Шестерня привода распределительного вала двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: приводы распределительного вала двигателя внутреннго сгорания. Сущность изобретения: конструкция шестерни распределительного вала включает ступицу, венец, между которыми выполнены два концентричных относительно оси вращения, распределительного вала торообразных канала кругового очертания, параллельных между собой. В указанных каналах установлены стальные спиральные пружины. Имеются бортовые кольца, закрывающие торцы шестерни, по два кольца с левой и правой стороны. Бортовые кольца имеют профильные скосы, между ними имеются кольцевые окна. В торообразных каналах установлены фиксаторы пружин, закрепленные на бортовых кольцах. 3 ил.

Изобретение относится к механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания, в частности поршневых двигателей автомобилей, и может использоваться в машиностроении и при эксплуатации автопарка страны.

Известно, что современные системы газораспределения серийно выпускаемых поршневых двигателей обладают существенным недостатком, а именно: при изменении числа оборотов двигателя фазы газораспределения остаются неизменными.

В то время как условия работы двигателя непрерывно изменяются при увеличении (уменьшении) числа его оборотов, автозаводы вынуждены подбирать оптимальные фазы газораспределения для средних оборотов двигателя. Это отрицательно влияет на работу последнего на холостых оборотах, во время набора оборотов и в режиме торможения. Продолжительность открытия клапанов в каждой конкретной машине будет иметь какую-то определенную величину. Это явление связано с особенностями впускных и выпускных каналов, формой и диаметром клапанов, формой и объемом камеры сгорания и другими факторами.

Известно много технических решений на уровне изобретений, которые касаются изменения фаз газораспределения в двигателе внутреннего сгорания в зависимости от числа оборотов.

Практическое применение в промышленности нашли лишь системы фирмы "Мерседес", в которых изменение фаз газораспределения осуществляется посредством электродвигателей, управляемых электронными устройствами, что приносит 12-15% экономии топлива. Система фирмы "Мерседес" позволяет регулировать фазы газораспределения за счет изменения угла поворота распределительного вала двигателя. Это также описано в книге К.Ш.Гигаури, Д.Н.Джавашвили. Фазы газораспределения и токсичность отработавших газов бензиновых двигателей. Тбилиси: Мецнасреба. 1985. Авторы указывают, что на холостых оборотах двигателя изменение фаз с опережением на 20^о позволяет снизить на 40% и более выброс вредных выхлопных газов и на 20% снизить расход топлива.

В другой книге (см. А.И.Колчин, В.П.Дементьев. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М. Высшая школа, 1980, с. 47) делается заключение, что угол поворота распределительного вала механизма газораспределения, учитывая опережение и запаздывание, должен составить 40-60^о. Для каждого конкретного двигателя эта величина будет своя.

При запаздывании открытия и закрытия клапанов при числах оборотов выше средних будет использоваться инерция смесей или воздуха, что весьма эффективно не только в плане экономичности, снижения токсичности выхлопа, но и в смысле увеличения мощности и крутящего момента. Последнее увеличит не только характеристику этого двигателя, но и характеристику привода двигателя, автомобиля, трактора.

Устройство и действие механизма газораспределения описано также в книге В.И.Анохин. Отечественные автомобили. М: Машиностроение, 1964, с. 69-78. Таким образом актуальность поставленной задачи очевидна. За прототип принят патент Великобритании N 1095017, кл. F 01 L 1/34, опубл. 1967. В патенте описана шестерня распределительного вала механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания. В шестерне венец может поворачиваться относительно ступицы на ограниченный угол поворота за счет спиральных и пластинчатых пружин и фиксаторов разного рода пружин и венца относительно ступицы.

Недостатками прототипа являются малый угол поворота венца относительно ступицы, увеличение габаритов шестерни в сравнении с штатной, сложность размещения механизма на шестерне, сложность передачи довольно значительного крутящего момента c помощью указанных механизмов.

Вышеперечисленные недостатки делают патент на имеющим практического значения.

С целью практического применения предлагаемая шестерня привода распределительного вала двигателя внутреннего сгорания выполняется с торообразными каналами, расположенными внутри венца и снаружи ступицы, каналы являются направляющими для спиральных пружин, спиральные пружины, в свою очередь, являются направляющими для венца и ступицы.

Предлагается конструкция ведущей шестерни привода распределительного вала, отличающаяся тем, что внутри венца и снаружи ступицы выполнены торообразные каналы, являющиеся направляющими для спиральных пружин, причем последние, в свою очередь, служат направляющими для венца и ступицы.

Сущность изобретения состоит в том, чтобы за счет ограниченного углового поворота венца относительно ступицы достигнуть изменения фаз газораспределения в зависимости от увеличения (уменьшения) числа оборотов двигателя, что снижает выброс отработавших газов и приводит к существенной экономии топлива не менее 10% На фиг. 1 показана шестерня, вид сбоку; на фиг. 2, 3 приведены разрезы А-А и Б-Б на фиг. 1 соответственно.

Шестерня привода двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля состоит из ступицы 1 и венца 2, которые выполнены взаимоподвижными. Ступица 1 установлена на распределительном валу (не показан) известным способом. В корпусах ступицы и венца выполнены каналы 3 и 4 торообразного профиля, в которых установлены стальные спиральные пружины 5 и 6. Каналы 3 и 4 расположены параллельно между собой и одинаково удалены от оси вала.

Шестерня имеет также бортовые кольца 7 и 8, смонтированные соответственно на ступице и венце, на их боковых поверхностях посредством элементов 9 крепления. Бортовые кольца 7 и 8 имеют профильные скосы 10, и между ними имеются кольцевые окна 11.

В торообразных каналах 3 и 4 установлены фиксаторы пружин 12 и 13. С целью удобства в изготовлении они закреплены на бортовых кольцах 7 и 8, но они могут быть также установлены в корпусах венца и ступицы.

Пружины 12 и 13 устанавливаются на симметричных относительно распределительного вала участках с охватом окружности каналов порядка 120^о таким обpазом, что между ними могут быть участки без пружин по 60^о угол максимального поворота венца относительно ступицы.

В предлагаемом виде шестерня почти ничем не отличается от штатной шестерни любого легкового автомобиля. При замене шестерни заводскую метку совмещения следует сместить примерно на 20^о с опережением работы двигателя.

Работа предлагаемой шестерни осуществляется следующим образом.

При запуске двигателя вначале, на первых его оборотах, шестерня функционально не влияет на механизм газораспределения, так как усилие, необходимое для перемещения ступицы относительно венца, воспринимается стальными пружинами 5 и 6. С увеличением числа оборотов необходимое для проворачивания распределительного вала усилие увеличивается в связи с тем, что для преодоления сопротивления пружин клапанов (не показаны) на один оборот требуется вполне определенное усилие. При дальнейшем увеличении числа оборотов двигателя указанное усилие увеличивается по линейному закону. Если подобранные пружины 5, 6 изменяют свою длину по линейной зависимости, с изменением усилия давления на них они будут сжиматься с достаточно высокой точностью.

Венец 2 начинает запаздывать в строгом соответствии с законом увеличения числа оборотов двигателя. Чем выше число оборотов, тем больше угол запаздывания венца 2. На максимальных оборотах он будет максимальным.

Так как клапаны и, соответственно, пружины блока клапанов работают не одновременно, то изменение угла поворота венца относительно ступицы будет плавным и зависеть в прямой пропорциональности от числа оборотов. Незначительная вибрация будет погашена как пружинами 5 и 6, так и пружинами клапанов. Суть предлагаемого изобретения заключается в равномерном увеличении крутящего момента в зависимости от увеличения числа оборотов двигателя. Это происходит вследствие единовременного сопротивления комплекса пружин при увеличении числа оборотов. Чем больше обороты, тем выше комплексное сопротивление пружин, тем больше соответствуют фазы газораспределения действительному циклу работы двигателя. Это весьма существенно и необычно в представлении о поршневом двигателе внутреннего сгорания. Чем выше обороты двигателя, тем больше угол сдвига венца шестерни относительно ступицы, тем больше угол запаздывания срабатывания клапанов.

Таким образом работа предлагаемого устройства соответствует теоретическим и практическим предпосылкам по регулированию механизма газораспределения в процессе работы двигателя в целях снижения токсичности и увеличения экономичности двигателя.

При уменьшении числа оборотов двигателя соответственно уменьшится и угол запаздывания срабатывания клапанов или угол сдвига между венцом 2 и ступицей 1.

Особенно эффективным предлагаемое устройство будет при езде по городу, где токсичность выхлопных газов снизится не менее, чем на 20% а экономичность возрастете не менее, чем на 10% Если выполнить пружины из калиброванной стали, а потом их обработать с помощью шлифовальных кругов после термической обработки на круглошлифовальном станке, то, учитывая немногочисленность пружин и их толщину по сравнению с пружинами газораспределительного механизма, они одновременно будут выполнять функцию направляющих между венцом и ступицей шестерни, в особенности учитывая, что зубчатые зацепления имеют значительные допуски, т.е. практически сами пружины, венец и ступица вполне справятся с высокой точностью зацепления шестерен механизма газораспределения, или цепной, или ременной передачи. В то же время изготавливать предлагаемую шестерню необходимо с достаточно высокой точностью.

Формула изобретения

ШЕСТЕРНЯ ПРИВОДА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая венец и ступицу, установленные на валу с возможностью ограниченного углового поворота относительно друг друга при помощи спиральных пружин и фиксаторов, отличающаяся тем, что внутри венца и снаружи ступицы выполнены торообразные каналы, являющиеся направляющими для спиральных пружин, причем последние, в свою очередь, служат направляющими для венца и ступицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3