Распределительный вал и многоцилиндровый двигатель
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Распределительный вал предназначен для многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Распределительный вал содержит множество выпускных кулачков, которые разнесены вдоль продольной оси распределительного вала. Выпускные кулачки расположены так, что по меньшей мере один выпускной кулачок связан с каждым цилиндром (121), (122), (123), (124) двигателя. Каждый выпускной кулачок выполнен с возможностью приведения в действие выпускного клапана своего соответствующего цилиндра (121), (122), (123), (124) при вращении распределительного вала. Пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом относительно пикового подъема второго выпускного кулачка на угол поворота кулачка, который является большим, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенным на количество цилиндров двигателя. Второй выпускной кулачок связан со срабатывающим цилиндром, следующим за цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком. Следующий срабатывающий цилиндр, связанный со вторым выпускным кулачком, является цилиндром, физически смежным с цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком. Раскрыт многоцилиндровый двигатель, использующий распределительный вал. Технический результат заключается в преодолении выброса выхлопных газов из одного цилиндра в другой цилиндр. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к распределительному валу для многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Более конкретно, настоящее изобретение относится к распределительному валу для четырехцилиндрового рядного двигателя внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Цилиндры многоцилиндрового двигателя расположены так, чтобы последовательно подвергаться своим тактам расширения. Порядок, в котором каждый цилиндр подвергается своему такту расширения, известен в данной области техники как порядок работы. Порядок работы двигателя по существу определен расположением цилиндра и кривошипов на коленчатом валу, где вращение коленчатого вала является существенным для приведения в действие/работы поршней внутри цилиндров.
Для четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, такты расширения происходят с интервалами в сто восемьдесят градусов поворота коленчатого вала, и поршни перемещаются внутри цилиндров парами, например, поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются попарно, и поршни во втором и третьем цилиндрах перемещаются попарно. Например, в четырехцилиндровом двигателе, имеющем порядок работы 1-3-4-2, когда первый поршень начинает свой такт расширения, поршень в четвертом цилиндре будет начинать свой такт впуска, второй поршень будет начинать свой такт выпуска, а третий поршень будет начинать свой такт сжатия.
Во время такта выпуска, выхлопные газы выгоняются из цилиндра через выпускной клапан/клапаны в выпускной коллектор. Выпускной коллектор собирает выхлопные газы из каждого цилиндра и отводит газы в выпускной трубопровод или турбонагнетатель. Проще говоря, выпускной коллектор содержит некоторое количество ответвлений, которые соединяются с и продолжаются от соответствующего цилиндра в головке блока цилиндров. Выпускной коллектор содержит многочисленные впуски и выпуски, которые, как правило, соединяются с выпускным трубопроводом, который содействует откачке выхлопных газов, после очистки, в атмосферу.
Выпускной коллектор обычно отлит или изготовлен в качестве отдельной части по отношению к головке блока цилиндров двигателя, или может быть сформирован в качестве составной части отливки головки блока цилиндров. В случае встроенного выпускного коллектора, отрезки или ответвления направляющих отверстий выпускного коллектора довольно коротки, чтобы давать головке возможность быть отлитой, а также экономят затраты на материал головки.
Проблемой, связанной с компоновкой коллектора, в частности, встроенного выпускного коллектора, является взаимное влияние между цилиндрами, где выхлопные газы из одного цилиндра могут выбрасываться в другой цилиндр, если есть какое-нибудь перекрытие выпускных клапанов. В частности, это является проблемой в тех случаях, когда выпускные ответвления из смежно расположенных цилиндров (например, выпускные ответвления из третьего и четвертого цилиндров) в коллекторе относительно коротки, а период длительности кулачка особенно длинен, например, является большим чем сто восемьдесят градусов поворота коленчатого вала, для четырехцилиндрового двигателя. Если длительность кулачка больше чем 180 градусов поворота коленчатого вала, два цилиндра наиболее вероятно имеют выпускные отверстия одновременно открытыми в тех случаях, когда одно отверстие является едва закрывающимся, тогда как другое отверстие является открывающимся.
Следует принимать во внимание, что вышеприведенная проблема имеет следствием выхлопные газы, вытекающие из цилиндра с более высоким давлением (цилиндра, который только что начал свой такт выпуска) в смежный цилиндр, где его выпускное отверстие собирается закрываться и, по существу, находится под более низким давлением в цилиндре. Следствие выхлопных газов, протекающих между цилиндрами, состоит в том, что на следующей стадии впуска цикла двигателя топливо внутри цилиндра будет загрязняться присутствием выхлопных газов и, по существу, эффективность сгорания будет подвержена влиянию.
Были произведены попытки преодолеть выброс выхлопных газов из одного цилиндра в другой или блокировать выбрасывание, что повлекло за собой повторное проектирование компоновки выпускного коллектора. В случае встроенного выпускного коллектора, объем для модификации выпускных ответвлений ограничен вследствие требования сохранять компактную компоновку, обеспечиваемую встроенным коллектором.
Желательно минимизировать вероятность выбрасывания выхлопных газов из одного цилиндра в другой.
Кроме того, желательно предотвращать выбрасывание из одного цилиндра, блокируя выбрасывания из другого цилиндра.
Кроме того, желательно минимизировать вероятность аномального сгорания, также известного как детонационный стук, обусловленного смешиванием выхлопных газов и топлива в цилиндре вслед за впуском топлива.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте настоящего изобретения предложен распределительный вал для многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащий:
множество выпускных кулачков, разнесенных вдоль продольной оси распределительного вала, причем
выпускные кулачки расположены так, что по меньшей мере один выпускной кулачок связан с каждым цилиндром многоцилиндрового двигателя; при этом
каждый выпускной кулачок выполнен с возможностью приведения в действие выпускного клапана своего соответствующего цилиндра при вращении распределительного вала; при этом
пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом относительно пикового подъема второго выпускного кулачка на угол поворота кулачка, который является большим, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенным на количество цилиндров многоцилиндрового двигателя; при этом, второй выпускной кулачок связан со срабатывающим цилиндром, следующим за цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком, и при этом, следующий срабатывающий цилиндр, связанный со вторым выпускным кулачком, является цилиндром, физически смежным с цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком.
Предпочтительно, посредством увеличения угла между носиком или пиковым подъемом выпускных кулачков, связанных с физически смежными и работающими друг за другом цилиндрами, выпускное отверстие работающего раньше цилиндра будет начинать закрываться раньше, чем традиционная симметричная компоновка, а открывание выпускного отверстия работающего позже цилиндра может задерживаться. По существу, может сокращаться период перекрытия или пересечения, когда открыты два выпускных отверстия.
Поэтому, сокращается период поворота распределительного вала, в течение которого может происходить перенос выхлопного газа из одного цилиндра в другой.
Например, в рядном четырехцилиндровом четырехтактном двигателе, в котором длительность по распределительному валу в показателях периода времени, когда выпускной клапан открыт, определен числом градусов коленчатого вала: период открывания девяноста градусов на распределительном валу эквивалентен ста восьмидесяти градусам поворота распределительного вала.
Для рядного четырехцилиндрового двигателя, имеющего порядок работы 1-3-4-2, четвертый цилиндр работает последовательно с третьим цилиндром, а первый цилиндр работает последовательно со вторым цилиндром. В соответствии с настоящим изобретением, выпускные кулачки на выпускном распределительном валу для такого двигателя могут быть расположены так, чтобы носик или пиковый подъем выпускного кулачка или кулачков, связанных с третьим цилиндром, был смещен под углом на угол поворота распределительного вала, больший, чем девяносто градусов, от носика или пикового подъема выпускного кулачка или кулачков, связанных с четвертым цилиндром. Подобным образом, носик или пиковый подъем выпускного кулачка или кулачков, связанных со вторым цилиндром, может быть смещен под углом больше чем девяносто градусов, от носика или пикового подъема выпускного кулачка или кулачков, связанных с первым цилиндром.
Термин «физически смежный» будет пониматься имеющим отношение к компоновке выпускных кулачков относительно физического размещения/местоположения связанных цилиндров. Цилиндры пронумерованы последовательно от одного до четырех в случае четырехцилиндрового двигателя. Поэтому, первый цилиндр является физически смежным со вторым цилиндром, второй цилиндр является физически смежным с третьим цилиндром, а третий цилиндр является физически смежным с четвертым цилиндром. По существу, выпускной кулачок, связанный с первым цилиндром (цилиндром номер один), может считаться физически смежным с выпускным кулачком, связанным со вторым цилиндром (цилиндром номер два), который является физически смежным с выпускным кулачком, связанным с третьим цилиндром (цилиндром номер три), который является физически смежным с выпускным кулачком, связанным с четвертым цилиндром (цилиндром номер четыре).
Предпочтительно, угловое смещение смежного выпускного кулачка на угол поворота распределительного вала, больший, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенный на количество цилиндров, регулирует установку фаз распределения между закрыванием и открыванием выпускных отверстий физически смежных и последовательно работающих цилиндров.
Период, когда два выпускных клапана двигаются, и два выпускных отверстия одновременно открыты, уменьшается посредством смещения выпускных кулачков, связанных со следующими работающими и физически смежными цилиндрами, на угол, больший, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенным на количество цилиндров.
Следует понимать, что выпускные кулачки могут быть распределены с носиком или пиковым подъемом на неравномерных угловых интервалах вокруг распределительного вала.
В случае четырехцилиндрового двигателя, период открывания распределительных валов обычно имеет значение девяносто градусов поворота распределительного вала и ста восьмидесяти градусов поворота кривошипа. Поэтому, посредством изменения относительного углового положения выпускных кулачков, величина поворота распределительного вала относительно поворота кривошипа на сто восемьдесят градусов изменяется, и по существу, уменьшается пересечение или перекрытие, когда открыты два выпускных отверстия. По существу, минимизируется возникновение выбрасывания выхлопных газов из одного цилиндра в другой.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковые подъемы выпускных кулачков расположены по окружности несимметрично вокруг оси распределительного вала.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковые подъемы выпускных кулачков расположены по окружности на неравномерных угловых интервалах относительно оси распределительного вала.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, выполненный с возможностью использования с рядным четырехцилиндровым двигателем, причем двигатель содержит первый цилиндр, второй цилиндр, третий цилиндр и четвертый цилиндр, при этом пиковые подъемы выпускных кулачков распределены под углами иными, чем перпендикулярно друг другу.
Распределительный вал согласно варианту осуществления изобретения может быть выполнен с возможностью использования с рядным четырехцилиндровым двигателем, причем, двигатель содержит первый цилиндр, второй цилиндр, третий цилиндр и четвертый цилиндр, и при этом, распределительный вал может содержать по меньшей мере четыре выпускного кулачка, расположенных на распределительном валу так, чтобы по меньшей мере один выпускной кулачок был связан с каждым цилиндром двигателя. Носик или пиковый подъем выпускных кулачков может быть распределен с асимметричными угловыми интервалами вокруг распределительного вала, при этом, выпускные кулачки расположены под углами иными, чем перпендикулярно друг другу.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором выпускные кулачки, связанные с по меньшей мере двумя цилиндрами, каждый расположен так, что пиковый подъем первого выпускного клапана был смещен под углом на более чем девяносто градусов относительно пикового подъема второго выпускного кулачка, связанных со следующими работающими и смежными цилиндрами.
Компоновка цилиндров может быть такой, что они действуют в первой и второй парах, и по существу, носик или пиковый подъем выпускного кулачка, связанного с цилиндром в первой паре, может быть смещен под углом относительно носика или пикового подъема выпускного кулачка, связанного с цилиндром во второй паре.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто шесть градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающими смежным цилиндром.
Например, в примере рядного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2, носик или пиковый подъем выпускного кулачка, связанного с третьим цилиндром, может находиться под углом девяноста шести градусов от носика или пикового подъема выпускного кулачка, связанного с четвертым цилиндром. Подобным образом, носик или пиковый подъем выпускного кулачка, связанного со вторым цилиндром, может быть смещен на девяносто шесть градусов относительно носика или пикового подъема выпускного кулачка, связанного с первым цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на угол между девяносто тремя градусами и девяносто девятью градусами от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто четыре градуса от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто пять градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто шесть градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто семь градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто восемь градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто девять градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто один градус от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто два градуса от пикового подъема второго выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором пиковый подъем первых выпускных кулачков смещен на шесть градусов поворота кулачка и на двенадцать градусов поворота коленчатого вала от пикового подъема второго выпускного клапана.
Выпускные кулачки, связанные с каждым цилиндром, последовательно от первого цилиндра четырехцилиндрового двигателя, могут быть расположены с носиком или пиковым подъемом, расположенным на нуле градусов, восьмидесяти четырех градусах, ста восьмидесяти градусах и двухстах шестидесяти четырех градусах. Второй выпускной кулачок и третий выпускной кулачок, в силу этого, смещены на шесть градусов поворота кулачка и двенадцать градусов поворота кривошипа относительно традиционной перпендикулярной компоновки, где каждый выпускной кулачок расположен на интервалах девяноста градусов относительно последовательно приводимых в действие выпускных клапанов.
Следует понимать, что геометрия выпускного отверстия, длина отверстия и величина обратного потока в закрывающийся цилиндр могут оказывать влияние на величину углового смещения положения выпускного кулачка относительно выпускного кулачка, связанного со следующим работающим и физически смежным цилиндром.
В одном из вариантов осуществления предложен распределительный вал, в котором один или более выпускных кулачков содержит асимметричный профиль. Асимметричный профиль может оказывать влияние на взаимодействие кулачка с толкателем, а потому может оказывать влияние на управление клапаном в зависимости от величины асимметрии.
Во втором аспекте настоящего изобретения предложен многоцилиндровый двигатель, содержащий распределительный вал, содержащий:
множество выпускных кулачков, расположенных вдоль продольной оси распределительного вала так, чтобы выпускные кулачки были расположены так, что по меньшей мере один выпускной кулачок связан с каждым цилиндром многоцилиндрового двигателя; при этом
каждый выпускной кулачок выполнен с возможностью приведения в действие выпускного клапана своего соответствующего цилиндра при вращении распределительного вала; при этом
пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом относительно пикового подъема второго выпускного кулачка на угол поворота кулачка, который является большим, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, деленным на количество цилиндров многоцилиндрового двигателя; при этом, второй выпускной кулачок связан со срабатывающим цилиндром следующим за цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком, и при этом, следующий срабатывающий цилиндр, связанный со вторым выпускным кулачком, является цилиндром, физически смежным с цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует общий вид рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя;
фиг. 2a иллюстрирует распределительный вал, включающий в себя традиционную компоновку выпускных кулачков, для рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя;
фиг. 2b иллюстрирует схематичное представление соответственного вида распределительного вала для рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя;
фиг. 2c иллюстрирует схематичное представление симметричного выпускного кулачка;
фиг. 3 иллюстрирует графическое представление подъема выпускного клапана для рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, содержащего распределительный вал, как проиллюстрированный на фиг. 2a, 2b или 2c;
фиг. 4 иллюстрирует распределительный вал, включающий в себя компоновку выпускных кулачков, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 5 иллюстрирует графическое представление подъема выпускного клапана для рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, содержащего распределительный вал, как проиллюстрированный на фиг. 4.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на фиг. 1, проиллюстрирован двигатель 10 типа рядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя. Проиллюстрированный двигатель 10 содержит четыре цилиндра. Цилиндры обозначены, в общем, ссылочными позициями, например, рядный четырехцилиндровый четырехтактный двигатель содержит четыре цилиндра, упоминаемых как цилиндр 1, 2, 3 и 4. В последующем, цилиндры будут упоминаться как первый цилиндр 121, второй цилиндр 122, третий цилиндр 123 и четвертый цилиндр 124.
Иллюстрация на фиг. 1 ограничена рядным четырехцилиндровым четырехтактным двигателем. Однако, специалистами в данной области техники следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено в двигателях, содержащих множество цилиндров, большее, чем три, и для конфигураций, иных чем рядная/прямолинейная.
В четырехтактном цикле, начинающемся с поршня 14 в верхней мертвой точке (ВМТ, TDC), по мере того, как коленчатый вал 16 поворачивается, поршень 14 совершает возвратно-поступательное движение четыре раза, чтобы определять четыре такта, каждый из которых дает в результате разное действие.
Первый такт, где поршень 14 перемещается от ВМТ по направлению к нижней мертвой точке (НМТ, BDC), поршень 14 перемещается вниз внутри цилиндра 12, и впуск или впускное отверстие в цилиндрах 121, 122, 123, 124 открывается под действием впускного клапана 20, чтобы позволить воздуху и топливу (бензиновый двигатель) или воздуху (дизельный двигатель/бензиновый двигатель с непосредственным впрыском) поступать в цилиндр 12. Этот первый такт общеизвестен как впуск. В конце первого такта, впускное отверстие 20 закрывается и оставляет заряд топливно-воздушной смеси или воздуха внутри закрытого цилиндра.
Второй такт поршня 14 вызывает сжатие содержимого цилиндров 121, 122, 123, 124 посредством перемещения поршня 14 по направлению к ВМТ. По мере того, как поршень перемещается, заряд топлива/воздуха или воздуха сжимается и нагнетается в камеру сгорания (не проиллюстрирована) на верхнем конце цилиндров 121, 122, 123, 124. Пока действие сжатия (второй такт) поршня 14 имеет место, впускное отверстие и выпуск или впускное отверстие закрыты. Второй такт известен как такт сжатия.
Третий такт четырехтактного цикла происходит под конец такта сжатия и общеизвестен как рабочий такт, так как, по мере того, как топливо/воздух или воздух сжимаются в цилиндрах 121, 122, 123, 124, сильно сжатый заряд становится горячим.
В случае бензинового двигателя, свеча зажигания или система зажигания (не проиллюстрирована) содействует зажиганию горячей топливо/воздушной смеси.
В случае дизельного двигателя, топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух так, чтобы создавалась горючая смесь топлива/воздуха. Тепло в сжатом воздухе воспламеняет топливо/воздушную смесь.
В обоих случаях, топливо/воздушная смесь сгорает, чтобы дополнительно повышать температуру воздуха, а потому, также увеличивает давление воздуха внутри закрытых цилиндров 121, 122, 123, 124. Сжатый воздух, поэтому, проталкивает поршень 14 вниз цилиндров 121, 122, 123, 124, оставляя выхлопные газы от сгоревшего топлива внутри цилиндров 121, 122, 123, 124.
В заключительном такте четырехтактного цикла, продолжающееся поворачивание коленчатого вала 16 заставляет поршень 14 вновь перемещаться к ВМТ. На этот раз, направленный вверх ход поршня 14 совпадает с подъемом выпускного клапана 22, а потому открыванием выпускного отверстия так, чтобы направленное вверх движение поршня 14 действовало для выталкивания выхлопных газов из цилиндра 12 и в выпускной коллектор (не проиллюстрировано), что содействует заключительному выталкиванию выхлопных газов из двигателя 10.
Каждый цилиндр включает в себя по меньшей мер один впускной клапан 20 и один выпускной клапан 22. В большинстве случаев, есть два впускных клапана 20 и два выпускных клапана 22 для каждого цилиндра. Работа впускного клапана 20 и выпускного клапана 22 для открывания и закрывания впускных отверстий и выпускных отверстий управляется под действием распределительного вала 30, 32, который выполнен с возможностью поворота дважды за каждый оборот коленчатого вала 16.
Распределительный вал 30 на стороне впуска и распределительный вал 32 на стороне выпуска двигателя, каждый содержит выступы кулачков/кулачки 34 на распределительном валу 30, 32.
Каждый распределительный вал 30, 32 содержит множество выступов кулачков/кулачки 34, которые разнесены по длине распределительного вала 30, 32 и разнесены по углу так, чтобы кулачки 34 были выполнены с возможностью подъема соответствующего впускного клапана 20 и выпускного клапана 22, чтобы открывать впускное отверстие и выпускное отверстие в надлежащий момент времени в течение четырехтактного цикла.
Варианты осуществления настоящего изобретения, в частности, относятся к распределительному валу 32, расположенному на стороне выпуска двигателя 10.
Такты расширения происходят с интервалами 180 градусов поворота коленчатого вала 16, и поршни 14 перемещаются парами. Такт выпуска, как описано выше, является четвертым тактом, который завершает четырехтактный цикл. В двигателе с порядком работы 1-3-4-2, состояние выпускных отверстий цилиндров 121, 122, 123, 124 в течение такта выпуска состоит в том, что выпускное отверстие третьего цилиндра 123 является закрывающимся, в то время как выпускное отверстие четвертого цилиндра 124 открывается. Подобным образом, выпускное отверстие второго цилиндра 122 является закрывающимся, в то время как выпускное отверстие первого цилиндра 121 открывается.
Со ссылкой на фиг. 2a и 2b, проиллюстрирован общий вид и вид в поперечном разрезе традиционной компоновки выпускных кулачков 34 на распределительном валу 32. Фиг. 3c иллюстрирует симметричный кулачок; означая, что кулачок 34, имеет симметричную форму относительно осевой линии. Носик 35 кулачка 34 определяет точку максимального/пикового подъема для осуществления открывания соответствующего выпускного отверстия.
Фиг. 2b представляет ориентацию и разнесение выпускных кулачков 341, 342, 343, 344 для традиционного четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2. Носик или пиковый подъем выпускного кулачка 341, связанного с первым цилиндром 121, содействует подъему выпускного клапана 22 и, таким образом, открывание выпускного отверстия размещено на нуле градусов (вертикально, как проиллюстрировано на фиг. 2b). Положение носика или пикового подъема выпускного кулачка 341 предоставляет опорную точку для положения носика выпускных кулачков 342, 343, 344, связанных со вторым, третьим и четвертым цилиндрами 122, 123, 124, соответственно. Носик или пиковый подъем выпускного кулачка 342 расположен на двух ста семидесяти градусах. Носик выпускного кулачка 344 расположен на девяноста градусах, а носик выпускного кулачка 344 расположен на ста восьмидесяти градусах.
Как описано выше, носик или пиковый подъем каждого выпускного кулачка 341, 342, 343, 344 является частью кулачка 34, которая обеспечивает наибольший подъем, а потому, содействует полному перемещению выпускного клапана 22 для открывания выпускного отверстия. Как проиллюстрировано на фиг. 2b носик или пиковый подъем первого выпускного кулачка 341 и четвертого выпускного кулачка 344 диаметрально противоположны (разделены ста восьмьюдесятью градусами). Подобным образом, носик или пиковый подъем второго выпускного кулачка 342 и третьего выпускного кулачка 343 разделены ста восьмьюдесятью градусами.
График, проиллюстрированный на фиг. 3, иллюстрирует подъем клапана (ось y) по отношению к угловому повороту коленчатого вала (ось x) и показывает точку максимального/пикового подъема (открывания клапана), когда носик соответствующего выпускного кулачка поднимает выпускной клапан, чтобы открывать выпускное отверстие. График является представляющим работу выпускных клапанов в двигателе, содержащем четыре цилиндра с порядком работы 1-3-4-2.
Кривые идентифицируются с использованием ссылочных номеров, связанных с каждым цилиндром двигателя. Поэтому, кривая, представляющая первый цилиндр, идентифицирована в качестве 121, кривая, представляющая второй цилиндр, идентифицирована как 122, кривая, представляющая третий цилиндр, идентифицирована посредством 123, а кривая, представляющая четвертый цилиндр, идентифицирована в качестве 124.
Заштрихованные области 40 под кривыми иллюстрируют период перекрытия, когда два выпускных клапана одновременно поднимаются, а отсюда, два выпускных отверстия открываются, и потому, указывают период времени, когда одновременно два цилиндра являются выбрасывающими выхлопные газы. Заштрихованная область 40 представляет период поворота кривошипа, когда один выпускной клапан является закрывающимся, а другой выпускной клапан является открывающимся.
Со ссылкой на фиг. 3, заштрихованная область 40 является одинаковой между всеми кривыми. Периоды перекрытия между третьим цилиндром 123 и четвертым цилиндром 124, а также между вторым цилиндром 122 и первым цилиндром 121 наиболее значимы, так как третий и четвертый цилиндры являются физически смежными и первый и второй цилиндры являются физически смежными, и по существу, выпускной тракт из каждого или по меньшей мере одного цилиндра каждой пары в выпускной коллектор (не проиллюстрирован) может быть коротким. В течение периода 40 перекрытия или пересечения, выхлопные газы из одного цилиндра, например, первого цилиндра 121, могут поступать во второй цилиндр, например, второй цилиндр 122, вследствие близости цилиндров, так как оба выпускных отверстия из каждого цилиндра открыты и, к тому же, коротки выпускной тракт или протяженность отверстия в коллекторе. В этой ситуации, некоторое количество выхлопных газов будет оставаться внутри одного цилиндра, когда выпускные отверстия закрываются, и цилиндр приводится в готовность для следующего такта впуска.
Со ссылкой на фиг. 4, проиллюстрирован модифицированный выпускной распределительный вал 32 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где выпускные кулачки 34 имеют симметричный профиль, как описано в отношении компоновки распределительного вала, проиллюстрированной на фиг. 2a, 2b и 2c. Однако относительное угловое смещение носика или пикового подъема выпускных кулачков 34 изменилось по сравнению с компоновкой, проиллюстрированной на фиг. 2b.
Используются аналогичные ссылочные позиции, так как проиллюстрированный распределительный вал 34 снова предназначен для рядного четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2.
Как описано выше, носик или пиковый подъем является частью каждого выпускного кулачка, который обеспечивает наибольший подъем, а потому, содействует полному перемещению выпускного клапана 22 для открывания выпускного отверстия.
Подобно примеру, проиллюстрированному на фиг. 2a, фиг. 4 показывает, что выпускной кулачок 341, связанный с первым цилиндром 121, дает опорную точку для углового смещения остальных выпускных кулачков 342, 343, 344. В этом примере, проиллюстрированном на фиг. 4, носик или пиковый подъем выпускного кулачка 342, связанный со вторым цилиндром, расположен на двух ста шестидесяти четырех градусах по часовой стрелке от выпускного кулачка 341, связанного с первым цилиндром 121, или девяносто шести градусах против часовой стрелки от выпускного кулачка 341, связанного с первым цилиндром 121. Носик или пиковый подъем выпускного кулачка 343, связанного с третьим цилиндром 123, расположен на восьмидесяти четырех градусах от выпускного кулачка 341, связанного с первым цилиндром 121, а носик или пиковый подъем выпускного кулачка 344, связанного с четвертым цилиндром, расположен на ста восьмидесяти градусах от выпускного кулачка 341, связанного с первым цилиндром 121.
Подобно компоновке, проиллюстрированной на фиг. 2b, носик или пиковый подъем первого выпускного кулачка 341 и четвертого выпускного кулачка 344 диаметрально противоположны (разделены ста восьмьюдесятью градусами). К тому же второй выпускной кулачок 342 и третий выпускной кулачок 343 также разделены ста восьмьюдесятью градусами.
В проиллюстрированном варианте осуществления, носик или пиковый подъем второго выпускного кулачка 342 и носик или пиковый подъем третьего выпускного кулачка 343 смещены на шесть градусов от обычной прямоугольной компоновки (см. фиг. 2a) относительно первого выпускного кулачка 341 и четвертого выпускного кулачка 344, соответственно. Относительное угловое смещение одного выпускного кулачка относительно выпускного кулачка, связанного с последовательно работающим и физически смежным цилиндром, имеет значение девяноста шести градусов.
График, проиллюстрированный на фиг. 5, иллюстрирует подъем клапана (ось y) по отношению к угловому повороту коленчатого вала (ось x) и показывает точку пикового подъема (открывания клапана), когда носик соответствующего выпускного кулачка поднимает выпускной клапан, чтобы открывать выпускное отверстие. График является представляющим работу выпускных клапанов в двигателе, содержащем четыре цилиндра с порядком работы 1-3-4-2.
Кривые идентифицируются с использованием ссылочных позиций, соответствующих каждому цилиндру двигателя. Поэтому кривая, представляющая первый цилиндр, идентифицирована в качестве 121, кривая, представляющая второй цилиндр, идентифицирована как 122, кривая, представляющая третий цилиндр, идентифицирована посредством 123, а кривая, представляющая четвертый цилиндр, идентифицирована в качестве 124.
Заштрихованные области 42, 44 под кривыми иллюстрируют периоды перекрытия, когда два клапана поднимаются (открываются) одновременно, а потому представляют период времени, когда два цилиндра одновременно выбрасывают выхлопные газы. Заштрихованная область 42, 44 представляет период поворота коленчатого вала, когда одно выпускное отверстие является закрывающимся, а другое выпускное отверстие является открывающимся.
Со ссылкой на график на фиг. 5, заштрихованные области 42 указывают, что период перекрытия между первым цилиндром 121 и третьим цилиндром 123, а также период перекрытия между вторым цилиндром 122 и четвертым цилиндром 124 увеличиваются. Заштрихованные области 44 представляют уменьшенный период перекрытия между третьим цилиндром 123 и четвертым цилиндром 124, а также период перекрытия между первым цилиндром 121 и вторым цилиндром 122 по сравнению с компоновкой, проиллюстрированной на фиг. 2a и 3.
Посредством уменьшения периода перекрытия между третьим цилиндром 123 и четвертым цилиндром 124 и посредством уменьшения периода перекрытия между вторым цилиндром 122 и первым цилиндром 121, уменьшается период, в котором два выпускных отверстия открыты одновременно. Поэтому, пока выпускной тракт из цилиндра в выпускной коллектор может быть все еще коротким, возможность выброса выхлопных газов из одного цилиндра в другой снижается.
Модификация углового смещения смежных выпускных кулачков на распределительном валу 32 стороны выпуска имеет следствием чистую топливно-воздушную смесь в цилиндре на впуске и сжатии, что означает, что сгорание является более эффективным и менее подвержено влиянию аномальной детонации, такой как детонационный стук. По существу, может быть улучшена производительность двигателя.
Установка фаз распределения подъемов выпускных клапанов меняется посредством изменения углового смещения смежных выпускных кулачков. По существу, появление одновременного подъема выпускных клапанов, связанных с более чем одним цилиндром, и открывания связанных выпускных отверстий может снижаться или по существу устраняться.
Согласно варианту осуществления изобретения, когда рассматривается в аспекте длины распределительного вала (см. фиг. 4), угловое смещение смежных выпускных кулачков является несимметричным.
Компоновка распределительного вала и выпускных кулачков согласно варианту осуществления изобретения, как описано со ссылкой на фиг. 4 и 5, имеет специфичные соотношения углового разнесения в качестве примера четырехцилиндрового четырехтактного рядного двигателя. Следует понимать, что такое же угловое распределение выпускных кулачков было бы неприменимым к двигателям, содержащим три цилиндра, пять цилиндров, шесть цилиндров, и т.д. Однако также следует понимать, что изменение углового смещения смежных выпускных кулачков в многоцилиндровом двигателе, имеющем многочисленные цилиндры сверх четырех, также будет действенным в снижении перекрытия между соседними цилиндрами и, по существу, требуемый результат снижения или устранения выброса выхлопных газов между цилиндрами может достигаться для двигателя с более чем четырьмя цилиндрами.
Несмотря на то, что выше были описаны специфичные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что отклонения от описанных вариантов осуществления по-прежнему могут подпадать под объем настоящего изобретения.
1. Распределительный вал многоцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащий:
множество выпускных кулачков, разнесенных вдоль продольной оси распределительного вала, причем выпускные кулачки расположены так, что по меньшей мере один выпускной кулачок связан с каждым цилиндром многоцилиндрового двигателя;
при этом каждый кулачок выполнен с возможностью приведения в действие выпускного клапана своего соответствующего цилиндра при вращении распределительного вала;
причем пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом относительно пикового подъема второго выпускного кулачка на угол поворота кулачка, который является большим, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенным на количество цилиндров многоцилиндрового двигателя; а второй выпускной кулачок связан со срабатывающим цилиндром, следующим за цилиндром, связанным с первым выпускном кулачком, при этом следующий срабатывающий цилиндр, связанный со вторым выпускным кулачком, является цилиндром, физически смежным с цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком.
2. Распределительный вал по п. 1, в котором пиковые подъемы выпускных кулачков разнесены по окружности несимметрично вокруг оси распределительного вала.
3. Распределительный вал по п. 1, в котором пиковые подъемы выпускных кулачков разнесены по окружности на неравномерные угловые интервалы относительно оси распределительного вала.
4. Распределительный вал по любому из пп. 1-3, выполненный с возможностью использования с рядным четырехцилиндровым двигателем, причем двигатель содержит первый цилиндр, второй цилиндр, третий цилиндр и четвертый цилиндр, при этом пиковые подъемы выпускных кулачков распределены под углами, иными, чем перпендикулярно друг другу.
5. Распределительный вал по п. 4, в котором выпускные кулачки, связанные с по меньшей мере двумя цилиндрами, расположены так, что пиковый подъем первого выпускного клапана смещен под углом на более чем девяносто градусов относительно пикового подъема второго выпускного кулачка.
6. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто шесть градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
7. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на угол между девяносто тремя и девяносто девятью градусами от пикового подъема второго выпускного кулачка.
8. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто четыре градуса от пикового подъема второго выпускного кулачка.
9. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто пять градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
10. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто шесть градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
11. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто семь градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
12. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто восемь градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
13. Распределительный вал по п. 7, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на девяносто девять градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
14. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто градусов от пикового подъема второго выпускного кулачка.
15. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто один градус от пикового подъема второго выпускного кулачка.
16. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом на сто два градуса от пикового подъема второго выпускного кулачка.
17. Распределительный вал по п. 3, в котором пиковый подъем первых выпускных кулачков смещен на шесть градусов поворота кулачка и на двенадцать градусов поворота коленчатого вала от пикового подъема второго выпускного клапана.
18. Распределительный вал п. 1, в котором один или более выпускных кулачков содержит асимметричный профиль.
19. Многоцилиндровый двигатель, содержащий распределительный вал по любому из пп. 1-18, содержащий:
множество выпускных кулачков, разнесенных вдоль продольной оси распределительного вала так, что выпускные кулачки расположены так, что по меньшей мере один выпускной кулачок связан с каждым цилиндром многоцилиндрового двигателя;
при этом каждый выпускной кулачок выполнен с возможностью приведения в действие выпускного клапана своего соответствующего цилиндра при вращении распределительного вала;
причем пиковый подъем первого выпускного кулачка смещен под углом относительно пикового подъема второго выпускного кулачка на угол поворота кулачка, который является большим, чем угол, определенный полным оборотом распределительного вала, поделенным на количество цилиндров многоцилиндрового двигателя; при этом второй выпускной кулачок связан со срабатывающим цилиндром, следующим за цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком, и при этом следующий срабатывающий цилиндр, связанный со вторым выпускным кулачком, является цилиндром, физически смежным с цилиндром, связанным с первым выпускным кулачком.
