сильнее прижимать клапан к его седлу, а такую деталь, как толкатель - к "кулачку", точнее, к его поверхности. Кулачек относится к элементу стального распределительного вала. Для общей информации расскажем, зачем в клапанной системе необходим вал. Эта стальная деталь двигательного механизма оснащена шестерней, которая задает действие масляному насосу, без чего вся работа клапанов будет бесполезна. Чтобы все названные элементы привода работали без сбоев и выдерживали большие нагрузки, их закаливают в специальных заводских условиях. Помимо вышеперечисленных запчастей, двигатель имеет инжектор, который отвечает за стабильную работу насоса. Теперь, когда вы поняли общий принцип работы двигательного механизма, вы лучше представляете, как действует устройство клапанов.

Понимание элементов двигателя и процесс их работы приходит с опытом

Двигатели и устройство их клапанной системы сложны в понимании только на первый взгляд. Клапанные части в двигателе одинаково важны. Работа каждого клапана и клапанного устройства в целом характеризует весь двигатель. Если говорят о его мощности, то имеют ввиду, что клапаны работают в полную силу, а сам клапанный механизм оснащен клапанами в количестве более восьми штук. С поломанным клапаном двигатель начинает барахлить и вскоре становится неисправным, поэтому каждый клапан должен работать без сбоев.

 

Принцип действия всей клапанной системы очень взаимосвязан. Работа по распределению выходящего газа и входящего топлива - непрерывна, и чем больше клапанов, тем лучше она налажена.

klapany-dvigatelya.mya5.ru

Система электромагнитов под названием Electromagnetic Valve Actuator заменит ДВС

Все двигатели внутреннего сгорания, за исключением тех, в которых используется прямой впрыск, наделены так называемыми клапанами. На каждый рабочий цилиндр приходится как минимум 2 клапана (впускной и выпускной), либо 4. Кулачок распределительного вала в нужный момент надавливает на клапан, вследствие чего происходит открывание последнего. На самом деле, подобная схема не лишена недостатков.

Главным недостатком является то, что фаза открытия клапана при использовании кулачкового механизма всегда остается постоянной. Эту фазу можно регулировать, но при работе двигателя она не изменится. Было выяснено, что с изменением частоты оборотов меняется и оптимальное значение фазы. Но двигатель с управляемой фазой открытия клапанов не может быть создан, если не отказаться от идеи использования кулачкового механизма.

Электромагнитные клапаны

Заменить кулачковый механизм можно электромагнитом и пружиной, возвращающей клапан на место в процессе его закрытия. Как показали исследования, проведенные российскими инженерами, одной пружины окажется мало – нужен второй электромагнит, запирающий.

Фирма Renault разработала систему электромагнитных приводов, которую можно использовать вместо кулачковых механизмов. Разработка получила название Electromagnetic Valve Actuator (EVA), и, разумеется, она найдет применение в серийных двигателях Renault. На каждый клапан бензинового мотора, оснащенного устройством EVA, приходится два электромагнита: открывающий и запирающий. В отсутствие напряжения бортсети все клапаны должны быть закрыты, поэтому конструкция дополнена пружинами. Каждая из пружин удерживает клапан в исходном состоянии.

Недостатки системы EVA

Оказалось, что электромагниты, применяемые вместо кулачкового механизма, потребляют значительную мощность. Удерживая клапан в открытом положении, электромагнит расходует 70 Ватт. Сила тока, подводимая к каждому электромагниту, будет находиться в пределах 6 Ампер, но умножив эту цифру на число клапанов, мы получим чудовищное значение. В компании Renault решили так: двигатели, оборудованные системой EVA, должны комплектоваться электрооборудованием, рассчитанным на 48 Вольт. Что, как можно понять, сейчас является проблемой.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

autozam.ru