PL232440B1 - Wielokrzywkowy system napędu zaworów silnika spalinowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest wielokrzywkowy system napędu zaworów silnika spalinowego charakteryzujący się tym, że wałek, lub wałki rozrządu (1) posiadają przynajmniej po dwie krzywki przypadające na jeden zawór, z których przynajmniej jedna (1a) otwiera zawór (2), natomiast inna (1b) zamyka go, a poprzez osadzoną w osi, czy okolicy wałka (3), lub wzdłuż trzonka zaworu (2) sprężynę (4), realizuje docisk grzybka zaworu do gniazda zaworowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielokrzywkowy system napędu zaworów silnika spalinowego. Jest to wynalazek z dziedziny motoryzacji.

Wszystkie silniki spalinowe wymagają rozrządu. Silniki dwusuwowe charakteryzują się największą gamą rozwiązań. W praktyce rolę zaworów pełni tam tłok, stawidło obrotowe, lub zawory membranowe. Silniki czterosuwowe posiadają zasadniczo jeden rodzaj rozrządu, czyli zawory grzybkowe sterowane krzywkami rozrządu. Eksperymentowano także z innymi rozwiązaniami, typu zawory obrotowe, czy też walcowe na wzór tych z maszyny parowej. Typowe zawory silnika czterosuwowego sterowane są za pomocą krzywek umieszczonych na wałku, lub wałkach rozrządu. Otwarcie wymuszone jest przez krzywkę, natomiast powrót i docisk grzybka zaworu do gniazda przez podwójne sprężyny zaworowe. Znane są też inne próby sterowania, np. za pomocą siłowników magnetycznych, pneumatycznych lub hydraulicznych, jednakże jak dotąd nie znalazły one zastosowania. Na przeszkodzie stała głównie konieczność szybkiej reakcji zaworu, jak też trudność w pokonaniu silnych sprężyn zaworowych.

Idealnym rozwiązaniem byłyby pozbawione sprężyn zawory o zmiennych fazach rozrządu, zmiennej długości otwarcia i o „kwadratowej” charakterystyce. Zmienne fazy rozrządu są już szeroko stosowane, natomiast pozostałe pożądane cechy - nie. Rozwiązanie w/g wynalazku wychodzi naprzeciw niektórym z tych życzeń. Usuwa sprężyny zaworowe zmniejszając obciążenia mechaniczne zaworów, wałka i paska rozrządu. Wydłuża ich żywotność i obniża drgania. Poprawia sprawność silnika. Likwiduje konieczność ustawiania luzów zaworowych, lub stosowania ich hydraulicznej regulacji. Polepsza charakterystykę pracy zaworów czyniąc ją bardziej „kwadratową”, co skutkuje dłuższym czasem całkowitego otwarcia zaworu. Znacznie poprawia prowadzenie zaworu, poprzez podwójne prowadzenie na jego skrajnych końcach. Polepsza smarowanie zwłaszcza górnej części zaworu, gdzie występują największe siły boczne. Zmniejsza całkowitą długość zaworu i ogólne gabaryty układu rozrządu. Brak oporów pochodzących od sprężyn zaworowych otwiera też drogę do realnego zastosowania sterowanych komputerem indywidualnych siłowników zaworowych.

Istotą wynalazku jest system napędu zaworów silnika spalinowego charakteryzujący się tym, że wałek, lub wałki rozrządu posiadają przynajmniej po dwie krzywki przypadające na jeden zawór, z których przynajmniej jedna otwiera zawór, natomiast inna zamyka go, a poprzez osadzoną w osi, czy okolicy wałka, lub wzdłuż trzonka zaworu sprężynę , realizuje docisk grzybka zaworu do gniazda zaworowego. Krzywki mogą być zewnętrzne, lub wewnętrzne. Krzywizny krzywek otwierających i zamykających są tak dobrane, by uniemożliwić niekontrolowany ruch rolek. Dźwignia rolek i dźwignia zaworu umieszczone są obrotowo na wałku. Posiadają zazębiające się ścięcia, które zapewniają zabieranie dźwigni zaworu poprzez dźwignię rolek. Zazębienie to charakteryzuje się istnieniem niewielkiego luzu obwodowego. Obie dźwignie połączone są sprężyną ściągającą górne części obu dźwigni. Przy zamkniętym zaworze, część cylindryczna krzywki otwierającej nie pracuje. Część cylindryczna krzywki zamykającej, poprzez rolkę, dźwignię rolek i sprężynę wywiera nacisk na dźwignie zaworu, a dalej na zawór dociskając go do gniazda. Zawór jest zamknięty, a jego grzybek dociśnięty. Kiedy wałek rozrządu zaczyna się obracać, krzywka otwierająca, poprzez rolkę wprawia w ruch dźwignię rolek. W pierwszej fazie sprężyna kasuje górny luz obwodowy „A” pomiędzy dźwignią rolek, a dźwignią zaworu. Sprężyna zmniejsza nacisk na dźwignię zaworu. Maleje docisk grzybka zaworu do gniazda. Kiedy górny luz obwodowy „A” zostanie wyzerowany, następuje koniec fazy docisku i początek fazy otwierania zaworu. Faza ta kończy się w momencie przejścia krzywej wznoszącej krzywki w jej część cylindryczną. Teraz obie rolki prowadzone są przez obie części cylindryczne obu krzywek nie powodując ruchu dźwigni rolek. Zawór pozostaje otwarty. Kiedy części cylindryczne obu krzywek przechodzą w fazę opadania, krzywka zamykająca wymusza rozpoczęcie fazy zamykania zaworu. Kiedy grzybek zaworu dotknie gniazda, krzywka zamykająca nadal pracuje. W pierwszej kolejności naciąga sprężynę, co skutkuje rozpoczęciem dociskania grzybka zaworu do gniazda. Sprężyna naciągana jest aż do momentu rozpoczęcia pracy części cylindrycznej krzywki zamykającej. W tym momencie zawór jest zamknięty i dociśnięty. Obie dźwignie niemal stykają się w ich dolnych częściach, pozostawiając mały luz bezpieczeństwa „B”.

Podczas szybkich obrotów silnika siła sprężyny może okazać się niewystarczająca, a przez to reakcja zaworu spóźniona. Wówczas szybko poruszająca się dźwignia rolek naciąga sprężynę, aż do całkowitego wyzerowania dolnego luzu bezpieczeństwa „B”. Następuje wymuszone zabieranie dźwigni zaworu i rozpoczęcie fazy zamykania zaworu. Kiedy zawór zostanie zamknięty, układ automatyczPL 232 440 B1 nie stabilizuje się i wraca do normalnej fazy zamkniętego zaworu. To niewielkie opóźnienie zamknięcia zaworu może być nawet korzystne, gdyż przy wysokich obrotach dodatkowo może wydłużyć czas jego otwarcia. Zjawisko to można też wykorzystać do zamierzonej regulacji czasu otwarcia zaworu. Właściwe dobranie luzów obwodowych i sztywności sprężyny może przynieść korzystny efekt w postaci wydłużenia tego czasu.

Podstawową funkcją luzu bezpieczeństwa „B” jest jednak zabezpieczenie przed uszkodzeniem układu dźwigni, rolek, czy wałków w przypadku nieprecyzyjnej pracy całego systemu.

Fig. 1 pokazuje schematyczną budowę systemu sterowania zaworem przy udziale zewnętrznej krzywki otwierającej i wewnętrznej zamykającej, wraz z uproszczoną konstrukcją zamocowania i prowadzenia zaworu. Fig. 2 pokazuje poszczególne fazy działania systemu przy różnych kątach obrotu wałka rozrządu: O°- zawór zamknięty i dociśnięty, 30°- koniec docisku i początek otwierania zaworu, 45°- otwieranie zaworu, 90°- zawór otwarty, 150°- koniec zamykania i początek docisku, 180°- zawór zamknięty i dociśnięty. Fig. 3 pokazuje charakterystykę otwarcia zaworu, czyli wielkość otwarcia w funkcji kąta obrotu wałka rozrządu. Fig. 4, to 5 przykład rozwiązania z krzywką zewnętrzną i wewnętrzną. Fig. 5, to przykład rozwiązania z dwiema krzywkami zewnętrznymi.

Zastosowanie wynalazku w przykładzie wykonania z krzywką zewnętrzną i wewnętrzną pokazuje Fig. 4. Na wałku rozrządu 1 z zewnętrzną krzywką otwierania 1a, zamocowana jest wewnętrzna krzywka otwierania 1 b. Każdej z krzywek przyporządkowana jest rolka 5. Obie rolki zamocowane są na dźwigni rolek 6. Dźwignia rolek i dźwignia zaworu 7 znajdują się na wspólnym wałku 3. Dzięki właściwemu dobraniu ścięć, zazębiają się one ze sobą, z luzem obwodowym. Obie dźwignie łączy sprężyna 4. Dźwignia zaworu połączona jest obrotowo i suwliwie za pomocą sworznia 8, z łącznikiem zaworu 9, a dalej poprzez podkładkę dystansową 10, mocowaniem zaworu 11, z zaworem 2. Zawór wraz z mocowaniem zaworu osadzony jest suwliwie w prowadnicy zaworu 12 i uszczelniony za pomocą pierścienia uszczelniającego 13.

Zastosowanie wynalazku w przykładzie wykonania z dwiema krzywkami zewnętrznymi pokazano na Fig. 5, gdzie każda z rolek 5 osadzona jest na innym ramieniu wspólnej dźwigni rolek 6. Każda z rolek prowadzona jest po oddzielnej krzywce zewnętrznej. Takie rozwiązanie wymusiło konieczność ustawienia właściwego położenia wałka 3 względem wałka rozrządu 1. Do tego celu służą mimośrodowe zakończenia wałka 3.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Krzywkowy napęd zaworów silnika spalinowego znamienny tym, że wałek, lub wałki rozrządu (1) posiadają przynajmniej po dwie krzywki przypadające na jeden zawór, z których przynajmniej jedna (1a) otwiera zawór (2), natomiast inna (1 b) zamyka go, a poprzez osadzoną w osi, czy okolicy wałka (3), lub wzdłuż trzonka zaworu (2) sprężynę (4), realizuje docisk grzybka zaworu do gniazda zaworowego.