Designing passenger vehicle diesel engine cams with enhanced dynamic characteristics

Abstract

EN: Purpose. Automating the design of working profiles for cam mechanisms in heavy-, medium- and light-duty internal combustion engines with enhanced dynamic characteristics. Methodology. By applying discrete differentiation to the tabulated law of tappet displacement, non-oscillatory graphs for velocity and acceleration were obtained. These graphs served as the basis for determining the polar coordinates of the cam profile. The SolidWorks CAD system was employed to generate a 3D computer model of the camshaft with enhanced dynamic characteristics.Findings. Tuning camshafts ensure the optimum supply of a full charge of the mixture to the cylinder by increasing the height and speed of valve lift. A notable characteristic of these camshafts is their ability to extend the threshold of detonation at lower crankshaft speeds. The cam profiles of these camshafts are characterised by exceptional smooth ness, ensuring reliable operation of the valve timing mechanism. The performed calculations show that the tuning cam profile has a greater radius of curvature at the cam-tappet contact point compared to the conventional profile. This provides more favourable conditions for hydrodynamic oil wedge formation between the contact surfaces due to an increase in the hydrodynamic effective velocity.Originality. Implementing a novel approach to camshaft design enabled the creation of tuning camshafts, ensuring optimal cylinder filling by maximising valve lift height and speed. A key original feature is their capacity to raise the detonation limit at lower RPMs, complemented by exceptionally smooth profiles that contribute to reliable valve timing.Practical value. A universal methodology for profiling the functional surfaces of tuning camshafts intended for heavy-, medium- and light-duty engines has been developed, ensuring their operational reliability and durability. /// UA: Мета. Автоматизація проєктування робочих про філів кулачкових механізмів двигунів внутрішнього згоряння як важкого, так і середнього й легкого типів із покращеними динамічними характеристиками. Методика. Застосування дискретного диференці ювання таблично заданого закону переміщення штовхача дозволило отримати неосцилюючі графіки швидкості та прискорення. На їх основі були визна чені полярні координати профілю кулачка. CAD сис тема SolidWorks використовувалася для створення тривимірної комп’ютерної моделі розподільного валу з поліпшеними динамічними характеристиками Результати. Тюнінгові розподільні вали забезпе чують оптимальну подачу повноцінного заряду су міші до циліндру шляхом збільшення висоти й швидкості підйому клапанів. Особливістю таких розподільних валів є те, що їх застосування відсуває межу детонації на малих частотах обертання колен валу. Їхні кулачки відрізняються винятковою плав ністю профілю, що забезпечує надійну роботу ме ханізму газорозподілу. Зроблені розрахунки пока зують, що тюнінговий профіль кулачка має біль ший, порівняно із традиційним, радіус кривизни в точці контакту кулачка зі штовхачем, що забезпе чує більш сприятливі умови утворення масляного клину між поверхнями контакту через збільшення гідродинамічно ефективної швидкості в поєднанні. Наукова новизна. Упровадження нового підходу до проєктування розподільчих валів дозволило створити тюнінгові розподільчі вали, що забезпечу ють оптимальне наповнення циліндрів за рахунок максимізації висоти й швидкості підйому клапанів. Ключовою оригінальною особливістю є їх здатність підвищувати межу детонації на низьких обертах, що доповнюється виключно гладким профілем, який сприяє надійному регулюванню фаз газорозподілу. Практична значимість. Розроблено універсаль ний метод профілювання функціональних повер хонь тюнінгових розподільних валів двигунів важ кого, середнього й легкого типів, що забезпечує надійність і довговічність їх роботи.