Кулачок механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к машиностроению , в частности к двигателестроению, и может быть использсвано при проектировании и доводке механизма привода клапанов с плоскими толкателями высокооборотных двигателей средней мощности. Кулачок, поверхность подъема АоАВСДЕРС и поверхность опускания АоА В С Д ЕТ С которого состоят из участков, определяемых кривой второй производной по углу поворота кулачИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. t Известен кулачок для привода клапана в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания с поверхностью подъема и поверхностью опускания, состоящий из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, выполненный в виде отрезка , которая на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА (Ао1 А), продолжительность которого определяется из условия соблюдения допустимой скорости посадки клапана на седло, выполнены в виде одной четверти волны косинусоиды с нулевым значением в конце участка и перемещением толкателя в конце участка, равным сумме величин теплового зазора и упругой деформации привода, измеренных со стороны толкателя, на участке разбега - в виде сопряженных между собой отрезков наклонных прямых АВ(А В ) и СД(С Д ), образующих равнобедренную трапецию АВСД (А В С Д ), а на участке выбега - в виде сопряженного с ветвями квадратных парабол ДЕ(Д Е ) и FC (F С1) отрезка наклонной прямой EF(E F ) с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка в начале подъема толкателя при наибольшем значении первой производной подъема толкателя по углу поворота кулачка и в конце его подъема . 4 ил. ков косинусоиды, синусоиды и квадратной параболы. Данный кулачок обеспечивает приемлемую динамику привода и заданную допустимую скорость посадки клапана на седло Однако данный кулачок характеризуется низкими значениями коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя и несоблюдением заданных фаз газораспределения в сторону уменьшения последних, причиной которого является податливость звеньев механизма привода, а введение на (Л С 3 W о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Г 01 1/08 17 09Я
«1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858606/06 (22) 14.08,90 (46) 30.07.92. Бюл; М 28 .(71) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им. С.M.Киро.ва (72) В.И.Мороз, А.В.Братченко, Ю.И.Гурьев и С.А.Минак (53) 621.43 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1624195, кл. F 01 L 1/08, 27.06.1989; (54) КУЛАЧОК МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО
СГдРАНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть испольэсвано при проектировании и доводке механизма привода клапанов с плоскими толкателями высокооборотных двигателей средней мощности. Кулачок, поверхность подъема АоАВСДЕРС и поверхность опускания АоА В С Д Е РС которого состоят из участков, определяемых кривой второй производной по углу поворота кулачИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания.
Известен кулачок для привода клапана в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания с поверхностью подъема и поверхностью опускания, состоящий из участков, .определяемых кривой второй производной подъема толкэтеля по углу поворота кулачка. выполненный в виде отрез„„!Ж,„, 1751367 А1 ка, которая на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА (Ао А), продолжительность которого определяется из условия соблюдения допустимой скорости посадки клапана на седло, выполнены в виде одной четверти волны косинусоиды с нулевым значением в конце участка и перемещением толкателя в конце участка, равным сумме величин теплового зазора и упругой деформации привода, измеренных со стороны толкателя, на участке разбега — в.виде сопряженных между собой отрезков наклонных прямых АВ(А В ) и СД(С Д ), образующих равнобедренную трапецию
АВСД (А В С Д ), а на участке выбега — в виде сопряженного с ветвями квадратных парабол ДЕ(Д Е ) и FI: (F С ) отрезка наклонной прямой EF(E F ) с нулевыми значениями второй производной подьема толкателя по углу поворота кулачка в начале подьема толкателя при наибольшем значении первой производной подьема толкателя по углу поворота кулачка и в конце его подъема. 4 ил. ков косинусоиды, синусоиды и квадратной параболы.
Данный кулачок обеспечивает приемлемую динамику привода и заданную допустимую скорость посадки клапана на седло, Однако данный кулачок характеризуется низкими значениями коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя и несоблюдением заданных фаз газораспределения в сторону уменьшения последних, причиной которого является податливость звеньев механизма привода, а введение нэ
1751367 к
1ф(к+ о 2 - к(1+ к — 1
g,s(л+з Р к (s+ -„",, ) (к фэ> "3 (" " л профиле кулачка участка вврхнего стояния Укаэанный недостаток снижает эффекобуславливает появление "мягких ударов", тивность применения кулачков, реализуюа следовательно, увеличение динамических щих данный закон изменения ускорений толкателя, l1
Наиболее близким к предлагаемому по 5 Цель изобретения — достижение претехнической сущности является кулачок с дельных значений коэффициента полноты поверхйсФью подъеь аиповерхностьюопу- диаграммы подъема толкателя при заданскания, образованный из участков, опреде- ных фазах газораспределения, допустимых ляемых кривой второй производной наибольших уровнях второй производной по)съема толкателя по углу поворота кулач- 10 подъема толкателя и запасе клапанных прука, кривая выполнена в виде сопряженных жин по силам инерции. между собой отрезков прямых в области Указанная цель достигается тем, что в положительных значений второй производ- кулачке механизма газораспределения двиной подъема толкателя, представляющих гателя внутреннего сгорания с плоским толсобой равнобедреннуютрапецию, и сопря- 15 кателем, содержащем рабочую часть, женного с ветвями квадратных парабол от- образованную симметричными поверхнорезка наклонной наклонной прямой в области стями подъема и опускания, описываемыми отрицательных значений второй производ- кривой второй производной подъема толканой подъема толкателя с нулевыми значени- теля, причем каждая иэ поверхностей на ямивторойпроизводнойподьематолкателя 20 участке положительных значений второй в начале подъема, при наибольшем эначе- производной подъема толкателя образовании первой производйой подъема толкателя на тремя отрезками, при этом первь и и треи в конце его подъема, тий выполнены в виде наклонных прямых, Однако выполненные эксперимленталь- сопряженных горизонтальной прямой — а на но исследования работы привода клапанов 25 участке отрицательных значений — в виде высокооборотного дизеля средней мощно- сопряженных наклонной прямой ветвей сти показали, что реальные фазы газорасп- квадратных парабол, кулачок дополниределения существенно отличаются от тельно снабжен участком выборки теплотеоретических, заданных профилем кулач- вого зазора и компенсации упругих ка, в сторону уменьшения продолжительно- 30 деформаций привода, выполненным в виде сти открытия клапанов, например для четверти волны косинусоиды с нулевым выпускного клапана это уменьшение со- значением второй производной и переместавляет 18 — 20 угла поворота коленчатого щением толкателя в конце участка и размевала, а для опускного клапана 12 угла по-. щенным в начале рабочей части кулачка до ворота коленчатого вал, а оленчатого вала, 35 noaeðõíîñòè подьема, а продолжительность
На фиг. 1 сплошной (кривая 1) и пунк- . участков определяется по следующим завитирной (кривая 2) линиями показаны соот- симостям: с ветственно теоретический и реальный
2 перемещения клапана механизма газорасп- „ф „д „„, Ф.(„,, „ <к,ф> З к л к, +к
Ф
an(,Horo "время ce eH e" клапана на 6 — 10о 15(к 1> ° 2, к(1 к к 1 л л к 1 меньше теоретической, что обуславливает .„к „„(ь- .г<, < .У невысокий расход, воздуха через двигатель, а следовательно, недостаточно эффективное протекание газообменных процессов в 45 цилиндре дизеля.
Обеспечение заданной продол>кительности открытия клапана путем обеспечения увеличения участка верхнего стояния недоР 2иГ пустимо из-за незначительной величины ra- 50 рантированного зазора между клапаном и поршнем при движении последнего вблизи верхней мертвой точки.
Выборка теплового зазора и компенса- . где (р — протя>кенность участка разбега; ция упругой деформации привода рабочим 55 pz — протяженность участка выбега; профилем кулачк ф кулачка приводит к зйачитель- 6 — величина теплового зазора в механым динамическим нагрузкам в механиз- низме газораспределения; ме привода кл а клапанов с плоским толкателем Ъ вЂ” начальная деформация привода мевысокооборотного дизеля средней мощно- ханизма газораспределения;
СТИ.
1751367 х1 — заданный допустимый наибольший уровень положительных значений второй производной подъема токателя; хз — заданный допустимый наибольший уровень отрицательных значений второй производной подъема толкателя;
Фо- протяженность участка выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода, на котором вторая производная подъема толкателя изменяется по косинусоидальному закону;
Ф1 — протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя на участке разбега изменяется по линейному закону;.. Ь вЂ” протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя на участке выбега изменяется по закону. квадратной параболы;
К вЂ” коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины.
На фиг; 1 сплошной (кривая 1) и пунктирной (кривая 2) линиями показаны соответственно теоретическое и реальное перемещение клапана механизма газораспределения дизеля 6ЧН13/11,5; на фиг, 2теоретическое (сплошной линией) и реальное (пунктирной линией) перемещение клапана при применении в кулачковом механизме привода клапанов с плоскими толкателями высокооборотного дизеля средней мощности заявляемого кулачка; на фиг, 3 — контур возможного варианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной части Ас Ао с радиусом 4, дугой окружности GOG при вершине с радиусом Яео и соединяющими их профильными кривыми АоАВСДЕР6 и
Ао А В С Д Е F G, которые, например, могут быть симметричны. На фиг, 4 изображены графики высоты подъема х толкателя, а также первой х и второй х производных подъема толкателя по углу поворота кулачка.
Профилируемая поверхность подъема
АоАВСДЕг.6 (фиг. 3) на участке выборкитеплового зазора и компенсации упругой деформации привода АоА определяется кривой второй производной подъема толкателя х в виде одной четверти волны ко- синусоиды с нулевым значением в конце
/частка и перемещением толкателя, равным сумме величин теплового зазора и упругой деформации привода, на участке разбега (х 0) АВСД определяется кривой второй производной подъема толкателя с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей из сопряженных между собой отрезков АВ, ВС, и СД, представляющих собой равнобедренную трапецию
АВСД (фиг. 4) с высотой, оавной наибольшему допустимому уровню второй производной подъема толкателя х1, а на участке
5 выбега {х «О) определяется кривой QEFG c нулевыми значениями второй производной в начале и в конце участка, состоящего из сопряженного с ветвями квадратных парабол ДЕ и FG отрезка наклонной прямой EF, 10 при этом экстремум квадратной параболы на участке ДЕ по оси ординат равен хр„экс тремум квадратной параболы на участке FG по оси ординат равен наибольшему допустимому заданному значению второй про15 изводной подъема толкателя в области отрицательных значений хз. Значение хг находится из соотношения:
Х2 = Хз/К где К вЂ” коэффициент, зависящий от характе20 ристики клапанной пружины.
Значение величины х, х и х (фиг. 4) по участкам вычисляются.по следующим зависимостям. участок 0
Л Л
Хо = Хое рф — COS (ф ф); о .. o
Л . X
Хо = X«рф- S1n (@-ф); о о хо = хое(1 — соз(у — p)).
30 л Ь+Ъ участок 1 0 « о «Ф
° Р х1 х1- P х1 х1
+ С11 х1- — „-p +Си р+ Си
kj
55 где xoe — величина, равная сумме величин теплового зазора и начальной деформации
35 привода;
Хое = А+ ZH
Л- величина теплового зазора в механизме газораспределения;
ZH — начальная деформация механизма
40 газораспределения; хое аналог.величины допустимой скорости посадки клапана на седло, отнесенный к оси толкателя;
Фо — протяженность участка выборки .
45 теплового зазора и компенсации упругой деформации привода, определяемая из следующей зависимости
1751367 л-г.
Xmax — R 4Фо участок И < р < % Xmax ,,5+ Ма(3(1 !) хл=х!; .х!! = х1p+ Сг1, хл = 0,5 р xl + С21 у 4- С22. с 5 х х !у - Ф + Я+Я# зф + !)(ЗРг — 2Фд) хвэх х1 ((/)1 Ф1) 2 © k участок II! 0<у < Ф1 где x » — заданная величина подъема толкателя; >III = х1 у p 10 хп х — наибольшее значение первой ч производной подъема толкателя по углу пох1 2 xltl = х1 p — р-„. + C31 ворота кулачка. Предлагаемый кулачок работает следу2 У xll! = 0,5 х! P 6 P + C31ф+ С32 ющим образом. 15 При вращении кулачка, контактируя с последним в районе дуги АоАо (фиг. 3), толкатель (не показан) неподвижен. При набегании выступа кулачка на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с 20 поверхностью АоА на участке выборки теплового зазора и компенсации упругой деформации привода вторая производная подъема толкателя х (фиг. 4) изменяется от хо до О, на участке АВ изменяется от 0 до 25 наибольшего допустимого значения х1, на участок V О « p % участке ВС вЂ” постоянная и равна наибольшему допустимому значению х1, на участке k — 1 хз, СД вЂ” изменяется от х1 до О, на участке ДЕ— хн=-хэ % с изменяется от О до хг, на участке EF — изме+ С5, 30 няется от х2 до наибольшего допустимого значения хз, на участке FG — изменяется от хз . + C51 С52 х3 до О. В конце участка FG толкателя под6" . 4 . нимается на заданную высоту х„» (фиг. 4а), причем первая и вторая производные подь35 ема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг, 4 б, в). При контакте толкателя с профилем кулачка по хн! = — " Р - хз; дуге GOG (участок верхнего стояния) толкатель неподвижен. хн! = — p - хз С51: 40 При контакте толкателя с поверхностью опускания Ао А В С Д Е F G, симметричхн! = 4 0,5" 2+ C р+ С52 ной поверхности подъема Ао АВСДЕГ6, 12 Q движение толкателя совершается в обратной последовательности, ГДЕ 11, 12, 21, 22, 31, 41, С, С, С, С, Сз1, Сц, С4г, С51, С52, 45 Применение предлагаемого кулачка по С51, С52 — постоянные интегрирования, on- сравнению с прототипом в механизме прис овия плавного сопряже- вода клапана с плоским толкателем высокония на границах профиля кулачка, т.е. оборотного двигателя средней мощности равенства подъемов х, первых производных позволяет при заданных фазах гэзораспрех и вторых производных х подъема толкате- 50 деления. допустимых наибольших уровнях и ля на границах сопрягаемых участков, при запасе клапанной пружины по силам инерции обеспечить заданные фазы гаэораспрезтом Л деления и допустимую скорость посадки ) ГФь . клапана на седло, т.е. получить предельное Для плавного сопряжения профиля ку- 55 значение коэффициента полноты диаграмлачка АВСДЕГ6 с участком выборкй тепло- мы подъема клапана, а следовательно, и вого зазора и к о а и компенсации упругой предельное значение "время-сечение" кладеформации привод привода АоА и участком верх- пана, обуславливающего повышение эфнего состояния 606 необходимо выдержи- фективности протекания гаэообменных BATb следующие соотношения: процессов в цилиндре. участок IV 0< р < фз хэ 2 2хэ .. xw=,— р -ф; 1,ф k ч хэ З хэ ..2+ xIv =. уг - ф- @ ; ijv + С41: 3k Ф х!н = у — — p + С41 р+ С42 12ь <Я 3k ч;з участок И 0
