RU2557828C1 - Valve control device - Google Patents
Valve control device Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Abstract
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
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
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
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
На фиг.3 показано положение кулачка 11, соответствующее открытому положению клапана в газораспределительной системе по фиг.1.Figure 3 shows the position of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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.
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)
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 |
-
2014
- 2014-02-10 RU RU2014104532/06A patent/RU2557828C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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 | |
KR20100038075A (en) | Reciprocating piston compressor | |
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 | |
JP2022502602A (en) | Variable length piston assembly for engine valve actuation system | |
Zibani et al. | Software controlled stepping valve system for a modern car engine | |
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 | |
US8113161B2 (en) | Multi-cam electric valve mechanism for engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170211 |