ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) для различных транспортных средств и позволяет использовать в них компактный общий привод для отбора мощности и механизма газораспределения (МГР) от одного приводного вала, расположенного на оси симметрии двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно устройство отбора мощности [1] от двигателя внутреннего сгорания, у которого цилиндры двигателя имеют взаимно параллельные оси, расположенные по углам квадрата. Конструкция описанного устройства содержит 8 штук валов отбора мощности, и предполагается, что каждый из них способен выполнять функцию привода внешнего потребителя мощности ДВС и функцию привода технологических механизмов и систем. Однако известно, что значения мощности для привода различных механизмов значительно отличаются по величине и, кроме того, не постоянны во времени т.к. зависят от режимов работы самих систем и режимов работы потребителя мощности ДВС. Так, например, мощность, необходимая для привода топливного насоса высокого давления, зависит от величины давления, создаваемого насосом, а мощность для привода электрогенератора зависит от суммарной мощности всех электропотребителей. Все эти факторы являются переменными во время работы ДВС. Мощность ДВС, отдаваемая внешнему потребителю (например трансмиссии автомобиля или трактора) так же является переменной во времени. Таким образом, нагрузки на валах устройства отбора мощности [1] имеют разные значения, и переменные во времени. Наличие в зубчатых зацеплениях боковых зазоров и деформации деталей в звеньях передач в совокупности с переменными нагрузками обуславливают появление внутренних «паразитных» мощностей и вызывают повышенный и неравномерный износ деталей, значительно снижают эффективную мощность ДВС в целом. Кроме того, особенности кинематики механизма [1] предполагают вращение валов отбора мощности в разных направлениях, что не позволяет применить какое-либо компактное устройство, суммирующее мощность всех валов отбора мощности. Еще одним недостатком описанного устройства отбора мощности [1] является отсутствие конструктивного решения механизма газораспределения ДВС, оснащенного указанным устройством.

Из уровня техники известен механизм газораспределения [2] двигателя внутреннего сгорания, содержащий кулачковый вал, приводные коромысла, головку блока цилиндров с размещенными в ней впускными и выпускными клапанами, клапанные пружины сжатия и соосно размещенные в головке блока цилиндров клапаны. Сложность кинематической схемы передачи от описанного устройства отбора мощности [1] к такому механизму будет заключаться в том, что оси сателлитов и оси кулачковых валов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, что вызовет необходимость применения конических передач, усложняющих конструкцию, снижающих надежность, мощностные, экономические и массогабаритные показатели ДВС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача разработки общего привода для устройства отбора мощности и механизма газораспределения двигателя с компоновочным решением, позволяющим улучшить мощностные, экономические и массогабаритные показатели ДВС, а также его надежность и ресурс.

Поставленная задача достигается за счет того, что:

Общий привод устройства отбора мощности и механизма газораспределения для четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания включает цилиндры со взаимно параллельными осями, расположенные по углам квадрата и содержит четыре сателлитные шестерни, приводимые во вращательное движение четырьмя передаточными механизмами цилиндров и передающие крутящий момент на расположенную на оси симметрии двигателя суммирующую солнечную шестерню и жестко соединенный с ней центральный приводной вал.

На одном конце приводного вала закреплен фланцевый хвостовик для устройства отбора мощности, а на другом конце закреплен распределительный диск с верхней или нижней рабочей поверхностью для приведения в действие механизма газораспределения. На рабочих поверхностях распределительного диска выполнены выступы, которые действуют как кулачки, имеющие форму и расположение, соответствующие требуемым фазам газораспределения.

Распределительный диск с верхней рабочей поверхностью взаимодействует с торцами стержней соответствующих клапанов механизма газораспределения через коромысла, а распределительный диск с нижней рабочей поверхностью взаимодействует непосредственно с торцами стержней соответствующих клапанов механизма газораспределения.

Общий привод устройства отбора мощности и механизма газораспределения для двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, включает цилиндры, соединенные между собой рычагами-балансирами и содержит две сателлитные шестерни, приводимые во вращательное движение передаточными механизмами цилиндров с передачей крутящего момента на суммирующую солнечную шестерню и центральный приводной вал, на одном конце которого закреплен фланцевый хвостовик для устройства отбора мощности, а на другом конце закреплен распределительный диск с верхней или нижней рабочей поверхностью для приведения в действие механизма газораспределения.

Представленное решение позволит исключить возникновение внутренних "паразитных" мощностей за счет суммирования крутящих моментов от валов отбора мощности на центральном приводном валу, обеспечить синхронный привод механизма газораспределения, улучшить компактность и сбалансированность поршневого двигателя внутреннего сгорания, повысить его мощность и экономические показатели, снизить вес и габариты, а также износ деталей.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - общий вид заявленного общего привода для устройства отбора мощности и механизма газораспределения четырехцилиндрового двигателя

Фиг. 2 - схема заявленного общего привода четырехцилиндрового двигателя

Фиг. 3 - вид снизу заявленного общего привода четырехцилиндрового двигателя

Фиг. 4 - распределительный диск с верхней рабочей поверхностью

Фиг. 5 - вид сверху механизма газораспределения с верхней рабочей поверхностью распределительного диска

Фиг. 6 - общий вид механизма газораспределения с нижней рабочей поверхностью распределительного диска

Фиг. 7 - схема привода отбора мощности

Фиг. 8 - схема общего привода для устройства отбора мощности и механизма газораспределения двухцилиндрового двигателя

Фиг. 9 - вид снизу общего привода для устройства отбора мощности и механизма газораспределения двухцилиндрового двигателя

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ С ДОСТИЖЕНИЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕЗУЛЬТАТА

Заявляемый общий привод для устройства отбора мощности и механизма газораспределения содержит передаточный механизм 1 (фиг. 1), в состав которого входит передаточный элемент 2 и сателлитные шестерни 3, солнечную шестерню 4 (фиг. 3). Центральный приводной вал 5 (фиг. 2) закреплен на солнечной шестерне 4 и соединен с одной стороны с фланцевым хвостовиком 18, на другом конце вала 5 закреплен диск 6 с верхней рабочей поверхностью, с выступами 7 и 8 (фиг. 4). Плечи коромысел 9 и 10 (фиг. 5) механизма газораспределения опираются на рабочую поверхность диска 6 под воздействием пружин 13 и 14 (фиг. 2) через клапаны 11 и 12 механизма газораспределения и противоположные плечи коромысел 9 и 10.

В заявляемом приводе передаточный механизм 1 , показанный на фиг. 1 и описанный в [1] предусматривает использование одного передаточного элемента 2 для каждого из поршней двигателя и, соответственно, одного зубчатого колеса 3, выполняющего функцию сателлита. На фиг. 3 представлен вид снизу суммирующего механизма, состоящего из сателлитных шестерен 3 и солнечной шестерни 4. Сателлитные шестерни 3 передают крутящий момент на солнечную шестерню 4, выполняющую роль суммирующего элемента механизмов отбора мощности. Центральный приводной вал 5, показанный на фиг. 2 закреплен на солнечной шестерне 4 и вращается с ней как одно целое. На конце центрального приводного вала 5 закреплен распределительный диск 6, показанный на фиг. 4, который вращается как одно целое с центральным приводным валом 5 и имеет верхнюю или нижнюю рабочую поверхность.

На верхней рабочей поверхности распределительного диска 6 выполнены выступы 7 и 8, выполняющие функцию кулачков и имеющие форму и расположение, соответствующие требуемым фазам газораспределения. Выступы 7 и 8 расположены на радиусах rl и г2 относительно оси вращения распределительного диска и взаимодействуют с коромыслами 9 и 10 соответственно впускных и выпускных клапанов 11 и 12 механизма газораспределения. На фиг. 5 показан план расположение коромысел 9 и 10 над верхней рабочей поверхностью распределительного диска 6.

На нижней рабочей поверхности распределительного диска 6, показанного на фиг. 6, используются выступы 15 и 16, взаимодействующие непосредственно с торцами стержней клапанов 11 или 12 и упрощающие конструкцию механизма газораспределения.

Заявляемый общий привод для устройства отбора мощности и механизма газораспределения работает следующим образом: четырехцилиндровый двигатель снабжён устройством отбора мощности [1] и заявляемым приводом, имеет соответствующую схему расположения цилиндров по углам квадрата. При работе двигателя передаточные механизмы каждого из цилиндров двигателя вращают сателлитные шестерни 3, формируя на них крутящий момент определенной величины; каждая сателлитная шестерня 3 передает крутящий момент на солнечную шестерню 4, крутящий момент на которой формируется из суммы крутящих моментов на каждой из сателлитных шестерен 3; солнечная шестерня 4 вращает центральный приводной вал 5 и распределительный диск 6, к верхней рабочей поверхности которого прижаты плечи коромысел 9 и 10 за счет силы упругости клапанных пружин 13 и 14; вращение распределительного диска 6 заставляет его выступы 7 и 8 воздействовать на плечи соответствующих коромысел 9 и 10, что приводит к повороту коромысла вокруг своей оси, за счет чего другое его плечо также поворачивается и воздействует на торец стержня клапана 11 или 12, вызывая его перемещение с преодолением сопротивления пружин 13 и 14, открывая таким образом клапаны; возврат клапанов 11 или 12 в положение «закрыто» происходит под действием пружин 13 и 14 при опускании плеч коромысел 9 и 10 с поверхности профилей выступов 7 и 8; место расположения и форма выступов 7 и 8 подбираются в соответствии с требуемыми фазами газораспределения и параметрами время- сечение клапанов 11 или 12.

В заявляемом общем приводе для отбора мощности и механизма газораспределения, применение трех- или четырехклапанного механизма для каждого из цилиндров может быть осуществлено известными способами с использованием траверсы 6 [2, рис. 36, г] для клапанов одного назначения (впускных или выпускных).

Наличие в заявляемом приводе коромысел 9 и 10, как промежуточных передаточных элементов в механической цепи «диск 6 - клапаны 11 или 12» необходимо для обеспечения минимальной габаритной высоты двигателя, а также для удобства подачи смазки на поверхности движущихся деталей. С другой стороны коромысла 9 и 10 являются дополнительными деталями, что усложняет конструкцию механизма газораспределения. Для упрощения конструкции механизма газораспределения необходимо использовать распределительный диск 6, показанный на фиг. 6, который имеет нижнюю рабочую поверхность с выступами 15 и 16, непосредственно взаимодействующими с торцами стержней клапанов 11 или 12. Расположение и форма выступов 15 и 16 также выбираются в соответствии с требуемыми фазами газораспределения и параметрами время-сечение клапанов 11 или 12. Таким образом, при отсутствии ограничений на габариты двигателя по высоте, можно упростить конструкцию механизма газораспределения за счет диска 6 с нижней рабочей поверхностью, взаимодействующей непосредственно с торцами стержней клапанов 11 или 12.

Наличие в заявляемом приводе суммирующей солнечной шестерни 4 и вращающегося вместе с ней центрального приводного вала 5, расположенного на оси симметрии двигателя, позволит, в отличие от механизма [1], отбирать мощность для главного потребителя от центрального приводного вала, имеющего на другом своем конце фланцевый хвостовик 17, показанный на фиг. 7 для крепления на нем маховика 18 и, например, муфты фрикционного сцепления или гидротрансформатора.

Такое решение позволит равномерно распределить нагрузки между сателлитными шестернями передаточных механизмов цилиндров и, тем самым, предотвратить возникновение циркуляции «паразитных» мощностей, следовательно, обеспечить равномерный износ деталей, уменьшить величину опрокидывающих моментов двигателя на его опорах и вибрационное воздействие, передаваемое на остов машины.

В двигателях малой мощности использование четырехцилиндрового двигателя нерационально из-за неэффективности рабочих процессов в малоразмерных цилиндрах. Для получения возможности создания маломощного двигателя в заявляемом приводе предлагается использовать двухцилиндровую схему, представленную на фиг. 8. Такая схема снабжена рычажно-балансировочным механизмом 19, который синхронизирует работу двух цилиндров в соответствии с рабочими тактами и фазами газораспределения.

Таким образом, заявляемый общий привод для отбора мощности и механизма газораспределения отличается высокой компактностью и сбалансированностью, с возможностью отбора мощности для потребителя от центрального приводного вала, расположенного на оси солнечной шестерни, что позволит снизить массу и размер двигателя, улучшить его мощностные и экономические показатели.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. ЕА 025961 В1, автор Шаплыко Павел Валерьевич (BY), 2017.02.28 Бюллетень № 02, весь документ. Евразийский патент на изобретение «Устройство отбора мощности от двигателя внутреннего сгорания».

2. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания». В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Грехов и др.; под общей редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е издание, переработанное и дополненное — Москва, Машиностроение, 1990г. 288 страниц с иллюстрациями, (стр. 79-81).