RU181068U1 - Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift - Google Patents

Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift Download PDF

Info

Publication number
RU181068U1
RU181068U1 RU2018100243U RU2018100243U RU181068U1 RU 181068 U1 RU181068 U1 RU 181068U1 RU 2018100243 U RU2018100243 U RU 2018100243U RU 2018100243 U RU2018100243 U RU 2018100243U RU 181068 U1 RU181068 U1 RU 181068U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
valve lift
valve
gas distribution
camshaft
distribution mechanism
Prior art date
Application number
RU2018100243U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Капустин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority to RU2018100243U priority Critical patent/RU181068U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU181068U1 publication Critical patent/RU181068U1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18Rocking arms or levers
    • F01L1/181Centre pivot rocking arms
    • F01L1/182Centre pivot rocking arms the rocking arm being pivoted about an individual fulcrum, i.e. not about a common shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0207Variable control of intake and exhaust valves changing valve lift or valve lift and timing

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения; может быть использована для модернизации поршневых двигателей с искровым зажиганием с верхним раздельным расположением впускного и выпускного распределительных валов. В классическую схему такого газораспределительного механизма предлагается между кулачком распределительного вала и гидрокомпенсатором впускного клапана установить на оси рычажный толкатель с дугообразной верхней поверхностью и ролик, который перемещают по поверхности толкателя с помощью вилки. Вилка установлена на опорах распределительного вала и может поворачиваться относительно его оси. При перемещении ролика по поверхности рычажного толкателя меняется максимальная величина подъема клапана при неизменной длительности открытия. В зависимости от направления вращения вала максимальный подъем клапана (максимальное наполнение цилиндра) может смещаться по фазе цикла или в сторону запаздывания, или в сторону опережения открытия клапана. Соответственно можно отработать рабочий процесс двигателя или по циклу Аткинсона, или по циклу Миллера. Полезная модель позволяет повысить коэффициент полезного действия двигателей с искровым зажиганием при работе на частичных нагрузках.The utility model relates to the field of engine building; can be used for the modernization of piston engines with spark ignition with an upper separate arrangement of the intake and exhaust camshafts. In the classical scheme of such a gas distribution mechanism, it is proposed to install a lever pusher with an arcuate upper surface and a roller that is moved along the surface of the pusher with a fork between the camshaft cam and the intake valve hydraulic compensator. The plug is mounted on the camshaft bearings and can be rotated about its axis. When moving the roller along the surface of the lever pusher, the maximum valve lift value changes with a constant opening time. Depending on the direction of rotation of the shaft, the maximum valve lift (maximum cylinder filling) can shift in the phase of the cycle or in the direction of delay, or in the direction of advancing the valve opening. Accordingly, you can work out the working process of the engine or the Atkinson cycle, or the Miller cycle. The utility model allows to increase the efficiency of engines with spark ignition when operating at partial loads.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to engine building, in particular, to internal combustion engines.

В двигателях с искровым зажиганием управление мощностью происходит преимущественно за счет изменения наполнения цилиндров свежим зарядом с помощью дроссельной заслонки, расположенной во впускной системе на некотором расстоянии от входа в цилиндр. При прикрытии дроссельной заслонки (при понижении мощности) скорость движения газа по впускному трубопроводу затухает, что приводит к заметному снижению уровня газодинамического состояния газовой смеси к моменту зажигания, и, как следствие, к недостаточной скорости турбулентного горения. Для повышения интенсивности горения приходится вынужденно создавать более активную богатую смесь, что заметно снижает коэффициент полезного действия (КПД) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) от химического недогорания топлива.In spark ignition engines, power control is mainly due to changes in the filling of the cylinders with a fresh charge using a throttle valve located in the intake system at a certain distance from the cylinder inlet. When covering the throttle (when lowering the power), the gas velocity decreases through the intake pipe, which leads to a noticeable decrease in the level of the gas-dynamic state of the gas mixture at the time of ignition, and, as a result, to insufficient turbulent combustion rate. To increase the intensity of combustion, it is necessary to create a more active rich mixture, which significantly reduces the efficiency (efficiency) of the internal combustion engine (ICE) from chemical burning of fuel.

Чтобы получить наиболее высокий уровень газодинамики желательно управлять наполнением путем дросселирования потока на входе в цилиндр за счет изменения проходного сечения впускного клапана. В этом случае при уменьшении наполнения наилучшим образом сохраняется интенсивность газодинамики к началу сгорания.To obtain the highest level of gas dynamics, it is desirable to control the filling by throttling the flow at the inlet to the cylinder by changing the flow area of the intake valve. In this case, when the filling is reduced, the gas dynamics intensity is preserved in the best way to the beginning of combustion.

Известные газораспределительные механизмы (ГРМ) с системами управления наполнением за счет изменения высоты подъема и длительности открытия впускного клапана можно разделить на механические, гидромеханические и электромагнитные (см. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2: Динамика и конструирование: Учеб. для вузов: В 3 кн./Под ред.: В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 2005. - 399, [1] с.: ил. - Библиогр.: с. 396; RU 2187004 C1, МПК 7 F02В 23/08, 2002; RU 2232906 C1, МПК 7 F02В 23/08, 2004).Known gas distribution mechanisms (timing) with filling control systems by changing the lift height and the duration of the intake valve opening can be divided into mechanical, hydromechanical and electromagnetic (see Internal Combustion Engines. Book 2: Dynamics and Design: Textbook for high schools: V 3 book / Edited by: V.N. Lukanin and M.G. Shatrov. - 2005. - 399, [1] p.: ill. - Bibliography: p. 396; RU 2187004 C1, IPC 7 F02В 23 / 08, 2002; RU 2232906 C1, IPC 7 F02В 23/08, 2004).

За аналоги можно принять ГРМ с механическими системами управления высотой подъема клапана. В таких системах в классическую конструкцию газораспределительного механизма между кулачком распределительного вала и клапанным комплектом устанавливаются промежуточные детали с пружинами для обеспечения безударной работы механизма. Наличие дополнительных пружин усложняет конструкцию, снижает надежность механизма.For analogues, it is possible to take timing with mechanical control systems for valve lift height. In such systems, in the classic design of the gas distribution mechanism, intermediate parts with springs are installed between the camshaft cam and valve set to ensure shock-free operation of the mechanism. The presence of additional springs complicates the design, reduces the reliability of the mechanism.

Наиболее близким техническим решением является механическая система BMW Valvetronic, принятая за прототип, внедренная в производство двигателей. Однако она имеет достаточно усложненную конструкцию привода впускного клапана по сравнению с традиционными системами газораспределения и включает дополнительные вал, рычаги и пружины электромагнитные (см. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2: Динамика и конструирование: Учеб. для вузов: В 3 кн./Под ред.: В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 2005. - 399, [1]с.: ил. - Библиогр.: с. 396).The closest technical solution is the BMW Valvetronic mechanical system, adopted as a prototype, implemented in the production of engines. However, it has a rather complicated design of the intake valve actuator compared to traditional gas distribution systems and includes additional electromagnetic shaft, levers, and springs (see Internal Combustion Engines. Book 2: Dynamics and Design: Textbook for High Schools: В 3 кн. / Под Ed .: V.N. Lukanina and M.G. Shatrova. - 2005. - 399, [1] p.: ill. - Bibliography: p. 396).

Задача изобретения - повышение коэффициента полезного действия двигателей с искровым зажиганием при работе на частичных нагрузках.The objective of the invention is to increase the efficiency of engines with spark ignition when operating at partial loads.

Поставленная задача достигается тем, что предложен газораспределительный механизм с управляемой высотой подъема клапана, состоящий из распределительного вала с кулачком и клапанного комплекта, причем между кулачком и клапанным комплектом установлен на оси рычажный толкатель с дугообразной верхней поверхностью, концентричной начальной окружности кулачка, и с роликом на этой поверхности, имеющим возможность перемещения при помощи вилки, которая установлена на опорах распределительного вала с возможностью поворота относительно его оси.The problem is achieved by the fact that a gas distribution mechanism with a controlled valve lift height is proposed, consisting of a camshaft with a cam and a valve kit, and a lever pusher with an arcuate upper surface, a concentric initial cam circumference, and a roller on this surface, having the ability to move with a fork, which is mounted on the camshaft bearings with the possibility of rotation relative to its about and.

Предлагаемый газораспределительный механизм (ГРМ) с управляемой высотой открытия клапана не имеет дополнительных пружин и требует сравнительно несложных конструктивных изменений традиционного привода открытия клапанов в механизмах газораспределения с верхним раздельным расположением впускного и выпускного распределительных валов.The proposed gas distribution mechanism (timing) with a controlled opening height of the valve does not have additional springs and requires relatively simple structural changes to the traditional valve opening drive in the gas distribution mechanisms with an upper separate arrangement of the intake and exhaust camshafts.

В предлагаемом ГРМ между кулачком впускного распределительного вала и клапанным комплектом (включая гидрокомпенсатор) установлен на оси рычажный толкатель с дугообразной верхней поверхностью, концентричной начальной окружности кулачка, и ролик, который перемещают по верхней поверхности рычажного толкателя вилкой, поворачиваемой относительно оси распределительного вала.In the proposed timing, between the cam of the intake camshaft and the valve kit (including the hydraulic compensator), a lever pusher with an arcuate upper surface, a concentric initial cam circumference, and a roller that is moved along the upper surface of the lever pusher with a fork rotated relative to the camshaft axis are mounted on the axis.

Предлагаемая полезная модель поясняется изображениями, где:The proposed utility model is illustrated by images, where:

1 - кулачок впускного распределительного вала,1 - cam inlet camshaft,

2 - ролик,2 - roller

3 - ось,3 - axis

4 - рычажный толкатель,4 - lever pusher,

5 - клапанный комплект,5 - valve kit

6 - вилка,6 - plug

7 - опоры распределительного вала.7 - camshaft bearings.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый механизм, включающий кулачок 1 впускного распределительного вала, ролик 2, рычажный толкатель 4, установленный на оси 3, и клапанный комплект 5. Ролик 2 перемещают по толкателю 4 вилкой 6, установленной на опорах 7 распределительного вала (фиг. 5, фиг. 6). Кулачок, ролик и расстояние от оси качания рычажного толкателя до оси клапана выполнены в натуральную величину. Диаметр начальной окружности кулачка, равный 32 мм, выбран с ориентиром на кулачки распределительных валов четырехцилиндровых малолитражных двигателей. Высота вершины кулачка - 4 мм и диаметр ролика - 8 мм выбраны по конструктивным соображениям. При этих размерах графически на фиг. 2 - фиг. 4 определены перемещения клапана в зависимости от положения ролика. При перемещении ролика по рычажному толкателю на углы от -8 до +10° относительно среднего положения высота подъема клапана меняется от 3 мм (минимальный подъем) до 8,5 мм (максимальный подъем). Такое изменение подъема клапана позволит в широком диапазоне изменять коэффициент наполнения двигателя, приемлемом для управления мощностью в широком диапазоне.In FIG. 1 schematically shows the proposed mechanism, including a cam 1 of the intake camshaft, a roller 2, a lever pusher 4 mounted on the axis 3, and a valve kit 5. The roller 2 is moved along the pusher 4 with a fork 6 mounted on the camshaft bearings 7 (Fig. 5, Fig. 6). The cam, roller and the distance from the swing axis of the lever pusher to the valve axis are made in full size. The diameter of the initial cam circumference, equal to 32 mm, is selected with reference to the cam of the camshafts of four-cylinder small engines. The height of the cam top is 4 mm and the diameter of the roller is 8 mm for structural reasons. With these sizes, graphically in FIG. 2 - FIG. 4, valve movements are determined depending on the position of the roller. When moving the roller along the lever pusher at angles from -8 to + 10 ° relative to the middle position, the valve lift height changes from 3 mm (minimum lift) to 8.5 mm (maximum lift). Such a change in valve lift will allow a wide range to change the engine fill factor, which is acceptable for controlling power over a wide range.

В предлагаемом ГРМ изменение высоты подъема клапана сопровождается смещением начала открытия и окончания закрытия клапана при неизменной длительности его открытия. При направлении вращения распределительного вала, показанного на фиг. 2 - фиг. 4, когда кулачок набегает на рычажный толкатель со стороны его сводного конца, увеличение высоты подъема клапана сопровождается смещением начала его открытия в сторону запаздывания до максимальной величины 18° поворота распределительного вала, что соответствует 36° поворота коленчатого вала при четырехтактном цикле. Такое смещение фазы открытия впускного клапана в сторону запаздывания можно использовать для организации рабочего процесса по циклу Аткинсона. При запаздывании закрытия впускного клапана с увеличением наполнения будет происходить заброс газов из цилиндра во впускную трубу, что приведет к понижению давления и температуры в конце сжатия, и, в итоге, к снижению вероятности возникновения детонации при больших нагрузках двигателя. В то же время при малых наполнениях (небольших нагрузках двигателя) уменьшение проходного сечения клапанной щели приведет к увеличению интенсивности газодинамики и, как следствие, к возможности стабильного и быстрого сжигания более экономичной бедной смеси и получения более высокого КПД двигателя. Такой процесс более эффективен для двигателей с наддувом.In the proposed timing, a change in the height of the valve lift is accompanied by a shift in the start of opening and end of closing of the valve with a constant duration of its opening. In the direction of rotation of the camshaft shown in FIG. 2 - FIG. 4, when the cam runs onto the lever pusher from the side of its combined end, an increase in the valve lift height is accompanied by a shift in the start of its opening to the delay side to a maximum value of 18 ° camshaft rotation, which corresponds to 36 ° crankshaft rotation in a four-stroke cycle. Such a shift of the intake valve opening phase to the delay side can be used to organize the Atkinson cycle workflow. With a delay in closing the intake valve with increasing filling, gas will be thrown from the cylinder into the intake pipe, which will lead to a decrease in pressure and temperature at the end of compression, and, as a result, to a decrease in the likelihood of knocking at high engine loads. At the same time, at low fillings (low engine loads), a decrease in the flow area of the valve gap will lead to an increase in the gas dynamics intensity and, as a result, to the possibility of stable and fast burning of a more economical lean mixture and higher engine efficiency. This process is more efficient for supercharged engines.

При вращении распределительного вала в сторону, противоположную показанному направлению вращения на фиг. 2 - фиг. 4, когда кулачок набегает на рычажный толкатель со стороны оси, можно организовать рабочий процесс двигателя по циклу Миллера. С увеличением высоты подъема клапана (с увеличением наполнения цилиндра) происходит более раннее его открытие и закрытие. При больших наполнениях закрытие клапана происходит до прихода поршня в нижнюю мертвую точку. В этом случае после закрытия клапана давление и температура в цилиндре по мере движения поршня вниз будут понижаться по законам политропного расширения, и при последующем сжатии такой газовой смеси будут получены более низкие давления и температуры к моменту зажигания, что снизит склонность двигателя к детонации. Это позволит повысить степень сжатия по условиям детонации и получить более высокий КПД таких двигателей по сравнению с двигателями, работающими по циклу Отто. Кроме того, при малых наполнениях уменьшение сечения клапанной щели даст возможность сжигать более эффективно бедные смеси за счет более интенсивной газодинамики и дополнительно повысить КПД таких двигателей, работающих по циклу Миллера.When the camshaft rotates in a direction opposite to the direction of rotation shown in FIG. 2 - FIG. 4, when the cam runs onto the lever pusher from the axis side, it is possible to organize the engine workflow according to the Miller cycle. With an increase in the valve lift height (with an increase in cylinder filling), its earlier opening and closing occurs. With large fillings, the valve closes before the piston arrives at bottom dead center. In this case, after closing the valve, the pressure and temperature in the cylinder will decrease as the piston moves down according to the laws of polytropic expansion, and with the subsequent compression of such a gas mixture lower pressures and temperatures will be obtained at the time of ignition, which will reduce the engine’s tendency to detonate. This will increase the compression ratio according to the detonation conditions and obtain a higher efficiency of such engines compared to engines operating in the Otto cycle. In addition, at low fillings, a decrease in the cross section of the valve gap will make it possible to burn lean mixtures more efficiently due to more intensive gas dynamics and further increase the efficiency of such engines operating according to the Miller cycle.

Полезная модель позволяет повысить коэффициент полезного действия двигателей с искровым зажиганием при работе на частичных нагрузках.The utility model allows to increase the efficiency of engines with spark ignition when operating at partial loads.

Claims (1)

Газораспределительный механизм с управляемой высотой подъема клапана, состоящий из распределительного вала с кулачком и клапанного комплекта, причем между кулачком и клапанным комплектом установлен на оси рычажный толкатель с дугообразной верхней поверхностью, концентричной начальной окружности кулачка, и с роликом на этой поверхности, имеющим возможность перемещения при помощи вилки, которая установлена на опорах распределительного вала с возможностью поворота относительно его оси.A gas distribution mechanism with a controlled valve lift height, consisting of a camshaft with a cam and a valve kit, and a lever pusher with an arcuate upper surface, concentric with the initial cam circumference, and with a roller on this surface that can move when help fork, which is mounted on the camshaft bearings with the possibility of rotation about its axis.
RU2018100243U 2018-01-09 2018-01-09 Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift RU181068U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100243U RU181068U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100243U RU181068U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU181068U1 true RU181068U1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62813498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018100243U RU181068U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU181068U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2934052A (en) * 1958-11-17 1960-04-26 Irvin R Longenecker Valve operating mechanism
DE1817169A1 (en) * 1968-12-27 1970-07-16 Eduard Hujon Valve control for internal combustion engines
US5205247A (en) * 1992-01-29 1993-04-27 Hoffman Christopher J Infinitely variable lift cam follower with consistent dwell position
RU2548224C2 (en) * 2009-12-16 2015-04-20 Фпт Моторенфоршунг Аг Mechanical actuator for two- and four-stroke ice

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2934052A (en) * 1958-11-17 1960-04-26 Irvin R Longenecker Valve operating mechanism
DE1817169A1 (en) * 1968-12-27 1970-07-16 Eduard Hujon Valve control for internal combustion engines
US5205247A (en) * 1992-01-29 1993-04-27 Hoffman Christopher J Infinitely variable lift cam follower with consistent dwell position
RU2548224C2 (en) * 2009-12-16 2015-04-20 Фпт Моторенфоршунг Аг Mechanical actuator for two- and four-stroke ice

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. Review and analysis of variable valve timing strategies—eight ways to approach
US10344670B2 (en) Internal combustion engine with paired, parallel, offset pistons
US8695544B2 (en) High expansion ratio internal combustion engine
CN103328775B (en) There is quartastroke engine and the method for VVT
CN103939223A (en) Starting device of spark-ignition multi-cylinder engine
Parvate-Patil et al. An assessment of intake and exhaust philosophies for variable valve timing
US7258100B2 (en) Internal combustion engine control
CN103089489B (en) The internal-combustion engine that can run under homogeneous charge compression-ignition pattern
Lenz et al. Variable valve timing—A possibility to control engine load without throttle
AU2018101638B4 (en) Internal combustion engine with paired, parallel, offset pistons
US10815909B2 (en) Method for varying a cylinder-specific compression ratio of an applied-ignition internal combustion engine and internal combustion engine for carrying out a method of said type
JP2014152619A (en) Spark ignition type engine
US8418663B2 (en) Cam actuation mechanism with application to a variable-compression internal-combustion engine
US9194344B1 (en) Dual fuel engine having selective compression reduction
RU181068U1 (en) Gas distribution mechanism of a piston internal combustion engine with a controlled valve lift
JP2006307658A (en) 2-stroke engine
JP2007239553A (en) Two-stroke engine
US20080271705A1 (en) Variable compression engine
JP2013124623A (en) Internal combustion engine provided with variable compression ratio mechanism
US20160032821A1 (en) Six Stroke Internal-Combustion Engine
WO2015032169A1 (en) Apparatus for engine to conserve energy by using phase gears to boost torque
US9404428B1 (en) Variable-expansion-ratio engine
GB2476852A (en) Variable inlet valve actuation arrangement for a six-stroke IC engine
GB2563685A (en) Rotary sleeve valve for asymmetric timing in two-strokes
KR20200120806A (en) 2 cycle engine with valve system

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190110