Опорная конструкция распределительного вала двигателя внутреннего сгорания
Нижнее опорное устройство (20) располагается над головкой (10) цилиндров, а над ним располагается крышка (40) головки цилиндров. Нижнее опорное устройство (20) имеет наружную раму (22), которая совмещена с периферийной кромкой головки цилиндров, и перемычки (26), помещенные между противоположными сторонами наружной рамы (22). Перемычка (26) имеет нижнюю опору (28), предназначенную для поддержания распределительного вала (30,32). Крышка (40) головки цилиндров имеет выполненный с ней за одно целое фланец, совмещенный с наружной рамой (22), и опору (46), расположенную напротив перемычки (26) с внутренней стороны фланца (42). Опора (46) имеет верхнюю опору (не показана), которая вместе с нижней опорой (28) поддерживает распределительный вал. Такое выполнение позволяет повысить жесткость конструкции. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к опорной конструкции распределительного вала двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к опорной конструкции распределительного вала, применяемой в двигателе внутреннего сгорания, установленном на транспортном средстве.
В опубликованной японской патентной заявке №7-166956 (JP-A-166956) описана крышка головки цилиндров, которая выполнена со встроенной верхней опорой, предназначенной для поддержки распределительного вала. Распределительный вал используют в двигателе внутреннего сгорания для придания подъема впускному клапану и выпускному клапану. Когда распределительный вал поднимает впускной клапан или выпускной клапан, соответствующая сила отталкивания продвигает распределительный вал в направлении крышки головки цилиндров. По этой причине требуется, чтобы верхняя опора, поддерживающая распределительный вал со стороны крышки головки цилиндров, обладала высокой степенью жесткости.
Согласно описанной конструкции, поскольку верхняя опора выполнена за одно целое с крышкой головки цилиндров, она обладает высокой жесткостью. По этой причине можно поддерживать распределительный вал двигателя внутреннего сгорания с высокой степенью жесткости.
Описанную выше крышку головки цилиндров притягивают к периферийной части головки цилиндров болтами. Нижняя опора, которая вместе с верхней опорой поддерживает распределительный вал, притянута к крышке головки цилиндров и к головке цилиндров в пространстве, образованном между крышкой головки цилиндров и головкой цилиндров. Благодаря такой конструкции по краю крышки головки цилиндров в герметизации нуждается только одно место: граница между крышкой головки цилиндров и головкой цилиндров. Поэтому описанная конструкция позволяет уменьшить риск протечки масла при одновременном придании жесткости конструкции, поддерживающей распределительный вал.
Однако, поскольку крышка головки цилиндров притягивается только к головке цилиндров, сила отталкивания, приложенная к распределительному валу, передается только на крышку головки цилиндров и распространяется только на головку цилиндров. Другими словами, в описанной конструкции сила отталкивания, приложенная к распределительному валу, распространяется концентрированным образом в окрестностях кромки, по которой затягивают крышку головки цилиндров и головку цилиндров. По этой причине в конструкции, описанной в JP-A-166956, если нет возможности добиться достаточной жесткости в крышке головки цилиндров, может существовать условие, при котором нет возможности придать достаточную жесткость детали, поддерживающей распределительный вал.
Согласно настоящему изобретению создана опорная конструкция для распределительного вала двигателя внутреннего сгорания, придающая высокую жесткость детали, которая поддерживает распределительный вал, не завися при этом от жесткости крышки головки цилиндров.
Согласно изобретению опорная конструкция распределительного вала для двигателя внутреннего сгорания, имеющего головку цилиндров и распределительный вал, содержит нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа, в котором перемычки выполнены за одно целое с наружной рамой, которая совмещается с периферийной кромкой головки цилиндров, причем перемычки соединяют противоположные стороны наружной рамы и нижнюю опору, выполненную в перемычке для поддержки распределительного вала, и объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышку головки цилиндров, имеющие множество опор, выполненных с внутренней стороны фланца и за одно целое с ним, при этом фланец совмещен с наружной рамой, а опоры выполнены и располагаются таким образом, чтобы противостоять соответствующей перемычке, и верхнюю опору, выполненную на опоре, которая вместе с нижней опорой поддерживает распределительный вал.
Предпочтительно, опорная конструкция дополнительно содержит периферийный стягивающий элемент, стягивающий периферийную кромку головки цилиндров с наружной рамой, а наружную раму с фланцем, и несущий стягивающий элемент между наружной рамой и нижней опорой и между фланцем и верхней опорой, который стягивает перемычку с объединенным верхним опорным устройством для распределительного вала и крышкой головки цилиндров.
Предпочтительно, объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из одного и того же материала, который легче материала головки цилиндров.
Предпочтительно, объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из материала, который легче материала нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа.
Предпочтительно, головка цилиндров имеет впускной канал, открытый в ее боковой стенке, причем граница между периферийной кромкой и наружной рамой выполнена в непосредственной близости от отверстия впускного канала.
Предпочтительно, нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита, а часть нижнего опорного устройства используют в качестве части воздухозаборного устройства.
Предпочтительно, нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита, а часть нижнего опорного устройства используют в качестве части канала для топлива.
Предпочтительно, объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из, по меньшей мере, одного материала из числа магния, сплава магния или полимерного композита.
Предпочтительно, объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из, по меньшей мере, одного материала из числа магния, сплава магния или полимерного композита.
Предпочтительно, опорная конструкция дополнительно содержит топливный насос, расположенный над распределительным валом, с приводом от распределительного вала.
Таким образом, первым аспектом настоящего изобретения является опорная конструкция распределительного вала для двигателя внутреннего сгорания, имеющая головку цилиндров, нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа, наружную раму, совмещенную с периферийной кромкой головки цилиндров, перемычку, соединяющую противоположные стороны наружной рамы, и нижнюю опору, выполненную в перемычке для поддержки распределительного вала, и объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышку головки цилиндров, имеющие выполненный с ними за одно целое фланец, совмещенный с наружной рамой, опору внутри фланца, расположенную таким образом, чтобы располагаться против перемычки, и верхнюю опору, выполненную на опоре для поддержки, вместе с нижней опорой распределительного вала.
Согласно первому аспекту усилие, приложенное к распределительному валу, передается как на объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышку головки цилиндров, так и на нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа. Таким образом, объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа воспринимают усилие, приложенное к распределительному валу. За счет этого можно для первого аспекта добиться достаточной общей жесткости в отношении поддерживающей распределительный вал части, не рассчитывая на жесткость отдельных составляющих элементов.
Второй аспект настоящего изобретения сходен с первым аспектом за исключением того, что второй аспект дополнительно содержит периферийный стягивающий элемент, стягивающий периферийную кромку головки цилиндров с наружной рамой, а наружную раму с фланцем, и несущий стягивающий элемент между наружной рамой и нижней опорой и между фланцем и верхней опорой, который стягивает перемычку с объединенными верхним опорным устройством для распределительного вала и крышкой головки цилиндров.
Согласно второму аспекту объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа затягивают рядом с нижней опорой и верхней опорой. Благодаря этому оба элемента способны воспринимать усилие, приложенное к распределительному валу, позволяя во втором аспекте придать большую жесткость поддерживающей распределительный вал части.
Третий аспект настоящего изобретения подобен первому и второму аспектам за исключением того, что в третьем аспекте объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из одного и того же материала, который легче материала головки цилиндров.
Согласно третьему аспекту объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из материала, который легче материала головки цилиндров, и за счет достижения большой конструкционной несущей жесткости можно добиться достаточной конструкционной опорной жесткости даже в случае, когда элементы выполнены из легкого материала. Согласно третьему аспекту путем изготовления этих элементов из легкого материала можно понизить центр тяжести двигателя внутреннего сгорания.
Четвертый аспект настоящего изобретения подобен первому или второму аспектам за исключением того, что в четвертом аспекте объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из материала, который легче материала нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа.
Согласно четвертому аспекту объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из материала, который легче материала нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа, и за счет достижения большой конструкционной несущей жесткости можно добиться достаточной конструкционной опорной жесткости даже в случае, когда элементы выполнены из легкого материала. Соответственно, благодаря облегчению материала элементов, расположенных в самой верхней части двигателя внутреннего сгорания, можно понизить центр тяжести двигателя внутреннего сгорания.
Пятый аспект настоящего изобретения подобен третьему аспекту за исключением того, что головка цилиндров имеет впускной канал, открытый в ее боковой стенке, а граница между периферийной кромкой и наружной рамой выполнена в непосредственной близости от отверстия впускного канала.
В пятом аспекте благодаря соблюдению условия, при котором граница между периферийной кромкой головки цилиндров и наружной рамой нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа располагается в непосредственной близости от отверстия впускного канала, можно свести к минимуму высоту головки цилиндров при формировании впускного канала внутри головки цилиндров. В частности, согласно пятому аспекту за счет минимизации высоты головки цилиндров, выполненной из тяжелого материала, и максимизации высоты элементов, выполненных из легкого материала, можно эффективно уменьшить вес двигателя внутреннего сгорания.
Шестой аспект настоящего изобретения сходен с аспектами с первого по пятый за исключением того, что нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита, а часть воздухозаборного канала формируется внутри нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа.
Согласно шестому аспекту можно использовать часть нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа в качестве части воздухозаборного канала. Поскольку шестой аспект обеспечивает высокую конструкционную опорную жесткость, можно добиться достаточной опорной жесткости даже в том случае, когда нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита. Кроме того, поскольку магний, сплав магния или полимерный композит демонстрируют звукоизолирующие и теплоизолирующие свойства, превосходящие такие же свойства алюминия или литейного чугуна, шестой аспект демонстрирует улучшенные характеристики сохранения тепла всасываемого воздуха и уменьшение шума при всасывании, обеспечивая при этом достаточную опорную жесткость.
Седьмой аспект настоящего изобретения сходен с аспектами с первого по шестой, в котором нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита и в котором часть канала для топлива выполнена внутри нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа.
Согласно седьмому аспекту можно использовать часть нижнего опорного устройства для распределительного вала в виде рамы лестничного типа в качестве части канала для топлива. За счет достижения высокой конструкционной опорной жесткости седьмой аспект обеспечивает достаточную опорную жесткость даже в том случае, когда нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита. Кроме того, поскольку магний, сплав магния или полимерный композит демонстрируют звукоизолирующие и теплоизолирующие свойства, превосходящие такие же свойства алюминия или литейного чугуна, можно добиться контроля уменьшения температуры топлива и уменьшения шума, которые сопровождают подачу топлива, при достижении достаточной опорной жесткости.
Указанные и другие цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания предпочтительных вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов. На чертежах:
фиг.1 - вид в перспективе с разнесением деталей описания опорной конструкции распределительного вала согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
фиг.2 - вид в поперечном разрезе опорной конструкции распределительного вала согласно первому варианту реализации, полученный в плоскости разрезания одного цилиндра;
фиг.3 - чертеж, иллюстрирующий опорную конструкцию распределительного вала согласно второму варианту реализации настоящего изобретения;
фиг.4 - чертеж, иллюстрирующий опорную конструкцию распределительного вала согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.1 будет использована для описания опорной конструкции для распределительного вала согласно первому варианту реализации настоящего изобретения. В частности, на фиг.1 показан вид в перспективе с разнесением деталей, включенных в состав конструкции согласно варианту реализации. Как показано на фиг.1, конструкция варианта реализации содержит головку 10 цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Головка 10 цилиндров может быть выполнена из алюминия или литейного чугуна. Требующиеся для компоновки четырех цилиндров различные элементы (не показаны на иллюстрации) выполняют внутри головки 10 цилиндров, которая имеет боковую стенку, охватывающую эти элементы. Самая верхняя часть боковой стенки 12 выполнена как круговая периферийная кромка 14. Дальше к наружной стороне периферийной кромки 14 помещается множество отверстий 16 для затяжки болтов с заданными интервалами между отверстиями 16 для затяжки болтов.
Нижнее опорное устройство 20 для распределительного вала в виде рамы лестничного типа (далее просто «нижнее опорное устройство 20») помещают сверху на головку 10 цилиндров. Нижнее опорное устройство 20 имеет наружную раму 22, которую совмещают с периферийной кромкой 14 головки 10 цилиндров. Далее к наружной стороне наружной рамы 22 помещаются сквозные отверстия 24 для затяжки болтов, которые расположены таким образом, чтобы совмещаться с отверстиями 16 для затяжки болтов головки 10 цилиндров.
С внутренней стороны наружной рамы 22 размещены четыре перемычки 26, которые соединяют противоположные стороны наружной рамы 22. Каждая из перемычек 26 располагается на границах четырех цилиндров. Каждая из перемычек 26 имеет две опоры 28, выполненные на них. Нижние опоры 28 выполнены в форме открытых кверху полукружий, способных поддерживать распределительный вал снизу. С обеих сторон каждой из нижних опор 28 в перемычке 26 предусмотрены отверстия 29 для затяжки болтов.
Нижнее опорное устройство 20 выполнено таким образом, что четыре перемычки образуют одно целое с наружной рамой 22. Нижнее опорное устройство 20 может быть выполнено из магния. Хотя магний менее жесткий, чем алюминий или литейный чугун, из которых обычно изготавливают головку цилиндров, он легче алюминия и литейного чугуна и обладает более высокими характеристиками звукоизоляции и теплоизоляции. Нижние опоры 28 выполняют в форме полукружий в каждой перемычке 26.
Если нижнее опорное устройство 20 выполнено из магния, оно имеет ряд характеристик, отличающихся от характеристик алюминия и литейного чугуна. Например, трудно добиться жесткости только в нижнем опорном устройстве 20. Уменьшение веса нижнего опорного устройства 20 обеспечивает облегчение и понижение центра тяжести двигателя внутреннего сгорания. Улучшаются характеристики ослабления вибрации, а также подавления вибрации и эффекта уменьшения испускаемого шума. Кроме того, ограничиваются теплопроводность и тепловое излучение, улучшая таким образом показатели прогревания двигателя внутреннего сгорания.
Распределительный вал 30 впускных клапанов и распределительный вал 32 выпускных клапанов устанавливают поверх нижнего опорного устройства 20 таким образом, чтобы они удерживались четырьмя нижними опорами 28, совмещенными в аксиальном направлении относительно распределительных валов. В данном варианте реализации каждый из цилиндров имеет два впускных клапана и два выпускных клапана (не показаны). Распределительный вал 30 впускных клапанов и распределительный вал 32 выпускных клапанов имеют каждый по два кулачка 34, 36 для каждого цилиндра, расположенных каждый против впускных клапанов и выпускных клапанов соответственно.
Объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка 40 головки цилиндров (далее просто «крышка 40 головки») крепятся далее сверху к нижнему опорному устройству 20. Крышка 40 головки имеет фланец 42, который совмещают с наружной рамой 22 нижнего опорного устройства 20 и который накрывает всю поверхность нижнего опорного устройства 20, поддерживая распределительный вал 30 впускных клапанов и распределительный вал 32 выпускных клапанов.
Фланец 42 имеет множество сквозных отверстий 44 для затяжки болтов, которые совмещаются со сквозными отверстиями 24 для затяжки болтов в нижнем опорном устройстве 20. Крышка 40 головки и нижнее опорное устройство 20 крепятся к головке 10 цилиндров путем пропуска болтов (не показаны) через эти сквозные отверстия 24, 44 для затяжки болтов и их затягивания в отверстиях 16 для затяжки болтов.
Крышка 40 головки содержит множество опор 46. Каждая опора 46 помещается против соответствующей нижней опоры 28, и крышка 40 головки имеет верхние опоры (не показаны), которые образуют пары с нижними опорами 28 с внутренней стороны. Верхние опоры вместе с нижними опорами 28 поддерживают распределительный вал 30 впускных клапанов или распределительный вал 32 выпускных клапанов. Верхние опоры формируются, как и нижние опоры 28, как выгнутые полукружья.
Каждая из отдельных опор 46 имеет два сквозных отверстия 48 для затяжки болтов, которые совмещаются с соответствующими отверстиями 29 для затяжки болтов нижнего опорного устройства 20. Крышка 40 головки и нижнее опорное устройство 20 закрепляются также затяжными болтами (не показаны) в непосредственной близости от верхней и нижней опор в местах расположения этих отверстий 29 для затяжки болтов и сквозных отверстий 48 для затяжки болтов.
На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вид опорной конструкции распределительного вала согласно варианту реализации, полученный в плоскости разрезания через центр одного цилиндра. Как показано на фиг.2, внутри крышки 40 головки опоры со стороны впуска и стороны выпуска выполнены как одно целое с левой и правой сторонами фланца 42. Части, проходящие между левой и правой стороной фланцевой детали 42 (включая несущие детали), располагаются сами против перемычек 26 нижнего опорного устройства 20 и соединяются с ними.
Крышка 40 головки, как и нижнее опорное устройство 20, может также быть выполнена из магния. По этой причине крышка 40 головки, подобно нижнему опорному устройству 20, имеет следующие характеристики. Трудно добиться жесткости за счет только крышки 40 головки. Уменьшение веса крышки 40 головки облегчает и снижает расположение центра тяжести двигателя внутреннего сгорания. Улучшаются характеристики ослабления вибрации, а также подавления вибрации и эффекта уменьшения испускаемого шума. Кроме того, ограничиваются теплопроводность и тепловое излучение, улучшая таким образом показатели прогревания двигателя внутреннего сгорания.
Как показано на фиг.2, в дополнение к обеспечению головки 10 цилиндров впускными отверстиями 50 и выпускными отверстиями 52 на каждом цилиндре они комбинируются с впускными клапанами 54 и выпускными клапанами 56, которые открывают и закрывают соответствующие отверстия. Один конец впускных клапанов 54 и выпускных клапанов 56 соприкасается с одним из концов коромысел 58, 60 клапана. Коромысла 58, 60 клапана поддерживаются на других своих концах регуляторами 62, 64 зазора.
В частности, коромысло 58 клапана поддерживается снизу регулятором 62 зазора впускного клапана 54, и коромысло 58 клапана поддерживается сверху кулачком 34 впускной стороны. Регулятор 62 зазора поддерживает коромысло 58 клапана, не изменяя своего положения. В отличие от этого впускной клапан 54 подталкивается в направлении закрывания пружиной клапана (не показана). По этой причине, когда носок кулачка 34 нажимает на коромысло 58 клапана, коромысло 58 клапана поворачивается вокруг точки контакта с регулятором 62 зазора, как вокруг оси вращения, вызывая таким образом подъем впускного клапана 54 в направлении открывания. Когда это происходит, сила отталкивания пружины клапана прикладывается к распределительному валу 30 впускных клапанов. Таким образом, каждый раз, когда носок кулачка 34 нажимает на коромысло 58 клапана, сила отталкивания прикладывается к распределительному валу 30 по направлению вверх на чертеже.
В результате, большая направленная вверх сила отталкивания воздействует на распределительный вал 30 впускных клапанов, синхронизированный с выбором времени открывания впускного клапана 54 для каждого цилиндра, и в положении, соответствующем каждому цилиндру. По тем же причинам большая направленная вверх сила отталкивания воздействует на распределительный вал 32 выпускных клапанов, синхронизированный с выбором времени открывания выпускного клапана 56 для каждого цилиндра, и в положении, соответствующем каждому цилиндру. По этой причине опорная конструкция для распределительного вала 30 впускных клапанов и распределительного вала 32 выпускных клапанов должна быть достаточно жесткой для того, чтобы противостоять таким силам отталкивания.
В данном варианте реализации опора 46, имеющая верхние опоры, выполнена за одно целое с крышкой 40 головки. За счет применения этой конструкции можно увеличить жесткость опор 46 с помощью жесткости самой крышки 40 головки и можно увеличить жесткость верхних опор по сравнению со случаем, когда применяются отдельные верхние опоры.
Согласно варианту реализации перемычки 26 с нижними опорами 28 выполнены за одно целое с наружной рамой 22. С применением этой конструкции появляется возможность поддержания отдельных перемычек 26 наружной рамой 22 и возможность увеличения жесткости нижних опор 28 по сравнению со случаем, когда применяются отдельные нижние опоры.
Как описано выше, в конструкции согласно данному варианту реализации верхние опоры и нижние опоры 28 обладают каждая по отдельности высокой жесткостью. Кроме того, в конструкции согласно данному варианту реализации, как будет описано ниже, за счет комбинирования крышки 40 головки и нижнего опорного устройства 20 можно придать очень высокую степень жесткости опорной конструкции для распределительного вала 30 впускных клапанов и распределительного вала 32 выпускных клапанов.
Таким образом, согласно данному варианту реализации детали, образующие пары из верхних и нижних опор, во всех местах связаны с головкой 10 цилиндров посредством двойной конструкции, в которой крышка 40 головки и перемычки 26 совмещаются между собой. Это означает, что крышка 40 головки соприкасается с перемычками 26 рядом с деталями, на которых сформированы пары из верхней и нижней опор, включая фланец 42 или наружную раму 22 с правой и с левой стороны. Элементы такой двойной конструкции благодаря соединению опор болтами создают внешний вид единого прочного конструкционного элемента.
Согласно данной конструкции усилие, воспринимаемое распределительным валом 30 впускных клапанов или распределительным валом 32 выпускных клапанов, вне зависимости от места расположения в двигателе внутреннего сгорания, передается на головку 10 цилиндров через двойной конструкционный элемент, образованный крышкой 40 головки и перемычками 26. Таким образом, согласно опорной конструкции варианта реализации жесткость, которая способствует поддержке распределительных валов, в значительной степени определяется жесткостью отмеченного выше двойного конструкционного элемента.
Жесткость двойного конструкционного элемента, полученного путем совмещения элементов, чрезвычайно высока по сравнению с жесткостью отдельно крышки 40 головки и отдельно перемычки 26. По этой причине опорная конструкция согласно настоящему варианту реализации обладает в высшей степени подходящими характеристиками для достижения жесткости опоры распределительного вала при сочетании большой жесткости, которую имеют по отдельности верхние опоры и нижние опоры 28.
В данном варианте реализации, как описано выше, крышка 40 головки и нижнее опорное устройство 20 выполнены из магния, который обладает меньшей жесткостью, чем алюминий и литейный чугун. Однако конструкция согласно варианту реализации позволяет, как описано выше, легко добиться жесткости опоры распределительного вала. По этой причине эта конструкция может достичь жесткости, достаточной для поддержки распределительного вала, даже в случае, если крышка 40 головки и нижнее опорное устройство 20 выполнены из магния.
Как описано выше, в конструкции согласно настоящему варианту реализации верхние опоры и нижние опоры 28 обладают каждая по отдельности большой жесткостью. Согласно этой конструкции можно в целом добиться большой жесткости всей опорной системы распределительного вала. По этой причине данный вариант реализации позволяет добиться следующих результатов.
Первый результат заключается в том, что согласно конструкции варианта реализации можно легко получить путем механической обработки нижние опоры и верхние опоры 28, добившись при этом высокой точности. Другими словами, в конструкции согласно варианту реализации, поскольку верхние опоры и нижние опоры 28 обладают каждая по отдельности большой жесткостью, можно выточить эти опоры с большой точностью в течение короткого периода времени. Эти особенности делают конструкцию согласно данному варианту реализации пригодной для снижения стоимости двигателя внутреннего сгорания.
Второй результат заключается в том, что согласно конструкции варианта реализации и благодаря не только большой жесткости верхних опор и нижних опор 28 по отдельности, но и возможности добиться большой общей жесткости опорной конструкции распределительного вала, можно улучшить показатели герметизации на различных герметизированных участках двигателя внутреннего сгорания. Эти характеристики делают конструкцию варианта реализации подходящей для уменьшения опасности протечки масла в двигателе внутреннего сгорания.
Третий результат заключается в том, что благодаря большой жесткости верхних опор и нижних опор 28 по отдельности и возможности добиться большой общей жесткости опорной конструкции распределительного вала можно уменьшить шум и вибрацию двигателя внутреннего сгорания в процессе эксплуатации. Эти особенности делают конструкцию согласно варианту реализации подходящей для улучшения бесшумности работы двигателя внутреннего сгорания.
Четвертый результат заключается в том, что согласно конструкции варианта реализации можно ограничить деформацию опорных подшипников распределительного вала достаточно низким уровнем. В результате, можно значительно уменьшить сопротивление вращению распределительного вала 30 впускных клапанов и распределительного вала 32 выпускных клапанов. Таким образом, конструкция согласно варианту реализации обеспечивает снижение расхода топлива и повышение мощности на выходе двигателя внутреннего сгорания.
Пятый результат заключается в том, что согласно конструкции варианта реализации можно стабилизировать работы впускных клапанов 54 и выпускных клапанов 56 и увеличить максимальное число оборотов двигателя внутреннего сгорания. По этой причине конструкция согласно данному варианту реализации позволяет увеличить мощность на выходе двигателя внутреннего сгорания.
Как показано на фиг.2, граница между головкой 10 цилиндров и нижним опорным устройством 20 в конструкции согласно данному варианту реализации установлена непосредственно над впускным каналом 50. Применяя такую компоновку, можно свести к минимуму высоту головки 10 цилиндров при формировании впускного канала 50 в головке 10 цилиндров. Иначе говоря, согласно этой компоновке можно максимизировать размеры нижнего опорного устройства 20 и крышки 40 головки в пределах размеров, установленных для двигателя внутреннего сгорания.
Нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки выполнены из магния. В отличие от этого головка цилиндров может быть изготовлена из алюминия или литейного чугуна, которые тяжелее магния. По этой причине за счет максимизации размеров нижнего опорного устройства 20 и крышки 40 головки и минимизации высоты головки 10 цилиндров можно добиться максимального уменьшения веса двигателя внутреннего сгорания и понижения центра тяжести.
Как описано выше, в конструкции согласно варианту реализации нижнему опорному устройству 20 и крышке 40 головки приданы максимальные допустимые размеры (толщина). Чем больше толщина наружной рамы 22 нижнего опорного устройства 20 и фланца 42 крышки 40 головки, тем больше их жесткость. Поэтому согласно этому конструктивному принципу можно добиться максимальной жесткости в наружной раме 22 и фланце 42 в пределах заданной степени свободы.
Достижение большой жесткости в наружной раме 22 и фланце 42 не только обеспечивает большую жесткость в опорной конструкции распределительного вала, но и в значительной степени снижает риск протечки масла. То есть при использовании опорной конструкции согласно варианту реализации место, которое должно быть герметизировано, появляется между головкой 10 цилиндров и нижним опорным устройством 20 и между нижним опорным устройством 20 и крышкой 40 головки.
Крышка 40 головки и нижнее опорное устройство 20 закрепляют путем затягивания болтов по периферийной кромке 14 головки 10 цилиндров. Протечки масла имеют тенденцию к возникновению в области между затягиваемыми болтами, и, чем менее жесткими элементами являются элементы, нуждающиеся в уплотнении, тем легче возникает протечка масла.
В составе деталей варианта реализации элементами, требующими уплотнения, являются периферийная кромка 14 головки 10 цилиндров, наружная рама 22 нижнего опорного устройства 20 и фланец 42 крышки 40 головки. Периферийная кромка 14, будучи выполненной из в высшей степени жесткого алюминия, обладает достаточной жесткостью. Наружная рама 22 и фланец 42, хотя они выполнены из магния, также являются оба достаточно жесткими, поскольку сделаны достаточно толстыми и поскольку они действуют по существу как единая силовая конструкция (потому что они стянуты рядом с опорами).
По этой причине согласно варианту реализации опорной конструкции можно в достаточной степени решить проблему опасности протечки масла в двигателе внутреннего сгорания вне зависимости от наличия двух мест, требующих уплотнения, и вне зависимости от того, что нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки выполнены из магния.
Как показано выше, магний обладает более высокой способностью ослабления вибрации по сравнению с алюминием и литейным чугуном. По этой причине, если нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки выполнены из магния, в двигателе внутреннего сгорания улучшаются звукоизоляция и гашение вибрации. Кроме того, как описано выше, нижнему опорному устройству 20 и крышке 40 головки придаются максимальные размеры. Благодаря этому можно воспользоваться в максимальной степени преимуществами, которые использование магния дает для достижения звукоизоляции и гашения вибрации.
В то время как в первом варианте реализации нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки - оба притянуты к головке 10 цилиндров с использованием стягивающих болтов, настоящий вариант реализации не ограничивается такой структурой. А именно, нижнее опорное устройство 20 может быть сначала стянуто с головкой 10 цилиндров, и затем крышка 40 головки может быть стянута с нижним опорным устройством 20 и головкой 10 цилиндров. С другой стороны, нижнее опорное устройство 20 может быть сначала стянуто с крышкой 40 головки, и оба этих элемента могут быть затем стянуты с головкой 10 цилиндров.
Хотя в первом варианте реализации как нижнее опорное устройство 20, так и крышка 40 головки - оба выполнены из магния, настоящий вариант реализации не ограничивается этим решением. А именно, нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки могут быть выполнены из сплава магния или композитного полимера, обладающего более высокими характеристиками ослабления вибрации и более легкого, чем алюминий и литейный чугун. Если принять такую структуру, по существу можно добиться таких же результатов, как и при первом варианте реализации.
Кроме того, один элемент из нижнего опорного устройства 20 и крышки 40 головки может быть выполнен из алюминия или литейного чугуна, а только другой может быть выполнен из магния, сплава магния или полимерного композита. Если принята такая структура, появляется возможность добиться уменьшения веса нижнего опорного устройства 20 и/или крышки 40 головки при достижении достаточной жесткости опоры. В частности, если крышка 40 головки сделана из магния, сплава магния или полимерного композита, можно также эффективно добиться снижения центра тяжести двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки могут быть сделаны из алюминия или литейного чугуна. Поскольку опорная конструкция согласно варианту реализации имеет характеристики, которые подходят для достижения большой жесткости, если эти элементы выполнены из алюминия или литейного чугуна, можно добиться нужной жесткости, уменьшив толщину в различных местах. По этой причине согласно опорной конструкции согласно варианту реализации можно способствовать снижению веса двигателя внутреннего сгорания даже в случае, если нижнее опорное устройство 20 и крышка 40 головки выполнены из алюминия или литейного чугуна.
Кроме того, в опорной конструкции согласно описанному выше варианту реализации над распределительным валом 30 впускных клапанов и распределительным валом 32 выпускных клапанов может быть добавлен топливный насос, который использует вращение распределительного вала 30 впускных клапанов или распределительного вала 32 выпускных клапанов. При добавлении топливного насоса этого типа к распределительному валу, осуществляющему привод насоса, прикладывается большая направленная вниз сила отталкивания, которая является большой силой отталкивания, которую воспринимает нижняя опора. Опорная конструкция согласно варианту реализации, по той же причине имеющая большую жесткость в отношении усилия, которое должно восприниматься верхними опорами, обладает также большой жесткостью в отношении силы, воспринимаемой нижними опорами. По этой причине согласно опорной конструкции согласно варианту реализации можно поддерживать распределительный вал 30 впускных клапанов и распределительный вал 32 выпускных клапанов с достаточной точностью даже в случае добавления топливного насоса, подобного упомянутому выше.
В первом варианте реализации, описанном выше, стягивающий болт, пропущенный при затягивании через отверстия 44, 24 и затянутый в отверстии 16 для затягивания, является примером «периферийного стягивающего элемента» согласно второму аспекту настоящего изобретения, а стягивающий болт, пропущенный при затягивании через отверстие 48 и затянутый в отверстии для затягивания болтов 29, является примером «несущего стягивающего элемента» согласно второму аспекту настоящего изобретения.
На фиг.3 представлена структура второго аспекта настоящего изобретения. Точнее, фиг.3 является концептуальным изображением с деталями, опущенными для описания признаков опорной конструкции согласно варианту реализации. Например, крышка 40 головки, показанная на фиг.3, является такой же, как крышка 40 головки, показанная на фиг.1 или фиг.2. Далее, элементы на фиг.3, которые являются такими же, как на фиг.1 или фиг.2, подобно крышке 40 головки, обозначены такими же ссылочными позициями и не описаны или описаны вкратце.
Опорная конструкция согласно данному варианту реализации имеет головку 70 цилиндров и нижнее опорное устройство 72. Головка 70 цилиндров, так же как головка 10 цилиндров в первом варианте реализации, выполнена из алюминия или литейного чугуна. В отличие от этого нижнее опорное устройство 72, аналогично первому варианту реализации, выполнено из магния.
Впускной канал 74 выполнен в головке 70 цилиндров таким образом, что он открывается в направлении нижней поверхности нижнего опорного устройства 72. Нижнее опорное устройство 72 снабжается соединяющим отверстия проходом 76, который сообщается с впускным каналом 74. Нижнее опорное устройство 72, за исключением наличия соединяющего отверстия прохода 76, является по существу таким же, как и нижнее опорное устройство 20 согласно первому варианту реализации.
В опорной конструкции распределительного вала согласно данному варианту реализации впускная трубка 78, соединенная соединяющим отверстия проходом 76, помещается на крышке 40 головки, будучи выполнена вдоль наружной части крышки 40 головки в дополнение к расширительному бачку 80, сообщающемуся со впускной трубкой 78.
Согласно описанной структуре существует возможность размещения двигателя внутреннего сгорания, впускной трубки 78 и расширительного бачка 80 в небольшом пространстве, обеспечивая таким образом экономию пространства в моторном отсеке. За счет применения такой структуры можно получить соединяющий отверстия проход 76, выполненный в нижнем опорном устройстве, который действует как часть впускного канала.
Поскольку нижнее опорное устройство 72 выполнено из магния, оно обеспечивает лучшую звукоизоляцию и теплоизоляцию. По этой причине, в случае если внутри нижнего опорного устройства 72 размещается соединяющий отверстия проход 76, который служит частью впускного канала, появляется возможность обеспечить поддержание нужной температуры всасываемого воздуха и улучшить показатели холодного запуска. Такая структура дополнительно улучшает показатели звукоизоляции на входе и улучшает бесшумность двигателя внутреннего сгорания.
Хотя второй вариант реализации, описанный выше, содержит нижнее опорное устройство 72, выполненное из магния, настоящий вариант реализации не ограничивается таким решением. В частности, нижнее опорное устройство 72 может быть выполнено вместо этого из сплава магния или из полимерного композита, который обладает более серьезными звукоизолирующими и теплоизолирующими свойствами.
Фиг.4 представлена для описания структуры третьего варианта реализации настоящего изобретения. Точнее, фиг.4 является концептуальным изображением с деталями, опущенными для описания признаков опорных конструкций согласно варианту реализации. Например, крышка 40 головки, показанная на фиг.4, является такой же, как крышка 40 головки, показанная на фиг.1 или фиг.2. Далее, элементы на фиг.4, которые являются такими же, как на фиг.1 или фиг.2, подобно крышке 40 головки, обозначены такими же ссылочными позициями и не описаны или описаны вкратце.
Опорная конструкция согласно данному варианту реализации имеет головку 10 цилиндров. Головка 10 цилиндров соединяется со впускной трубкой 90 для того, чтобы сообщаться со впускным отверстием 50. Топливная форсунка 92, которая впрыскивает топливо во впускное отверстие 50, установлена на впускной трубке 90.
Нижнее опорное устройство 94 располагается между головкой 10 цилиндров и крышкой 40 головки. В нижнем опорном устройстве 94 выполнен топливный канал 96. Топливный канал 96 проходит в направлении вдоль нескольких цилиндров двигателя внутреннего сгорания и сообщается со всеми топливными форсунками 92 каждого цилиндра. Поэтому все топливные форсунки 92 двигателя внутреннего сгорания могут получать топливо, которое доставляется из топливного канала 96.
При обычной конфигурации двигателя внутреннего сгорания топливный канал, который сообщается с топливными форсунками, располагается отдельно от самого двигателя внутреннего сгорания. По сравнению с обычной конфигурацией согласно структуре данного варианта реализации, поскольку топливный канал не представлен как отдельный элемент, можно уменьшить количество деталей. Эта структура обеспечивает дополнительное преимущество за счет экономии места в моторном отсеке.
Топливный канал типа, отмеченного выше, в двигателе внутреннего сгорания обычно изготавливают из алюминия или литейного чугуна. При использовании такого топливного канала топливо, проходящее по каналу, неизбежно нагревается теплом, излучаемым двигателем внутреннего сгорания. В отличие от этого в опорной конструкции согласно данному варианту реализации можно за счет того, что топливный канал 96 выполнен из магния, свести к минимуму подвод тепла к топливу. По этой причине конструкция согласно данному варианту реализации способствует сдерживанию перегрева топлива.
Хотя в описанном выше третьем варианте реализации нижнее опорное устройство 94 выполнено из магния, настоящий вариант реализации не ограничивается таким решением. В частности, нижнее опорное устройство 94 может быть выполнено вместо этого из сплава магния или из полимерного композита, который обладает более серьезными звукоизолирующими и теплоизолирующими свойствами.
В то время как изобретение было показано и описано согласно предпочтительным вариантам реализации, специалистам в данной области техники должна быть понятна возможность внесения различных изменений и модификаций без отклонения от объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
1. Опорная конструкция распределительного вала для двигателя внутреннего сгорания, имеющего головку цилиндров и распределительный вал, отличающаяся тем, что она содержит
нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа, в котором перемычки выполнены за одно целое с наружной рамой, которая совмещается с периферийной кромкой головки цилиндров, причем перемычки соединяют противоположные стороны наружной рамы и нижнюю опору, выполненную в перемычке для поддержки распределительного вала, и
объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышку головки цилиндров, имеющие множество опор, выполненных с внутренней стороны фланца и заодно целое с ним, при этом фланец совмещен с наружной рамой, а опоры выполнены и располагаются таким образом, чтобы противостоять соответствующей перемычке, и верхнюю опору, выполненную на опоре, которая вместе с нижней опорой поддерживает распределительный вал.
2. Опорная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит
периферийный стягивающий элемент, стягивающий периферийную кромку головки цилиндров с наружной рамой, а наружную раму - с фланцем, и
несущий стягивающий элемент между наружной рамой и нижней опорой и между фланцем и верхней опорой, который стягивает перемычку с объединенным верхним опорным устройством для распределительного вала и крышкой головки цилиндров.
3. Опорная конструкция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из одного и того же материала, который легче материала головки цилиндров.
4. Опорная конструкция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из материала, который легче материала нижнего опорного устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа.
5. Опорная конструкция по п.3, отличающаяся тем, что головка цилиндров имеет впускной канал, открытый в ее боковой стенке, причем граница между периферийной кромкой и наружной рамой выполнена в непосредственной близости от отверстия впускного канала.
6. Опорная конструкция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита, а часть нижнего опорного устройства используют в качестве части воздухозаборного устройства.
7. Опорная конструкция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнено из магния, сплава магния или полимерного композита, а часть нижнего опорного устройства используют в качестве части канала для топлива.
8. Опорная конструкция по п.3, отличающаяся тем, что объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров и нижнее опорное устройство для распределительного вала в виде рамы лестничного типа выполнены из, по меньшей мере, одного материала из числа магния, сплава магния или полимерного композита.
9. Опорная конструкция по п.4, отличающаяся тем, что объединенные верхнее опорное устройство для распределительного вала и крышка головки цилиндров выполнены из, по меньшей мере, одного материала из числа магния, сплава магния или полимерного композита.
10. Опорная конструкция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит топливный насос, расположенный над распределительным валом, с приводом от распределительного вала.
