МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01L1/14 F02D13/06 F01L13/00 

Изобретение относится к конструированию тепловых машин и предназначено для управления клапаном газораспределения, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство (прототип) для управления клапаном механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания [1] содержащее полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, питающий (обратный) клапан в подводящем канале, подпружиненный плунжер (шток), наконечник (цилиндрическая втулка), подпружиненный поршень внутри наконечника, кольцевую вытачку, упор (упорное кольцо) и второй поршень. Ускоренное отключение привода осуществляется путем опорожнения от масла внутренней полости цилиндра через дополнительные сливные каналы, которые могут перекрываться боковой поверхностью поршня, выполняющего роль золотника.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, а также необходимость создания повышенной плотности в соединении поршень-цилиндр для сохранения рабочей жидкости (уменьшения утечек) из рабочей полости. Учитывая, что при работе привода давление масла внутри устройства достигает 600 800 кг/см² (двигатели типа ЧН 26/26), обеспечить необходимую плотность в данном соединении при ограниченной длине боковой поверхности поршня (по условиям работы) является дорогостоящей и трудноосуществимой технологической задачей.

Утечки масла из рабочей полости приводят к неполному открытию газораспределительных клапанов, что ухудшает рабочий процесс в двигателе.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности за счет улучшения герметичности рабочей полости устройства при сохранении быстродействия (ускоренного опоражнивания) и упрощение конструкции.

Для решения поставленной задачи механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливные каналы, питающий (обратный) клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в полости цилиндра с возможностью перемещения, наконечник, выполненный в виде стакана с днищем и скрепленный с цилиндром, подпружиненный поршень, размещенный внутри наконечника и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, упор, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца, причем подводящий канал выполнен в наконечнике и поршне, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой, дополнительно содержит перегородку в торце полого цилиндра, сквозной канал в перегоpодке, направляющую, выполненную заодно с поршнем и частично размещенную в подводящем канале наконечника, при этом питающий клапан выполнен в виде штока с каналами и запорным конусом, установлен в сквозном канале перегородки и контактирует своим штоком с поршнем, а также механизм содержит пружину и упорную шайбу, причем последняя закреплена на штоке питающего клапана, а пружина размещена между перегородкой и упорной шайбой.

Кроме того, механизм содержит запорный орган, например, подпружиненный шарик, установленный в канале питающего клапана, и дополнительный сливной канал, выполненный в перегородке и сообщающий канал на штоке питающего клапана с окружающей средой, а на торцевых поверхностях поршня и штока питающего клапана выполнены соответственно паз и выступ, причем выступ входит внутрь паза. Дренажный канал выполнен в виде паза на внутренней поверхности наконечника и проточки на боковой поверхности поршня, причем проточка сообщена каналом с подпоршневой полостью.

На фиг. 1 приведен механизм в разрезе, на фиг. 2, 3 и 4 второй третий и четвертый варианты механизма (изображены фрагменты).

Плунжер 1, фиг. 1, частично входит в полый цилиндр 2 и образует рабочую полость 3, а между цилиндром и плунжером размещена пружина 4. В торце цилиндра выполнена перегородка 5 со сквозным каналом 6, в котором размещен питающий клапан 7 с запорным конусом и штоком 8 с каналами 9, на котором закреплена упорная шайба 10, а между ней и перегородкой размещена пружина 11. С цилиндром скреплен наконечник 12, в котором размещен поршень 13 с направляющей 14. В наконечнике и поршне выполнены подводящие каналы 15 и 16, на внутренней поверхности наконечника выполнен дренажный канал 17 и закреплен упор 18, а между поршнем и торцем наконечника размещена пружина 19. Поршень образует надпоршневую полость 20 и подпоршневую 21, причем последняя связана с окружающей средой сливным каналом 22.

В варианте на фиг. 2 внутри питающего канала 7 размещен запорный орган в виде шарика 23 с пружиной 24. В перегородке 5 выполнен дополнительный канал 25, сообщающий рабочую полость 3, через канал 26, с окружающей средой.

В варианте на фиг. 3 на торце питающего клапана 7 выполнен выступ 27, который входит в паз 238 на поршне 13.

В варианте на фиг. 4 на боковой поверхности поршня 13 выполнена проточка 29, которая каналом 30 сообщена с подпоршневой полостью 21.

Механизм является промежуточным звеном (штангой) привода газораспределительных клапанов, которая закреплена между рычагами (на фиг. не показаны) и служит для передачи возвратно-поступательного перемещения от кулачка распределительного вала к клапанам.

Механизм работает следующим образом.

В исходном состоянии, фиг. 10 при отсутствии рабочей жидкости (управляющего масла) под действием пружины 19 поршень 13 и питающий клапан 7 (пересиливая пружину 11) находятся в крайнем правом положении до контакта поршня 13 с упором 18. При этом боковая поверхность поршня 13 не перекрывает дренажный канал 17, чем обеспечивается сообщение рабочей полости 3 через каналы 9, надпоршневую полость 20, дренажный канал 17, подпоршневую полость 21 и сливной канал 22 с окружающей средой. Одновременно рабочая полость 3 через каналы 9, полость 20 и подводящие каналы 15 и 16 сообщена с магистралью подвода управляющего масла (на фиг. не показана).

Вращение кулачка распределительного вала через рычаг (на фиг. не показаны) вызывает перемещение плунжера 1 внутри полого цилиндра 2, не передавая возвратно-поступательного движения наконечнику 12 и далее через рычаг газораспределительному клапану (на фиг. не показаны).

Таким образом, в исходном состоянии клапан газораспределения отключен, т.е. остановлен в закрытом положении.

В варианте конструкции, фиг. 2, в исходном состоянии питающий клапан 7 и поршень 13 находятся в крайнем правом положении, шарик 23 под действием пружины 24 перекрывает канал 9, рабочая полость 3 каналами 26 и 25 сообщена с окружающей средой.

В вариантах конструкции, фиг. 3, питающий клапан 7 выступом 27 сцеплен с поршнем 13, а надпоршневая полость 20, фиг. 4, дренажным каналом 17, проточкой 29 и каналом 30 сообщена с подпоршневой полостью 21 и далее с окружающей средой.

При подаче команды на включение клапанов газораспределения масло из управляющей магистрали по подводящим каналам 15 и 16 заполняет надпоршневую полость 20 и далее по каналам 9 питающего клапана 7 рабочую полость 3. Одновременно, масло, воздействуя на поршень 13 и пересиливая пружину 19, частично смещает его влево, при этом боковая поверхность поршня 13 перекрывает дренажный канал 17, чем разобщает надпоршневую полость 20 с окружающей средой. Питающий клапан 7, пересиливая усилие пружины 11, остается в открытом положении под действием давления масла на торцевую и конусную поверхности клапана.

По заполнении маслом рабочей полости 3, давление масла, воздействуя на поршень 13 и пересиливая пружину 19, перемещает поршень 13 в крайнее левое положение. Питающий клапан 7 под действием пружины 11 закрывается и, таким образом, рабочая полость 3 оказывается герметически замкнутой и заполненной маслом, т.е. подвижные части 1 и 2 работают как одно целое. Возвратно-поступательное перемещение от вращения кулачка распределительного вала передается газораспределительному клапану двигатель работает в обычном режиме с включенными цилиндрами. Возможные утечки масла из рабочей полости 3 через технологические зазоры (плунжер 1 цилиндр 2) пополняются при каждом цикле из управляющей магистрали.

При подаче команды на отключение газораспределительных клапанов прекращают подачу масла по каналам 15 и 16. Поршень 13 под действием пружины 19 вытесняет часть масла из надпоршневой полости 20 по технологическим зазорам между боковой поверхностью поршня 13 и внутренней поверхностью наконечника 12 в подпоршневую полость 21 и далее по сливному каналу 22 в подкрышевное пространство крышки цилиндра.

Поршень 13 частично смещается вправо и открывает своей боковой поверхностью канал 17, сообщая полости 20 и 21 между собой происходит ускоренное опоражнивание полости 20 через канал 17, полость 21 и сливной канал 22.

Одновременно происходит частичное вытеснение масла из надпоршневой полости 20 по каналам 16 и 15 в управляющую магистраль, подачи масла по которой в это время не происходит, и она выполняет роль сливной магистрали.

Поршень 13 под действием пружины 19 смещается вправо до упора 18 и, воздействуя на шток 8 питающего клапана 7, открывает клапан 7.

Рабочая полость 3 оказывается сообщенной по каналам 9, 17 и 22, минуя полости 20 и 21, с подкрышенным пространством и происходит ускоренное опоражнивание рабочей полости 3. Механизм возвращается в исходное состояние - клапан газораспределения остановлен в закрытом положении.

Таким образом, в заполненном маслом состоянии рабочая полость 3 разобщена питающим клапаном 7 с золотниковым устройством, роль которого в данном случае выполняет поршень 13, чем уменьшается величина возможных утечек масла из полости высокого давления (рабочей полости 3).

Отличие в работе механизма по второму варианту конструкции, фиг. 2, заключается в заполнении маслом рабочей полости 3 по каналу 9, пересиливая пружину 24 и отжимая шарик 23, а ускоренный слив осуществляется по каналам 26 и 25.

Преимущество второго варианта в более коротких каналах (меньшее сопротивление) при опоражнивании рабочей полости, а недостаток в наличии дополнительных деталей (шарик, пружина).

Варианты конструкции механизма фиг. 3 и 4 работают аналогично описанным вариантам.

Особенность конструкции со сцеплением поршня 13 и питающего клапан 7, фиг. 3, позволяет уменьшить усилие пружины 11 (фиг. 1), что приводит к более легкому открытию питающего клапана 7, а следовательно, к более быстрому заполнению рабочей полости 3 и включению механизма.

Особенность конструкции с дополнительной проточкой на поршне 13, фиг. 4, позволяет сократить габариты механизма по длине, что является непреложным требованием для большинства двигателей (пример, ЧН26/26, ЧН21/21 и др.). Опорожнение надпоршневой полости 20 в этом случае осуществляется по дренажному каналу 17, проточке 29, каналу 30 и, минуя полость 21, по сливному каналу 22(фиг. 1).

Таким образом, предлагаемый механизм обеспечивает двухрежимную работу клапанов газораспределения, которая может быть использована для включения-отключения заданных цилиндров, для попеременной работы клапанов газораспределения с различными фазами и т.д.

Наличие в конструкции механизма дозирующего устройства (поршня 13) обеспечивает быстродействие системы при изменении режима работы, а разобщение полости высокого давления (рабочей полости 3) и дозирующего устройства с помощью питающего клапана 7 обеспечивает повышение герметичности рабочей полости и надежность работы механизма и двигателя в целом.

В настоящее время ведется разработка данного механизма применительно к двигателям типа ЧН26/26.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: механизм предназначен для управления (включения-выключения) клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания и содержит полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, питающий клапан, выполненный в виде штока с каналами и запорным конусом, подпружиненный плунжер, частично размещенный в полости цилиндра с возможностью перемещения, наконечник, выполненный в виде стакана с днищем и скрепленный с цилиндром, подпружиненный поршень, размещенный внутри наконечника и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, упор, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца. Причем подводящий канал выполнен в наконечнике и поршне, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, а сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой. В торце полого цилиндра выполнена перегородка со сквозным каналом, заодно с поршнем выполнена направляющая, частично размещенная в подводящем канале наконечника, питающий клапан установлен в сквозном канале перегородки и контактирует своим штоком с поршнем. Механизм содержит также пружину и упорную шайбу, причем последняя закреплена на штоке питающего клапана, а пружина размещена между перегородкой и упорной шайбой. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, питающий клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в полости цилиндра с возможностью перемещения, наконечник, выполненный в виде стакана с днищем и скрепленный с цилиндром, подпружиненный поршень, размещенный внутри наконечника и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, упор, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца, причем подводящий канал выполнен в наконечнике и поршне, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой, отличающийся тем, что содержит перегородку в торце полого цилиндра, сквозной канал в перегородке, направляющую, выполненную заодно с поршнем и частично размещенную в подводящем канале наконечника, при этом питающий клапан выполнен в виде штока с каналами и запорным конусом, установлен в сквозном канале перегородки и контактирует своим штоком с поршнем, кроме того, механизм содержит пружину и упорную шайбу, причем последняя закреплена на штоке питающего клапана, а пружина размещена между перегородкой и упорной шайбой. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что содержит запорный орган, например, в виде подпружиненного шарика, и дополнительный канал, причем шарик установлен в канале питающего клапана, а дополнительный канал выполнен в перегородке и сообщает канал на штоке питающего клапана с окружающей средой. 3. Механизм по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что содержит паз и выступ, выполненные на торцевых поверхностях соответственно поршня и штока питающего клапана, причем выступ входит внутрь паза. 4. Механизм по пп. 1 3, отличающийся тем, что дренажный канал выполнен в виде паза на внутренней поверхности наконечника и проточки на боковой поверхности поршня, причем проточка сообщена каналом с подпоршневой полостью.