RU2557828C1 - Valve control device - Google Patents

Valve control device Download PDF

Info

Publication number
RU2557828C1
RU2557828C1 RU2014104532/06A RU2014104532A RU2557828C1 RU 2557828 C1 RU2557828 C1 RU 2557828C1 RU 2014104532/06 A RU2014104532/06 A RU 2014104532/06A RU 2014104532 A RU2014104532 A RU 2014104532A RU 2557828 C1 RU2557828 C1 RU 2557828C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cam
valve
energy
drive
equilibrium position
Prior art date
Application number
RU2014104532/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Викторович Николаев
Алексей Петрович Сеньков
Михаил Евгеньевич Федосовский
Артем Валерьевич Бормотов
Роман Владимирович Пустозеров
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Диаконт"
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 Закрытое Акционерное Общество "Диаконт" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Диаконт"
Priority to RU2014104532/06A priority Critical patent/RU2557828C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557828C1 publication Critical patent/RU2557828C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: device includes a cam having a possibility of interacting with a valve stem so that opening and closing of the valve is provided at turning of the cam: a drive having a possibility of providing cam rotation. The device differs by the fact that it includes two storage elements for storage of mechanical energy, which can receive energy from the cam and transfer energy to the cam so that when one of the storage elements stores mechanical energy, the other storage element transfers mechanical energy to the cam.
EFFECT: reducing energy losses; improving efficiency and quick action of the valve control device.
11 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области двигателестроения и, в частности, к области устройств для управления клапанами газораспределительной системы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Также настоящее изобретение может быть использовано в различных гидравлических и пневматических системах для управления работой клапанов.The invention relates to the field of engine building and, in particular, to the field of devices for controlling valves of a gas distribution system of internal combustion engines (ICE). Also, the present invention can be used in various hydraulic and pneumatic systems for controlling valve operation.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для управления клапаном, которое является электромеханическим приводом клапана (патент США №5765513, F01L 9/04, 16.06.1998), предназначенным для использования в качестве впускного или выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания. Электромеханический привод клапана содержит клапан, имеющий шток и головку, которая может открывать и закрывать канал для подачи топлива или канал для выпуска продуктов сгорания топлива, пружины, в том числе пружины возврата клапана в исходное положение, и линейный электропривод, содержащий электромагниты, действующие на якоря в форме дисков, соединенных со штоком клапана. Недостатком такого электромеханического привода является низкий коэффициент полезного действия, а также низкое быстродействие.A device for controlling a valve is known, which is an electromechanical valve actuator (US patent No. 5765513, F01L 9/04, 06.16.1998), intended for use as an intake or exhaust valve of an internal combustion engine. An electromechanical valve actuator comprises a valve having a stem and a head that can open and close a channel for supplying fuel or a channel for releasing fuel combustion products, springs, including spring return valves to their original position, and a linear actuator containing electromagnets acting on the armature in the form of discs connected to the valve stem. The disadvantage of this electromechanical drive is the low efficiency, as well as low speed.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания (авторское свидетельство СССР №1636570, F01L 9/04, 1984 г.), который содержит клапан, имеющий шток и головку, которая может открывать и закрывать канал для подачи топлива или канал для выпуска продуктов сгорания топлива, возвратную пружину, возвращающую клапан в исходное положение после отключения электропривода, и линейный электропривод, имеющий два электромагнита, воздействующих на два дисковых якоря, соединенных со штоком клапана. В исходном положении клапан, описанный в данном авторском свидетельстве, открыт под воздействием возвратной пружины. При подаче питания на обмотку одного из двух электромагнитов, электромагнит, на обмотку которого поступило питание, притягивает соответствующий якорь и перемещает соединенный с якорем шток клапана, так что головка клапана закрывает канал для подачи топлива. Для повышения быстродействия газораспределительного механизма электромагниты работают попеременно, что увеличивает имеющееся время для затухания переходных индукционных явлений.The closest analogue of the present invention is the gas distribution mechanism of an internal combustion engine (USSR author's certificate No. 1636570, F01L 9/04, 1984), which comprises a valve having a stem and a head that can open and close the fuel supply channel or the exhaust channel products of fuel combustion, a return spring that returns the valve to its original position after turning off the electric drive, and a linear electric drive having two electromagnets acting on two disk anchors connected to the rod valve. In the initial position, the valve described in this copyright certificate is open under the influence of a return spring. When power is applied to the winding of one of the two electromagnets, the electromagnet to which the power is supplied draws the corresponding armature and moves the valve stem connected to the armature, so that the valve head closes the fuel supply channel. To increase the speed of the gas distribution mechanism, the electromagnets operate alternately, which increases the available time for attenuation of transient induction phenomena.

Недостатком данного решения является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.) и низкое быстродействие.The disadvantage of this solution is the low efficiency (efficiency) and low performance.

Низкий к.п.д. наиболее близкого аналога обусловлен возвратно-поступательным характером движения подвижных элементов клапана во время работы газораспределительного механизма. Во время работы газораспределительного механизма клапан может находиться в одном из двух устойчивых положений, открытом или закрытом, причем в этих положениях клапан должен быть зафиксирован на определенный интервал времени. В данном решении при обесточенных обмотках электромагнитов возвратная пружина клапана смещает шток клапана с головкой и открывает канал для подачи топливной смеси. В открытом положении клапан фиксируется силой возвратной пружины.Low efficiency the closest analogue is due to the reciprocating nature of the movement of the movable elements of the valve during operation of the gas distribution mechanism. During operation of the gas distribution mechanism, the valve can be in one of two stable positions, open or closed, and in these positions the valve must be fixed for a certain period of time. In this solution, when the windings of the electromagnets are de-energized, the valve return spring biases the valve stem with the head and opens the channel for supplying the fuel mixture. In the open position, the valve is fixed by the force of the return spring.

При включении одного из двух электромагнитов подвижная часть газораспределительного механизма, в которую входят шток клапана с головкой, два дисковых якоря и общий центральный стержень, перемещается линейно, а возвратная пружина клапана сжимается. Механическая работа электромагнита преобразуется в потенциальную энергию возвратной пружины, которая сжимается, а также в кинетическую энергию подвижной части газораспределительного механизма, линейная скорость движения которой возрастает по мере перемещения под действием электромагнитных сил. В открытом положении клапана линейная скорость движения подвижной части газораспределительного механизма полностью погашена, так как головка клапана опирается на неподвижный корпус, а вся кинетическая энергия подвижной части газораспределительного механизма, которая возникла за счет работы электромагнита, преобразуется в потери, то есть в тепло.When one of the two electromagnets is turned on, the movable part of the gas distribution mechanism, which includes the valve stem with a head, two disk anchors and a common central rod, moves linearly, and the valve return spring is compressed. The mechanical work of the electromagnet is converted into the potential energy of the return spring, which is compressed, as well as into the kinetic energy of the moving part of the gas distribution mechanism, the linear speed of which increases as it moves under the influence of electromagnetic forces. In the open position of the valve, the linear velocity of the moving part of the gas distribution mechanism is completely extinguished, since the valve head rests on a fixed housing, and all the kinetic energy of the moving part of the gas distribution mechanism, which arose due to the operation of the electromagnet, is converted into losses, that is, into heat.

Время возврата клапана в открытое положение в газораспределительном механизме должно быть ограничено. Для того чтобы сила возвратной пружины преодолела снижающуюся силу притяжения якоря электромагнитом после отключения обмотки электромагнита и разогнала подвижную часть газораспределительного механизма до необходимой скорости, обусловленной заданным временем переключения клапана, нужна значительная сила возвратной пружины. Потенциальная энергия пружины, накопленная при сжатии пружины за счет работы электромагнита, при возврате клапана в открытое положение преобразуется в кинетическую энергию подвижной части газораспределительного механизма. В конечном, открытом, положении клапана подвижная часть газораспределительного механизма клапана входит в контакт с неподвижным корпусом, и скорость перемещения подвижной части также полностью гасится. В данном случае кинетическая энергия подвижной части газораспределительного механизма клапана, накопленная за счет работы электромагнита, также будет преобразована в тепло.The time to return the valve to the open position in the gas distribution mechanism must be limited. In order for the force of the return spring to overcome the decreasing force of attraction of the armature by the electromagnet after disconnecting the electromagnet winding and to accelerate the moving part of the gas distribution mechanism to the required speed, due to the set valve switching time, a significant force of the return spring is needed. The potential energy of the spring accumulated during compression of the spring due to the operation of the electromagnet, when the valve is returned to the open position, is converted into kinetic energy of the moving part of the gas distribution mechanism. In the final, open, position of the valve, the movable part of the valve timing mechanism comes into contact with the fixed body, and the moving speed of the movable part is also completely extinguished. In this case, the kinetic energy of the moving part of the valve timing mechanism accumulated due to the operation of the electromagnet will also be converted to heat.

Таким образом, при возвратно-поступательном характере движения газораспределительного механизма клапана при каждом переключении клапана кинетическая энергия подвижной части газораспределительного механизма преобразуется в тепло. Кинетическая энергия подвижных элементов устройства образуется за счет работы электромагнитов, иными словами, за счет мощности источника электропитания, и, следовательно, к.п.д. газораспределительного механизма будет низким.Thus, with the reciprocating nature of the movement of the valve timing mechanism, each time the valve is switched, the kinetic energy of the moving portion of the timing mechanism is converted to heat. The kinetic energy of the moving elements of the device is generated due to the operation of electromagnets, in other words, due to the power of the power source, and, therefore, the efficiency gas distribution mechanism will be low.

Следует отметить, что, исходя из общей конструкции клапана, движение штока клапана с головкой имеет возвратно-поступательный характер, при этом не обязательно, что движение других подвижных элементов электрического привода штока клапана (дисковых якорей и общего центрального стержня) также имеет возвратно-поступательный характер. Кроме того, для сжатия возвратной пружины клапана и обеспечения заданного времени переключения клапана необходима значительная сила притяжения якоря со стороны электромагнитов. Для получения необходимой силы магнитного притяжения дисковый якорь электромагнита должен иметь достаточную площадь и поперечное сечение. Вследствие этого масса дисковых якорей электромагнитов при реализации конструкции данного решения может в несколько раз превышать массу штока клапана. Низкий к.п.д. данного решения обусловлен тем, что возвратно-поступательное движение во время работы клапана совершает не только шток клапана с головкой, но также и элементы электрического привода, т.е. дисковые якоря и общий центральный стержень.It should be noted that, based on the general design of the valve, the movement of the valve stem with the head has a reciprocating nature, while it is not necessary that the movement of other movable elements of the electric drive of the valve stem (disk anchors and a common central shaft) also has a reciprocating nature . In addition, significant compression of the armature from the side of the electromagnets is necessary to compress the valve return spring and provide the specified valve switching time. To obtain the necessary force of magnetic attraction, the disk armature of the electromagnet must have a sufficient area and cross section. As a result, the mass of disk anchors of electromagnets during the implementation of the design of this solution can be several times the mass of the valve stem. Low efficiency This decision is due to the fact that the reciprocating movement during operation of the valve performs not only the valve stem with the head, but also the elements of the electric drive, i.e. disc anchors and a common central core.

Низкое быстродействие устройства в соответствии с данным решением обусловлено увеличением массы подвижной части газораспределительного механизма за счет дисковых якорей электромагнитов. Как отмечено выше, масса дисковых якорей значительно превышает массу штока клапана. Увеличение за счет дисковых якорей и общего центрального стержня массы подвижной части газораспределительного механизма, которую нужно разогнать от нулевой скорости до скорости, обеспечивающей заданное время переключения клапана, не позволяет получить высокий к.п.д. привода клапана. Применение двух, как в данном решении, или большего числа электромагнитов не может существенно увеличить быстродействие газораспределительного механизма, так как увеличивается и число подвижных дисковых якорей, а значит и масса подвижной части. В связи с большим весом подвижной части газораспределительного механизма и тем, что частота переключения клапанов газораспределительных механизмов составляет до нескольких сотен герц, крайне трудно обеспечить нормальное функционирование газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным характером движения якорей электромагнитов, при котором при переключении клапана движение начинается с нулевой скорости всех подвижных элементов и заканчивается полной остановкой всех подвижных элементов, включая якоря электромагнитов.The low speed of the device in accordance with this decision is due to an increase in the mass of the movable part of the gas distribution mechanism due to disk anchors of electromagnets. As noted above, the mass of the disk anchors significantly exceeds the mass of the valve stem. The increase due to the disk anchors and the common central rod of the mass of the movable part of the gas distribution mechanism, which must be accelerated from zero speed to a speed that provides a predetermined valve switching time, does not allow to obtain a high efficiency valve actuator. The use of two, as in this solution, or a larger number of electromagnets cannot significantly increase the speed of the gas distribution mechanism, since the number of movable disk anchors increases, and hence the mass of the moving part. Due to the large weight of the moving part of the gas distribution mechanism and the fact that the switching frequency of the valves of the gas distribution mechanisms is up to several hundred hertz, it is extremely difficult to ensure the normal functioning of the gas distribution mechanism of the internal combustion engine with the reciprocating nature of the movement of the armature of the electromagnets, during which the movement starts when the valve is switched from zero speed of all moving elements and ends with a complete stop of all moving elements Including armature.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является повышение к.п.д. устройства для управления клапана и его быстродействия.Thus, the objective of the present invention is to increase the efficiency devices for controlling the valve and its speed.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Указанная задача решена благодаря устройству для управления клапаном газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению, содержащему кулачок, выполненный с возможностью взаимодействия со штоком клапана, так что обеспечено открытие и закрытие клапана при повороте кулачка, привод, выполненный с возможностью обеспечения поворота кулачка, и отличающееся тем, что оно содержит два запасающих элемента для запасания механической энергии, выполненных с возможностью приема энергии от кулачка и передачи энергии кулачку таким образом, что, когда один из запасающих элементов запасает механическую энергию, другой запасающий элемент передает механическую энергию кулачку.This problem is solved thanks to the device for controlling the valve of the gas distribution system of the internal combustion engine of the present invention, comprising a cam configured to cooperate with the valve stem, so that the valve is opened and closed when the cam is rotated, an actuator configured to rotate the cam, and characterized the fact that it contains two storage elements for storing mechanical energy, made with the possibility of receiving energy from the cam and transmitting energy Energy cam so that when one of the storage elements stores mechanical energy, the other storage element transfers mechanical energy to the cam.

Такое выполнение устройства для управления клапаном обеспечивает технический результат в виде уменьшения потерь энергии, вследствие чего повышены к.п.д. и быстродействие устройства для управления клапаном. За счет уменьшения потерь кинетической энергии подвижных элементов клапана достигается повышение к.п.д. и быстродействия предлагаемого устройства для управления клапаном относительно наиболее близкого аналога.This embodiment of the device for controlling the valve provides a technical result in the form of reducing energy losses, as a result of which the efficiency is increased and the speed of the valve control device. By reducing the kinetic energy loss of the moving elements of the valve, an increase in efficiency is achieved. and the performance of the proposed device for controlling the valve relative to the closest analogue.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в устройстве для управления клапаном запасающие элементы представляют собой пружины или магнитные пружины.According to yet another embodiment of the present invention, in the valve control device, the storage elements are springs or magnetic springs.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в устройстве для управления клапаном окружная поверхность кулачка содержит по меньшей мере один участок, расположенный на постоянном расстоянии от оси вращения кулачка.According to another embodiment of the present invention, in the valve control device, the circumferential surface of the cam comprises at least one portion located at a constant distance from the axis of rotation of the cam.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в устройстве для управления клапаном один из запасающих элементов связан со штоком клапана.According to another embodiment of the present invention, in a valve control device, one of the storage elements is connected to a valve stem.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в устройстве для управления клапаном пружины или магнитные пружины расположены соосно.According to another embodiment of the present invention, in the valve control device, the springs or magnetic springs are aligned.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в устройстве для управления клапаном запасающие элементы взаимодействуют с кулачком через рычаги.According to another embodiment of the present invention, in the valve control device, the storage elements cooperate with the cam via levers.

Кроме того, предложен способ управления клапаном газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, включающий приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия, соответствующее первому крайнему положению клапана, с одновременным запасанием энергии первым запасающим элементом для запасания механической энергии, остановку привода при достижении кулачком первого положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении, приведение в действие привода для начального поворота кулачка из первого положения равновесия в направлении второго положения равновесия, соответствующего второму крайнему положению клапана, отключение привода.In addition, a method for controlling a valve of a gas distribution system of an internal combustion engine is proposed, including actuating a drive for turning a cam to a first equilibrium position corresponding to a first extreme position of the valve, while simultaneously storing energy by a first storage member for storing mechanical energy, stopping the drive when the cam reaches the first equilibrium position with holding the cam drive in this position, actuating the drive for initial cam rotation and from the first equilibrium position towards the second position of equilibrium, the valve according to the second extreme position the drive.

дальнейший поворот кулачка за счет энергии, запасенной первым запасающим элементом, в направлении второго положения равновесия, с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии, приведение в действие привода для поворота кулачка во второе положение равновесия с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии, остановку привода при достижении кулачком второго положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении.further cam rotation due to the energy stored by the first storage element in the direction of the second equilibrium position, while simultaneously storing energy by the second storage element for storing mechanical energy, actuating the drive to rotate the cam to the second equilibrium position while simultaneously storing energy by the second storage element mechanical energy, the drive stops when the cam reaches the second equilibrium position with the drive holding the cam in this position.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения способ управления клапаном дополнительно включает приведение в действие привода для начального поворота кулачка из второго положения равновесия в направлении первого положения равновесия, отключение привода, дальнейший поворот кулачка за счет энергии, запасенной вторым запасающим элементом, в направлении первого положения равновесия, с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии, приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия с одновременным запасанием энергии первым запасающим элементом, остановку привода при достижении кулачком первого положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении.According to yet another embodiment of the present invention, the valve control method further includes actuating the actuator for initially turning the cam from the second equilibrium position toward the first equilibrium position, disengaging the actuator, turning the cam further due to the energy stored by the second storage member in the direction of the first position equilibrium, while simultaneously storing energy with a second storage element for storing mechanical energy, actuating the drive for I turn the cam to the first equilibrium position while simultaneously storing energy with the first storage element, stop the drive when the cam reaches the first equilibrium position while holding the cam drive in that position.

Согласно еще одному из вариантов реализации настоящего изобретения в способе управления клапаном при запуске двигателя приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия включает попеременные повороты кулачка приводом из начального положения по и против часовой стрелки с увеличивающимся углом поворота.According to another embodiment of the present invention, in a method of controlling a valve at engine start-up, actuating the actuator to rotate the cam to the first equilibrium position includes alternating rotations of the cam by the actuator from the initial position clockwise and counterclockwise with an increasing angle of rotation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения, при открытом положении клапана;Figure 1 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine comprising a valve control device in accordance with one embodiment of the present invention, with the valve open;

на фиг.2 показан профиль окружной поверхности кулачка;figure 2 shows the profile of the circumferential surface of the cam;

на фиг.3 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения при положении кулачка, соответствующем открытому положению клапана;figure 3 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine containing a valve control device according to one embodiment of the present invention with a cam position corresponding to the open position of the valve;

на фиг.4 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения при переходе между положениями кулачка, соответствующими открытому и закрытому положениям клапана;figure 4 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine containing a valve control device according to one embodiment of the present invention when switching between cam positions corresponding to open and closed valve positions;

на фиг.5 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения при положении кулачка, соответствующем закрытому положению клапана;5 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine comprising a valve control device according to an embodiment of the present invention with a cam position corresponding to a closed valve position;

на фиг.6 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения при переходе между положениями кулачка, соответствующими закрытому и открытому положениям клапана.6 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine comprising a valve control device according to one embodiment of the present invention when switching between cam positions corresponding to the closed and open valve positions.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Ниже подробно описан один из вариантов реализации устройства для управления клапаном по настоящему изобретению. Однако для специалиста очевидно, что настоящее изобретение не ограничено приведенным ниже вариантом реализации и может быть изменено без выхода за пределы объема изобретения, ограниченного формулой изобретения.One embodiment of the valve control device of the present invention is described in detail below. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiment below, and may be changed without departing from the scope of the invention limited by the claims.

На фиг.1 показано осевое сечение газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащей устройство для управления клапаном в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения. Система содержит корпус 1, в котором выполнен канал 2 для подачи топливной смеси в цилиндр двигателя внутреннего сгорания. На фиг.1 показано исходное положение клапана, в котором головка 3 клапана смещена в открытое положение, а канал 2 открыт. Клапан имеет шток 4 и упорный диск 5. Устройство для управления клапаном содержит запасающий элемент 6 для запасания энергии, который в настоящем варианте реализации является возвратной пружиной и одним торцом опирается на корпус 1, а другим торцом в упорный диск 5. В показанном на фиг.1 положении возвратная пружина 6 сжата под воздействием поворотного рычага 7 на упорный диск 5. Рычаг 7 содержит ролик 9, который прижат к кулачку 11 посредством возвратной пружины 6, действующей через упорный диск 5 на поворотный рычаг 7, конец которого закреплен в компенсаторе 8, закрепленном в корпусе 1. Компенсатор 8 в данном случае используется для того, чтобы компенсировать все зазоры между роликом рычага и кулачком, а также рычагом и клапаном. Компенсатор 8 прижимает поворотный рычаг 7 к упорному диску 5, при этом усилие компенсатора 8 намного меньше усилия возвратной пружины 6. В настоящем варианте реализации кулачок установлен на валу 10, который выполнен с возможностью его поворота приводом (не показан). Однако в других вариантах реализации кулачок может быть соединен с приводом любым другим подходящим способом.Figure 1 shows an axial section of a gas distribution system of an internal combustion engine comprising a valve control device in accordance with one embodiment of the present invention. The system comprises a housing 1, in which a channel 2 is provided for supplying the fuel mixture to the cylinder of an internal combustion engine. Figure 1 shows the initial position of the valve, in which the valve head 3 is shifted to the open position, and the channel 2 is open. The valve has a stem 4 and a thrust disk 5. The valve control device comprises a storage element 6 for storing energy, which in the present embodiment is a return spring and rests with one end on the housing 1 and the other end in the thrust disk 5. In the embodiment shown in FIG. 1 position, the return spring 6 is compressed under the influence of the rotary lever 7 on the thrust disk 5. The lever 7 contains a roller 9, which is pressed against the cam 11 by means of the return spring 6 acting through the thrust disk 5 on the rotary lever 7, the end of which is fixed to mpensatore 8, fixed in the housing 1. The compensator 8 used in this case in order to compensate for any gaps between the roller and the cam lever and the lever and the valve. The compensator 8 presses the pivot arm 7 against the thrust disk 5, while the force of the compensator 8 is much less than the force of the return spring 6. In the present embodiment, the cam is mounted on the shaft 10, which is rotatable by a drive (not shown). However, in other embodiments, the cam may be coupled to the actuator in any other suitable manner.

С другой стороны кулачка размещен шток 12. На штоке 12 закреплен упорный диск 13, а другой запасающий элемент 14, который в настоящем варианте реализации также является пружиной, одним торцом опирается на корпус 1, а другим торцом в упорный диск 13. Поворотный рычаг 15 выполнен таким образом, что один из его концов взаимодействует с упорным диском 13, а его другой конец закреплен в компенсаторе 16, закрепленном в корпусе 1. Рычаг 15 содержит ролик 17, который прижат к кулачку 11 посредством пружины 14 в точке, диаметрально противоположной точке взаимодействия кулачка 11 и ролика 9. Компенсатор 16 в данном случае используется для того, чтобы компенсировать все зазоры между роликом рычага и кулачком, а также рычагом и клапаном.A rod 12 is placed on the other side of the cam 12. A thrust disk 13 is mounted on the rod 12, and another storage element 14, which in the present embodiment is also a spring, rests on one housing end 1 and the other on the thrust disk 13. The swing arm 15 is made so that one of its ends interacts with the thrust disk 13, and its other end is fixed in the compensator 16, mounted in the housing 1. The lever 15 contains a roller 17, which is pressed against the cam 11 by means of a spring 14 at a point diametrically opposite to the interaction point the cam 11 and the roller 9. The compensator 16 in this case is used to compensate for all the gaps between the lever roller and the cam, as well as the lever and valve.

При этом для специалиста очевидно, что запасающие элементы 6 и 14 могут взаимодействовать с кулачком 11 любым другим подходящим способом, например напрямую, т.е. запасающие элементы 6 и 14 могут прижиматься непосредственно к кулачку 11. В других вариантах реализации запасающие элементы 6 и 14 для запасания механической энергии могут быть выполнены в виде магнитных пружин или других подходящих элементов. В настоящем варианте реализации запасающие элементы расположены параллельно. В различных вариантах реализации запасающие элементы могут располагаться как соосно, так и не соосно, а также параллельно или не параллельно.Moreover, it is obvious to the specialist that the storage elements 6 and 14 can interact with the cam 11 in any other suitable way, for example directly, i.e. the storage elements 6 and 14 can be pressed directly to the cam 11. In other embodiments, the storage elements 6 and 14 for storing mechanical energy can be made in the form of magnetic springs or other suitable elements. In the present embodiment, the storage elements are arranged in parallel. In various embodiments, the storage elements may be coaxial or non-coaxial, as well as parallel or non-parallel.

На фиг.2 показан профиль окружной поверхности кулачка 11. Окружная поверхность кулачка 11 имеет четыре зоны. В первой зоне радиус Rmax кулачка 11 максимален. Во второй зоне, по существу диаметрально противоположной первой зоне, радиус Rmin кулачка 11 минимален. При этом центры окружностей с радиусами Rmax и Rmin в настоящем варианте реализации совпадают с центром вала 10. Между первой зоной и второй зоной на кулачке 11 расположены две переходные зоны, в которых радиус постепенно уменьшается от Rmax до Rmin.Figure 2 shows the profile of the circumferential surface of the cam 11. The circumferential surface of the cam 11 has four zones. In the first zone, the radius Rmax of the cam 11 is maximum. In a second zone substantially diametrically opposed to the first zone, the radius Rmin of the cam 11 is minimal. Moreover, the centers of circles with radii Rmax and Rmin in the present embodiment coincide with the center of the shaft 10. Between the first zone and the second zone on the cam 11 are two transition zones in which the radius gradually decreases from Rmax to Rmin.

На фиг.3 показано положение кулачка 11, соответствующее открытому положению клапана в газораспределительной системе по фиг.1.Figure 3 shows the position of the cam 11 corresponding to the open position of the valve in the gas distribution system of figure 1.

Ролик 9 поворотного рычага 7 опирается на окружную поверхность кулачка 11 в его первой зоне, которая имеет максимальный радиус Rmax. В этом случае центр ролика 9 расположен на максимальном расстоянии от центра вала 10. Поворотный рычаг 7 воздействует на упорный диск 5, вследствие чего упорный диск 5 вместе со штоком 4 и головкой 3 клапана смещен вниз и канал 2 для подачи топливной смеси открыт. В этом положении топливная смесь через открытый канал 2 может поступать в цилиндр двигателя внутреннего сгорания. При этом возвратная пружина 6 клапана, опирающаяся на корпус 1, максимально сжата и создает наибольшее давление на упорный диск 5, которое приложено к кулачку 11 через поворотный рычаг 7 и ролик 9. Поскольку сила давления ролика 9 приложена к окружной поверхности кулачка 11 в первой зоне, то сила давления ролика 9 на кулачок 11 имеет радиальное направление и проходит через центр вала 10. В этом случае сила возвратной пружины 6 клапана оказывает давление на окружную поверхность кулачка 11 в радиальном направлении через упорный диск 5, поворотный рычаг 7 и ролик 9. Длина сжатой возвратной пружины 6 клапана в данном положении устройства для управления клапаном минимальна, а механическая энергия, запасенная пружиной 6, максимальна.The roller 9 of the pivot arm 7 rests on the circumferential surface of the cam 11 in its first zone, which has a maximum radius Rmax. In this case, the center of the roller 9 is located at the maximum distance from the center of the shaft 10. The pivot arm 7 acts on the stop disc 5, as a result of which the stop disc 5 is shifted down together with the stem 4 and valve head 3 and the channel 2 for supplying the fuel mixture is open. In this position, the fuel mixture through the open channel 2 can enter the cylinder of the internal combustion engine. In this case, the valve return spring 6, resting on the housing 1, is compressed as much as possible and creates the greatest pressure on the thrust disk 5, which is applied to the cam 11 through the pivoting lever 7 and the roller 9. Since the pressure force of the roller 9 is applied to the circumferential surface of the cam 11 in the first zone , then the pressure force of the roller 9 on the cam 11 has a radial direction and passes through the center of the shaft 10. In this case, the force of the valve return spring 6 exerts pressure on the circumferential surface of the cam 11 in the radial direction through the stop disc 5, the pivot arm 7 and roller 9. The length of the compressed valve return spring 6 in this position of the valve control device is minimum, and the mechanical energy stored by spring 6 is maximum.

В точке, которая по существу диаметрально противоположна точке контакта ролика 9 и кулачка 11, во второй зоне кулачка 11, которая имеет минимальный радиус Rmin, на кулачок 11 опирается ролик 17, установленный на поворотном рычаге 15. Поворотный рычаг 15 установлен в компенсаторе 16, закрепленном в корпусе 1. На свободный конец поворотного рычага 15 оказывает давление упорный диск 13, установленный на штоке 12, под действием сжатой пружины 14, которая одним торцом упирается в неподвижный корпус 1, а другим торцом упирается в упорный диск 13. Поскольку сила давления ролика 17 приложена к окружной поверхности кулачка 11 во второй зоне, то сила давления ролика 17 проходит через центр вала 10. Длина сжатой пружины 14 в данном положении устройства для управления клапаном максимальна, а механическая энергия, запасенная пружиной 14, минимальна.At a point that is substantially diametrically opposed to the contact point of the roller 9 and cam 11, in the second zone of the cam 11, which has a minimum radius Rmin, the cam 17 is supported by a roller 17 mounted on the pivot arm 15. The pivot arm 15 is mounted in the compensator 16 mounted in the housing 1. At the free end of the pivoting arm 15, a thrust disk 13 mounted on the rod 12 exerts pressure under the action of a compressed spring 14, which abuts against the stationary housing 1 with one end and abuts against the thrust disk 13 with the other end. Since the force is yes If the roller 17 is applied to the circumferential surface of the cam 11 in the second zone, then the pressure force of the roller 17 passes through the center of the shaft 10. The length of the compressed spring 14 in this position of the valve control device is maximum, and the mechanical energy stored by the spring 14 is minimal.

Устройство для управления клапаном работает следующим образом. При повороте кулачка 11 приводом против часовой стрелки со скоростью ω, как показано на фиг.3, ролик 9 поворотного рычага 7 и ролик 17 поворотного рычага 15 начинают обкатываться по окружной поверхности кулачка 11. Следует отметить, что в других вариантах реализации поворот кулачка может происходить по часовой стрелке.A device for controlling a valve operates as follows. When the cam 11 is rotated by the drive counterclockwise at a speed ω, as shown in FIG. 3, the roller 9 of the pivot arm 7 and the roller 17 of the pivot arm 15 begin to run around the circumferential surface of the cam 11. It should be noted that in other embodiments, the cam may rotate clockwise.

На фиг.3 показан этап работы устройства для управления клапаном, на котором кулачок 11 находится в положении равновесия (ω=0), соответствующем открытому положению клапана, и удерживается в этом положении приводом. При этом ролик 9 взаимодействует с первой зоной кулачка 11, а ролик 17 взаимодействует со второй зоной кулачка 11. Силы давления ролика 9 и ролика 17 на кулачок 11 проходят через центр вала 10. Далее приводят в действие привод кулачка 11 для начального поворота кулачка 11 из положения равновесия, соответствующего открытому положению клапана, в направлении положения равновесия, соответствующего закрытому положению клапана.Figure 3 shows the operation phase of the valve control device, in which the cam 11 is in the equilibrium position (ω = 0) corresponding to the open position of the valve, and is held in this position by the actuator. In this case, the roller 9 interacts with the first zone of the cam 11, and the roller 17 interacts with the second zone of the cam 11. The pressure forces of the roller 9 and the roller 17 on the cam 11 pass through the center of the shaft 10. Next, the cam drive 11 is actuated for the initial rotation of the cam 11 from the equilibrium position corresponding to the open position of the valve, in the direction of the equilibrium position corresponding to the closed position of the valve.

На фиг.4 показан этап работы устройства для управления клапаном, на котором происходит переход кулачка 11 из положения равновесия, соответствующего открытому положению клапана, в положение равновесия, соответствующее закрытому положению клапана. После начального поворота кулачка 11 приводом происходит отключение привода, а дальнейший поворот кулачка 11 происходит за счет энергии, запасенной пружиной 6. При этом дальнейшем повороте, против часовой стрелки в настоящем варианте реализации, ролик 9 начинает прокатываться по окружной поверхности кулачка 11, которая соответствует переходной зоне от Rmax к Rmin. При перемещении ролика 9 по окружной поверхности кулачка 11, от точки с радиусом кулачка Rmax к точкам с меньшим радиусом, длина возвратной пружины 6 клапана увеличивается за счет запасенной ею энергии, а ее запасенная энергия соответственно уменьшается. При этом шток 4 с головкой 3 начинают смещаться вместе с упорным диском 5 в направлении корпуса 1, постепенно закрывая канал 2 для подачи топливной смеси в цилиндр. Сила давления ролика 9, созданная возвратной пружиной 6 клапана через упорный диск 5 и поворотный рычаг 7, на кулачок 11 в переходной зоне от Rmax к Rmin проходит не через центр вала 10, а смещена в сторону поворота кулачка 11. В результате сила давления ролика 9 на кулачок 11 кроме радиальной силы, проходящей через центр вала 10, создает тангенциальную силу, действующую на кулачок 11 и направленную в сторону поворота кулачка 11. Тангенциальная сила увеличивает скорость поворота кулачка 11. Часть запасенной энергии сжатой возвратной пружины 6 клапана при перемещении ролика 9 по переходной зоне окружной поверхности кулачка 11, на которой радиус кулачка 11 уменьшается от Rmax к Rmin, преобразуется в кинетическую энергию поворота кулачка 11.Figure 4 shows the operation stage of the valve control device, in which the cam 11 moves from the equilibrium position corresponding to the open position of the valve to the equilibrium position corresponding to the closed position of the valve. After the initial rotation of the cam 11 by the drive, the drive is turned off, and the further rotation of the cam 11 is due to the energy stored by the spring 6. In this further rotation, counterclockwise in the present embodiment, the roller 9 begins to roll along the circumferential surface of the cam 11, which corresponds to the transition zone from Rmax to Rmin. When moving the roller 9 on the circumferential surface of the cam 11, from a point with a radius of the cam Rmax to points with a smaller radius, the length of the valve return spring 6 increases due to the energy stored by it, and its stored energy decreases accordingly. In this case, the rod 4 with the head 3 begin to move together with the thrust disk 5 in the direction of the housing 1, gradually closing the channel 2 for supplying the fuel mixture to the cylinder. The pressure force of the roller 9, created by the valve return spring 6 through the thrust disk 5 and the pivot arm 7, to the cam 11 in the transition zone from Rmax to Rmin does not pass through the center of the shaft 10, but is shifted towards the cam 11. The pressure force of the roller 9 on the cam 11, in addition to the radial force passing through the center of the shaft 10, creates a tangential force acting on the cam 11 and directed in the direction of rotation of the cam 11. The tangential force increases the speed of rotation of the cam 11. Part of the stored energy of the compressed valve return spring 6 when moving the roller 9 along the transition zone of the circumferential surface of the cam 11, on which the radius of the cam 11 decreases from Rmax to Rmin, is converted into the kinetic energy of rotation of the cam 11.

Одновременно ролик 17, прижатый к поверхности кулачка 11 пружиной 14 через упорный диск 13 и поворотный рычаг 15, перемещается по поверхности кулачка 11 в переходной зоне от Rmin к Rmax. При этом пружина 14 сжимается, а ее потенциальная энергия увеличивается. Сила давления ролика 17 на кулачок 11 также создает тангенциальную силу, но в этом случае эта сила направлена против направления поворота кулачка 11 и уменьшает скорость поворота кулачка 11. Таким образом, кинетическая энергия поворота кулачка 11 частично переходит в потенциальную энергию сжатой пружины 14.At the same time, the roller 17, pressed against the surface of the cam 11 by the spring 14 through the stop disc 13 and the pivot arm 15, moves along the surface of the cam 11 in the transition zone from Rmin to Rmax. In this case, the spring 14 is compressed, and its potential energy increases. The pressure force of the roller 17 on the cam 11 also creates a tangential force, but in this case, this force is directed against the direction of rotation of the cam 11 and reduces the speed of rotation of the cam 11. Thus, the kinetic energy of rotation of the cam 11 partially transfers into the potential energy of the compressed spring 14.

Поскольку процессы разжимания возвратной пружины 6 клапана и сжатия пружины 14 происходят одновременно, то при повороте кулачка 11 из открытого положения, показанного на фиг.1, против часовой стрелки потенциальная энергия возвратной пружины 6, уменьшаясь при растяжении пружины 6, частично преобразуется в потенциальную энергию пружины 14, которая сжимается.Since the processes of expanding the valve return spring 6 and compressing the spring 14 occur simultaneously, when the cam 11 is rotated from the open position shown in Fig. 1, counterclockwise, the potential energy of the return spring 6, decreasing when the spring 6 is stretched, is partially converted to the potential energy of the spring 14, which is compressed.

Далее, когда исчерпана запасенная энергия пружины 6, приводится в действие привод кулачка 11 для дальнейшего поворота кулачка 11 в положение равновесия, которое соответствует закрытому положению клапана, показанному на фиг.5. При этом ролик 17 продолжает прокатываться по окружной поверхности кулачка 11 в направлении возрастания ее радиуса от Rmin к Rmax, а рычаг 15, поворачиваясь, нажимает на упорный диск 13, смещая шток 12 и сжимая пружину 14. Потенциальная энергия пружины 14 возрастает. В свою очередь пружина 14 через упорный диск 13, поворотный рычаг 15 и ролик 17 создает тормозное усилие на кулачок 11 и вал 10, уменьшая их кинетическую энергию. То есть кинетическая энергия кулачка 11 частично переходит в потенциальную энергию пружины 14, которая таким образом запасает энергию. Потенциальная энергия пружины 14 будет возрастать при повороте кулачка 11 против часовой стрелки до тех пор, пока увеличивается радиус кулачка 11 в точке касания ролика 17.Further, when the stored energy of the spring 6 is exhausted, the cam drive 11 is actuated to further rotate the cam 11 to an equilibrium position that corresponds to the closed valve position shown in FIG. 5. In this case, the roller 17 continues to roll along the circumferential surface of the cam 11 in the direction of increasing its radius from Rmin to Rmax, and the lever 15, turning, presses the thrust disk 13, displacing the rod 12 and compressing the spring 14. The potential energy of the spring 14 increases. In turn, the spring 14 through the thrust disk 13, the pivot arm 15 and the roller 17 creates a braking force on the cam 11 and the shaft 10, reducing their kinetic energy. That is, the kinetic energy of the cam 11 partially transfers into the potential energy of the spring 14, which thus stores energy. The potential energy of the spring 14 will increase when the cam 11 is rotated counterclockwise until the radius of the cam 11 increases at the point of contact of the roller 17.

В итоге, привод кулачка 11 приводит кулачок 11 в положение равновесия, соответствующее закрытому положению клапана, показанное на фиг.5. В этом положении шток 4 клапана с головкой 3 клапана смещены в положение, наиболее близкое к центру кулачка 11, а головка 3 клапана примыкает к корпусу 1 и закрывает канал 2 для подачи топливной смеси. Пружина 14 в этом случае имеет минимальную длину, а потенциальная энергия, запасенная пружиной 14, максимальна. При этом длина возвратной пружины 6 клапана максимальна, а ее потенциальная энергия минимальна.As a result, the cam drive 11 drives the cam 11 to the equilibrium position corresponding to the closed valve position shown in FIG. 5. In this position, the valve stem 4 with the valve head 3 is shifted to the position closest to the center of the cam 11, and the valve head 3 is adjacent to the housing 1 and closes the channel 2 for supplying the fuel mixture. The spring 14 in this case has a minimum length, and the potential energy stored by the spring 14 is maximum. The length of the return spring 6 of the valve is maximum, and its potential energy is minimal.

В положении равновесия кулачка 11, соответствующем закрытому положению клапана, привод кулачка 11 перестает поворачивать кулачок и удерживает его в указанном положении.In the equilibrium position of the cam 11 corresponding to the closed position of the valve, the cam drive 11 stops turning the cam and holds it in the indicated position.

Далее привод кулачка 11 приводится в действие для начального поворота кулачка 11 из положения равновесия, соответствующего закрытому положению клапана, в направлении положения равновесия, соответствующего открытому положению клапана.Next, the cam drive 11 is actuated to initially rotate the cam 11 from the equilibrium position corresponding to the closed position of the valve, in the direction of the equilibrium position corresponding to the open position of the valve.

На фиг.6 показано устройство для управления клапаном, в процессе перехода кулачка 11 из положения равновесия, соответствующего закрытому положению клапана, в положение равновесия, соответствующее открытому положению клапана. После начального поворота кулачка 11 происходит отключение привода и дальнейший поворот кулачка 11 осуществляется за счет энергии, запасенной пружиной 14. При данном повороте ролик 17 начинает прокатываться по переходной зоне окружной поверхности кулачка 11, в которой радиус кулачка 11 уменьшается от Rmax к Rmin. Расстояние от центра ролика 17 до центра вала 10 начинает уменьшаться. Пружина 14 через шток 12 с упорным диском 13, поворотный рычаг 15 и ролик 17 создают давление на окружную поверхность кулачка 11. В переходной зоне уменьшения радиуса кулачка 11 от Rmax к Rmin сила давления ролика 17 на кулачок 11 имеет тангенциальную составляющую, которая направлена в сторону поворота кулачка 11 и увеличивает скорость их поворота. По мере поворота кулачка 11 длина пружины 14 увеличивается, а потенциальная энергия пружины 14 уменьшается, частично преобразуясь в кинетическую энергию поворота кулачка 11.Figure 6 shows a device for controlling a valve during the transition of the cam 11 from the equilibrium position corresponding to the closed position of the valve to the equilibrium position corresponding to the open position of the valve. After the initial rotation of the cam 11, the drive is turned off and the further cam 11 is driven by the energy stored by the spring 14. With this rotation, the roller 17 starts rolling along the transition zone of the circumferential surface of the cam 11, in which the radius of the cam 11 decreases from Rmax to Rmin. The distance from the center of the roller 17 to the center of the shaft 10 begins to decrease. The spring 14 through the rod 12 with the thrust disk 13, the pivot arm 15 and the roller 17 create pressure on the circumferential surface of the cam 11. In the transition zone of decreasing the radius of the cam 11 from Rmax to Rmin, the pressure force of the roller 17 on the cam 11 has a tangential component that is directed to the side rotation of the cam 11 and increases the speed of rotation. As the cam 11 rotates, the length of the spring 14 increases, and the potential energy of the spring 14 decreases, partially transforming into the kinetic energy of rotation of the cam 11.

По мере возрастания радиуса кулачка 11 в точке касания ролика 9 и кулачка 11, поворотный рычаг 7 оказывает давление на возвратную пружину 6 через упорный диск 5, сжимая ее. По мере сжатия возвратной пружины 6, кинетическая энергия поворота кулачка 11 частично преобразуется в потенциальную энергию пружины 6. При сжатии пружины 6 упорный диск 5 вместе со штоком 4 и головкой 3 клапана смещаются вниз и постепенно открывают канал 2 для подачи топливной смеси. Полностью канал 2 для подачи топливной смеси открыт, когда точка касания ролика 9 и кулачка 11 прошла всю переходную зону, в которой радиус кулачка 11 возрастает от Rmin к Rmax.As the radius of the cam 11 increases at the point of contact of the roller 9 and cam 11, the swing arm 7 exerts pressure on the return spring 6 through the thrust disc 5, compressing it. As the return spring 6 is compressed, the kinetic energy of the cam 11 rotation is partially converted to the potential energy of the spring 6. When the spring 6 is compressed, the thrust disk 5 together with the stem 4 and valve head 3 are shifted down and gradually open the channel 2 for supplying the fuel mixture. The fuel mixture supply channel 2 is fully open when the contact point of the roller 9 and cam 11 has passed the entire transition zone in which the radius of the cam 11 increases from Rmin to Rmax.

Далее, когда исчерпана запасенная энергия пружины 14, приводится в действие привод кулачка 11 для дальнейшего поворота кулачка 11 в положение равновесия, которое соответствует открытому положению клапана, показанному на фиг.3. В этом положении длина возвратной пружины 6 будет минимальной, а ее потенциальная энергия будет максимальной.Further, when the stored energy of the spring 14 is exhausted, the cam drive 11 is actuated to further rotate the cam 11 to an equilibrium position that corresponds to the open position of the valve shown in FIG. 3. In this position, the length of the return spring 6 will be minimum, and its potential energy will be maximum.

В итоге привод кулачка 11 приводит кулачок 11 в положение равновесия, соответствующее закрытому положению клапана, и удерживает кулачок 11 в данном положении. Положение устройства для управления клапаном в данном случае соответствует положению, показанному на фиг.3. При дальнейшем повороте кулачка 11 повторяются этапы работы устройства для управления клапаном, описанные выше.As a result, the cam drive 11 drives the cam 11 to the equilibrium position corresponding to the closed position of the valve, and holds the cam 11 in this position. The position of the valve control device in this case corresponds to the position shown in FIG. With further rotation of the cam 11, the steps of the valve control device described above are repeated.

Как видно из описания работы устройства для управления клапаном, между возвратной пружиной клапана 6 и пружиной 14 по мере поворота вала происходит обмен энергией. Таким образом, происходит поочередное запасание энергии пружинами 6 и 14, которые в настоящем варианте реализации служат в качестве запасающих элементов для запасания механической энергии.As can be seen from the description of the operation of the valve control device, energy is exchanged between the valve return spring 6 and the spring 14 as the shaft rotates. Thus, the energy is stored alternately by springs 6 and 14, which in the present embodiment serve as storage elements for storing mechanical energy.

Как было отмечено выше, в наиболее близком аналоге настоящего изобретения все подвижные элементы газораспределительной системы, включая якоря электромагнитов, совершают возвратно-поступательные движения. Таким образом, энергия источника питания, которая затрачивается на увеличение кинетической энергии якорей электромагнитов при каждом переключении клапана, преобразуется в тепло и необратимо теряется.As noted above, in the closest analogue of the present invention, all the movable elements of the gas distribution system, including the anchors of the electromagnets, perform reciprocating movements. Thus, the energy of the power source, which is spent on increasing the kinetic energy of the armature of the electromagnets each time the valve is switched, is converted into heat and is irreversibly lost.

Благодаря конструкции устройства для управления клапаном по настоящему изобретению при каждом переключении клапана приводу кулачка 11 достаточно «сдвинуть» кулачок 11 из начального положения равновесия и «довести» кулачок 11 в конечное положение равновесия, при этом промежуточное перемещение кулачка будет совершаться за счет энергии, запасенной запасающими элементами для запасания механической энергии. Такая конструкция устройства для управления клапаном позволяет повысить к.п.д. устройства за счет сбережения кинетической энергии в системе, которая в известных устройствах преобразуется в потери.Due to the design of the valve control device of the present invention, each time the valve is switched, it is sufficient for the cam drive 11 to “shift” the cam 11 from the initial equilibrium position and “bring” the cam 11 to the final equilibrium position, with the intermediate cam moving due to the energy stored in the storage elements for storing mechanical energy. This design of the device for controlling the valve allows to increase the efficiency devices due to the conservation of kinetic energy in the system, which in known devices is converted into losses.

В одном из вариантов реализации, устройство для управления клапаном газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания может содержать более двух запасающих элементов для запасания механической энергии. При этом, когда по меньшей мере один из указанных запасающих элементов будет запасать механическую энергию, поступающую от кулачка, по меньшей мере один из оставшихся запасающих элементов будет передавать механическую энергию кулачку.In one embodiment, an apparatus for controlling a valve of a gas distribution system of an internal combustion engine may comprise more than two storage elements for storing mechanical energy. Moreover, when at least one of these storage elements will store mechanical energy coming from the cam, at least one of the remaining storage elements will transmit mechanical energy to the cam.

В одном из вариантов реализации при выключенном двигателе внутреннего сгорания положение кулачка 11 соответствует промежуточному положению, показанному, например, на фиг.4. При запуске двигателя внутреннего сгорания привод кулачка 11 начинает совершать попеременные повороты кулачка 11 из его начального положения по часовой стрелке и против часовой стрелки с постепенно увеличивающимся углом поворота до тех пор, пока кулачок 11 не достигнет рабочего положения равновесия, соответствующего открытому, а в некоторых вариантах реализации закрытому положению клапана. Это сделано для снижения затрат энергии на приведение кулачка из начального положения в рабочее положение равновесия. Данное снижение обусловлено тем, что при попеременных движениях по часовой стрелке и против часовой стрелки с постепенно увеличивающимся углом поворота движение происходит не только за счет привода кулачка, но и за счет запасающих элементов для запасания механической энергии.In one embodiment, when the internal combustion engine is off, the position of the cam 11 corresponds to the intermediate position shown, for example, in FIG. 4. When starting the internal combustion engine, the cam drive 11 begins to alternately rotate the cam 11 from its initial position clockwise and counterclockwise with a gradually increasing rotation angle until the cam 11 reaches the working equilibrium position corresponding to the open, and in some cases implementation of the closed position of the valve. This is done to reduce energy costs for bringing the cam from the initial position to the working equilibrium position. This decrease is due to the fact that during alternate movements clockwise and counterclockwise with a gradually increasing angle of rotation, the movement occurs not only due to the cam drive, but also due to storage elements for storing mechanical energy.

Хотя настоящее изобретение описано на примере конкретного варианта реализации, возможны различные изменения и модификации в объеме настоящего изобретения, определяемом формулой изобретения.Although the present invention has been described by way of example of a specific embodiment, various changes and modifications are possible within the scope of the present invention defined by the claims.

Claims (11)

1. Устройство для управления клапаном газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащее
кулачок, выполненный с возможностью взаимодействия со штоком клапана, так что обеспечено открытие и закрытие клапана при повороте кулачка,
привод, выполненный с возможностью обеспечения поворота кулачка,
отличающееся тем, что оно содержит
два запасающих элемента для запасания механической энергии, выполненных с возможностью приема энергии от кулачка и передачи энергии кулачку таким образом, что, когда один из запасающих элементов запасает механическую энергию, другой запасающий элемент передает механическую энергию кулачку.
1. A device for controlling a valve of a gas distribution system of an internal combustion engine, comprising
a cam configured to interact with the valve stem, such that opening and closing of the valve is provided when the cam is rotated,
a drive configured to provide cam rotation,
characterized in that it contains
two storage elements for storing mechanical energy, configured to receive energy from the cam and transmit energy to the cam in such a way that when one of the storage elements stores mechanical energy, the other storage element transfers mechanical energy to the cam.
2. Устройство по п.1, в котором запасающие элементы представляют собой пружины или магнитные пружины.2. The device according to claim 1, in which the storage elements are springs or magnetic springs. 3. Устройство по п.1, в котором окружная поверхность кулачка содержит по меньшей мере один участок, расположенный на постоянном расстоянии от оси вращения кулачка.3. The device according to claim 1, in which the circumferential surface of the cam contains at least one portion located at a constant distance from the axis of rotation of the cam. 4. Устройство по п.1, в котором один из запасающих элементов связан со штоком клапана.4. The device according to claim 1, in which one of the storage elements is connected to the valve stem. 5. Устройство по п.2, в котором пружины или магнитные пружины расположены соосно.5. The device according to claim 2, in which the springs or magnetic springs are aligned. 6. Устройство по п.1, в котором запасающие элементы взаимодействуют с кулачком через рычаги.6. The device according to claim 1, in which the storage elements interact with the cam via levers. 7. Способ управления клапаном газораспределительной системы двигателя внутреннего сгорания, включающий
приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия, соответствующее первому крайнему положению клапана, с одновременным запасанием энергии первым запасающим элементом для запасания механической энергии,
остановку привода при достижении кулачком первого положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении, приведение в действие привода для начального поворота кулачка из первого положения равновесия в направлении второго положения равновесия, соответствующего второму крайнему положению клапана,
отключение привода,
дальнейший поворот кулачка за счет энергии, запасенной первым запасающим элементом, в направлении второго положения равновесия, с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии,
приведение в действие привода для поворота кулачка во второе положение равновесия с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии,
остановку привода при достижении кулачком второго положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении.
7. A method of controlling a valve of a gas distribution system of an internal combustion engine, including
actuating the actuator to rotate the cam to the first equilibrium position corresponding to the first extreme position of the valve, while simultaneously storing energy with the first storage element for storing mechanical energy,
stopping the actuator when the cam reaches the first equilibrium position while holding the cam in this position, actuating the actuator to rotate the cam from the first equilibrium position in the direction of the second equilibrium position corresponding to the second extreme position of the valve,
drive shutdown
further rotation of the cam due to the energy stored by the first storage element, in the direction of the second equilibrium position, while simultaneously storing energy by the second storage element for storing mechanical energy,
actuating the drive to rotate the cam to a second equilibrium position while simultaneously storing energy with a second storage element for storing mechanical energy,
the drive stops when the cam reaches the second equilibrium position while holding the cam in this position.
8. Способ по п.7, дополнительно включающий
приведение в действие привода для начального поворота кулачка из второго положения равновесия в направлении первого положения равновесия,
отключение привода,
дальнейший поворот кулачка за счет энергии, запасенной вторым запасающим элементом, в направлении первого положения равновесия, с одновременным запасанием энергии вторым запасающим элементом для запасания механической энергии,
приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия с одновременным запасанием энергии первым запасающим элементом,
остановку привода при достижении кулачком первого положения равновесия с удержанием приводом кулачка в этом положении.
8. The method according to claim 7, further comprising
actuating the drive for the initial rotation of the cam from the second equilibrium position towards the first equilibrium position,
drive shutdown
further rotation of the cam due to the energy stored by the second storage element, in the direction of the first equilibrium position, while simultaneously storing energy by the second storage element for storing mechanical energy,
actuating the drive to rotate the cam to the first equilibrium position while simultaneously storing energy with the first storage element,
the drive stops when the cam reaches the first equilibrium position while holding the cam in this position.
9. Способ по п.7 или 8, в котором первое крайнее положение клапана соответствует открытому положению клапана, а второе крайнее положение клапана соответствует закрытому положению клапана.9. The method according to claim 7 or 8, in which the first extreme position of the valve corresponds to the open position of the valve, and the second extreme position of the valve corresponds to the closed position of the valve. 10. Способ по п.7 или 8, в котором первое крайнее положение клапана соответствует закрытому положению клапана, а второе крайнее положение клапана соответствует открытому положению клапана.10. The method according to claim 7 or 8, in which the first extreme position of the valve corresponds to the closed position of the valve, and the second extreme position of the valve corresponds to the open position of the valve. 11. Способ по п.7, в котором при запуске двигателя приведение в действие привода для поворота кулачка в первое положение равновесия включает попеременные повороты кулачка приводом из начального положения по и против часовой стрелки с увеличивающимся углом поворота. 11. The method according to claim 7, in which when starting the engine, actuating the drive to rotate the cam to the first equilibrium position includes alternating rotations of the cam by the actuator from the initial position clockwise and counterclockwise with an increasing angle of rotation.
RU2014104532/06A 2014-02-10 2014-02-10 Valve control device RU2557828C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104532/06A RU2557828C1 (en) 2014-02-10 2014-02-10 Valve control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104532/06A RU2557828C1 (en) 2014-02-10 2014-02-10 Valve control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2557828C1 true RU2557828C1 (en) 2015-07-27

Family

ID=53762535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014104532/06A RU2557828C1 (en) 2014-02-10 2014-02-10 Valve control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557828C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6227154B1 (en) * 1999-03-25 2001-05-08 Ricardo Inc. Valvegear for engines of reciprocating piston type
RU2274752C2 (en) * 2001-01-20 2006-04-20 Фоо Вах ЛАУ Mechanism to control intake valve of internal combustion engine
RU2317428C1 (en) * 2003-08-22 2008-02-20 Бриггс Энд Страттон Корпорейшн Valve control lever, leverage for engine, method of making of valve control lever and method of assembling of valve control lever

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6227154B1 (en) * 1999-03-25 2001-05-08 Ricardo Inc. Valvegear for engines of reciprocating piston type
RU2274752C2 (en) * 2001-01-20 2006-04-20 Фоо Вах ЛАУ Mechanism to control intake valve of internal combustion engine
RU2317428C1 (en) * 2003-08-22 2008-02-20 Бриггс Энд Страттон Корпорейшн Valve control lever, leverage for engine, method of making of valve control lever and method of assembling of valve control lever

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5487451B2 (en) Internal combustion engine valve train switching device
KR100561348B1 (en) Engine valve actuation control system
US4455543A (en) Electromagnetically operating actuator
JP4724204B2 (en) Systems and methods for controlling solenoid valves, particularly for systems that variably drive valves of internal combustion engines in multi-lift mode
JP4891999B2 (en) Internal combustion engine with variable compression ratio
KR20060008922A (en) Electromagnetic valve actuator
RU2548211C2 (en) Electromagnetic actuating mechanism
US9395012B2 (en) Electromagnetic valve apparatus with nonlinear spring
US9909674B2 (en) Pulse-width-regulating valve
US9194264B2 (en) Systems and methods for variable valve actuation
CN104454178A (en) Engine braking method
RU2557828C1 (en) Valve control device
US20190211719A1 (en) An actuation apparatus and methods of operation thereof
JP2012504210A (en) In particular, a system for controlling a variable geometry device with a guide track connection, in particular for a gas turbine engine with a guide track connection
RU2406831C2 (en) Device for control over drive of valve of internal combustion engine
US7753015B2 (en) Device and method for controlling the lift of an outlet gas exchange charge cycle valve of an internal combustion engine
RU2288376C1 (en) Pneumatic drive for locking-adjusting accessories; electric-pneumatic control unit, jet engine, feedback device and switch unit
Chang et al. An electromechanical valve drive incorporating a nonlinear mechanical transformer
RU2754378C2 (en) System of reversible conversion of reciprocating motion into rotational motion
WO2009061234A1 (en) Electromechanical reciprocating drive
RU2619513C2 (en) Cam drive valve opening timing, reciprocating compressor and method
CN104712397A (en) Combined rocker engine braking device
US8113161B2 (en) Multi-cam electric valve mechanism for engine
Pournazeri et al. A Robust Variable Valve Actuation System With Energy Recovery Mechanism
US20150226209A1 (en) Variable displacement compressor and expander

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170211