Кулачок привода клапана

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - повышение эффективности кулачка и снижение динамических нагрузок путем увеличения площади под кривой подъема толкателя и повышения плавности изменения второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Кулачок имеет поверхность подъема и поверхность опускания, каждая из которых образована своей кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Кривая второй производной состоит из участка положительных и участка отрицательных значений. Участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка. В начале движения толкателя и в точке его максимального подъема выполнены заданные начальные значения подъема и его производных по углу поворота кулачка до (п-1) порядка включительно. При этом в точках стыка отрезков, образующих участок, выбраны с заданной точностью максимальные по модулю значения второй производной, допускаемые заданными ограничениями на производные второго и более высоких порядков до n-го включительно. Последние определяются путем численного дифференцирования дискретно сформированной кривой производной второго порядка . 3 ил. Ё VJ О VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 01 1 1/08 1 99 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795185/06 (22) 23.02.90 (46) 15.06.92. Бюл. N 22 (71) Волгоградский политехнический институт (72) Е.А.григорьев и А.В,Васильев . (53) 621.43-231.2 (088.8) (56) Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, .1989, c,106 — 119.

Корчемный Л.B. Механизм газораспределения автомобильного двигателя. М,; Машиностроение, 1981, с.171-185.

Авторское свидетельство СССР

M 335425, кл. F 01 L 1/08, 1972 (прототип). (54) КУЛАЧОК ПРИВОДА КЛАПАНА (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей, внутреннего сгорания. Цель изобретения— повышение эффективности кулачка и снижение динамических нагрузок путем увеличения площади под кривой подьема толкателя и повышения плавности изменеИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания.

Известен кулачок привода клапана газораспределения двигателя внутреннего сгорания, снабженный рабочей поверхностью, образованной сопряженными между собой дугами окружностей или сопряжением дуг окружностей с отрезками прямых.

Недостатком такого кулачка является раэрывность кривой ускорения ToRêàòåëÿ.

«Ы „» 1740711 А1 ния второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. Кулачок имеет поверхность подъема и поверхность опускания, каждая из которых образована своей кривой второй производной перемещения толкателя по угЛу поворота кулачка.

Кривая второй производной состоит из участка положительных и участка отрицательных значений, Участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка. В начале движения толкателя и в точке его максимального подъема выполнены заданные начальные значения подьема и его производных по углу поворота кулачка до (n — 1) порядка, включительно. При этом в точках стыка отрезков, образующих участок, выбраны с заданной точностью максимальные по модулю значения второй производной, допускаемые заданными ограничениями на производные второго и более высоких порядков до и-го включительно.

Последние определяются путем численного дифференцирования дискретно сформированной кривой производной второго порядка. 3 ил. что приводит к повышенным динамическим нагрузкам в клапанном механизме при высокой частоте вращения кулачка.

Известен также кулачок привода клапана, профиль которого определяется задан- ным законом движения толкателя; При этом неразрывная кривая второй .производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка состоит из одного или нескольких участков, каждый из которых описывается заданной аналитической зависимостью.

1740711

Недостатком такого кулачка является фиксированная форма кривой второй производной или ее участков значительной протяженности, что препятствует совершенствованию процессов гаэообмена при ограничениях на максимальное положительное значение второй производной и снижает эффективность кулачка, определяемую временем сечения клапана. Кроме того, разрывность кривой третьей производной от подъема толкателя по углу поворота кулачка в точках стыка участков отрицательно сказывается на динамических качествах клапанного привода.

Наиболее близким к изобретению является кулачок клапанного привода, содержащий поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулаЧка и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений. При этом кривая третьей производной непрерывна в пределах участка основного движения толкателя (не включающего сбег и участок верхнего выстоя), Кроме того, с целью увеличения площади под кривой подъема толкателя предусмотрен его верхний выстой.

Недостатком данного кулачка является наличие разрывов третьей производной на стыке участков движения и верхнего выстоя толкателя, что приводит к повышенным динамическим нагрузкам, Цель изобретения — повышение эффективности и снижение динамических нагрузок путем увеличения площади под кривой подьема толкателя и повышение плавности изменения второй производной.

Укаэанная цель достигается тем, что у кулачка привода клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащего поверхности подьема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений, последние выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конца участка отрицательных значений. причем значения второй производной.в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков.

На фиг,1 приведен пример реализации кулачка приводного толкателя; на фиг,2— схема формирования закона движения толкателя; на фиг.З вЂ” фрагмент кусочно-линейного участка положительных значений второй производной.

Кулачок содержит поверхности подъема

5 и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие иэ участков положительных 1, 2 и участков отрицательных 3, 4 значений соответственно.

10 Участки 1-4 выполнены в виде кусочнолинейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участков положительных значе15 ний 1, 2 и в конце участка отрицательных значений 3, 4.

Значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на

20 производные второго и более высоких порядков, которые определены соотношением

25 где $1 — производная k-ro порядка (k > 2) в

0<)

i-й точке стыка отрезков, $(), $ -1() - производные (1-1)-го по30 рядка соответственно в i-й и (i — 1)-й точках стыка о резков;

rp p —, — углы поворота кулачка соответственно в i-й и (i-1)-й точках стыка отрезков.

Пример выполнения профиля кулачка.

Кривая закона S, определяющая поверхность подъема или опускания, а также производная S находится путем численного интегрирования дискретно за40 данной кривой второй производной

Si =Si — 1 + (St +$г — 1);

Si =Si — 1+ ($ +$! — 1), 2 л где Si-1, Si-1, $-1 — значения подъема, первой и второй производной в (i-1)-й точке, !

50 St, Si .,S — значения подьема, первой и второй производной в 1-й точке.

Участки положительных 1, 2 и отрицательных 3, 4 значений второй производной сформированы пошагово с достаточно ма55 лым шагом Лу по yrny подпорота Kóïà1Kà, начиная соответственно от начала участка

1, 2 положительных значений и конца участка 3, 4 отрицательных значений, в которых заданы начальные условия . значения подъема и его. производных по углу поворота по

1740711 (n — 1) порядок включительно, где и (n 2)-наивысший порядок производной, на кото- . рую налагается ограничения. Внутри отрезка вторая производная изменяется линейно. 5

Максимизация площади под кривой подъема толкателя достигается путем максимизации модулей значений второй производной в точках стыка отрезков на участке положительных 1, 2 и участке отрицатель- 10 ных 3, 4 значений второй производной с учетом ограничений на производные второго и более высоких порядков, вычисленных по приведенным соотношениям.

Эти ограничения имеют вид . 15 л и (!

Smln S Smax

Smin S Smax (и) " (z) (! (( где Smin . Smàx — минимальное и максимальное допустимые значения второй прои зводно г

Smin, Явах — минимальное и макси-. п) (n) мальное допустимые значения производной и и-го порядка, Участки АВ положительных и СВ отрицательных значений второй производной 30 образуются соотвегственно ат точек А и С, в которых заданы начальные условия. Участки формируются одновременно пошагово при равенстве значений S e текущих точI ках В+ и В- с требуемой степенью точности, 35 определяемой величиной шага Лу. Значения S "на каждом шаге выбираются максимальными по модулю, допускаемыми ограничениями на производные второго и .более высоких прядков. Если. на текущем 40 шаге невозможно удовлетворить ограничениям, осуществляется уменьшение модуля значения S на величину Мл на одном из предшествующих шагов, ближайшем к текущему, причем зто уменьшение должно допускаться имеющимися ограничениями на производные.

Из фиг,2а,б видно, что подъем S(+ меньше подъема S> —. После того, как зто неравенство перестанет выполняться (фиг.2г), производится уменьшение до нуля модулей, значений в точках В+ и В-, если требуется получить неразрывную кривую второй производной, Задавая в точке С $" =- O,ìoæíî получить плавное сопряжение участка АС движения толкателя и участка ОД верхнего выстоя. Кроме того, варьируя ограничениями на производные второго и более высоких порядков, можно изменять в широких пределах форму как участка положительных 1.

2, так и участка отрицательных 3, 4 значений второй. производной.

Формула изобретения

Кулачок привода клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий поверхности подьема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие иэ участка положительных и участка отрицательных значений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и снижения динамических нагрузок, участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конц(„участка отрицательных значений, причем значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков.

В+В СЮ А

В СВ А В

1740711

CB A фиг.2 в+в

1740711

А Ф ф fååå

Составитель B,Àíôèìoâ

Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор М.Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2065 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5