ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01L9/02 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к клапанным механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающим возможностью управления фазами газораспределения.

Известны гидравлические приводы клапанов ДВС /1-3/, содержащие индивидуальные гидроцилиндры с установленными в них рабочими поршнями, оказывающими силовое воздействие непосредственно на стержень клапана ДВС, приводимыми в действие гидравлическими устройствами, создающими давление рабочей жидкости на рабочий поршень, с электромагнитным или гидромеханическим элементами управления.

В этих устройствах не обеспечен достаточный уровень безотказности, поскольку в случае даже незначительных нарушений в работе элементов управления возможно несанкционированное открытие или запаздывание посадки клапана в седло, вызывающее его ударный контакт с поршнем ДВС в верхней мертвой точке. Кроме этого, не в полной мере достигается эффективность рабочего процесса ДВС, поскольку не предусматривается изменение фаз газораспределения в достаточно широких пределах.

Наиболее близким по технической сущности является гидравлический привод клапанов ДВС /4/, содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС.

При эксплуатации указанный привод не обладает требуемой долговечностью и безотказностью. Необходимость поддержания высоких значений давления рабочей жидкости в гидроприводе требует существенных затрат энергии на привод гидронасоса и создает значительную нагрузку на детали золотника-распределителя в процессе работы. Не обеспечивается надежной синхронизации перемещения клапанов с работой кривошипно-шатунного механизма. При возможных сбоях в работе электромагнитов и золотников- распределителей возможны зависание клапана и его ударный контакт с поршнем ДВС в верхней мертвой точке. Устройство не обеспечивает также работоспособности гидропривода в случае утечек рабочей жидкости из магистрали высокого давления, т.к. не предусмотрено их компенсации.

Технической задачей изобретения является повышение безотказности работы привода клапанов ДВС при регулируемой продолжительности их открытого состояния путем надежного обеспечения синхронности перемещения клапана и работы кривошипно- шатунного механизма, обеспечения работоспособности гидропривода в случае утечек рабочей жидкости из магистрали высокого давления, а также повышение долговечности механизма за счет уменьшения давления рабочей жидкости в аккумуляторе давления и нагрузки на детали золотника-распределителя.

Технический результат достигается тем, что в гидравлический привод клапанов ДВС дополнительно введен усилитель, в корпусе которого расположены как минимум два гидроцилиндра с подвижными рабочими поршнями, имеющими между собой жесткую кинематическую связь, а в магистраль высокого давления между усилителем и гидроцилиндром установлен компенсационный клапан, при этом золотник-распределитель своим торцом большую часть времени опирается на кулачок распределительного вала.

На чертеже представлена общая схема гидравлического привода клапанов ДВС.

Гидравлический привод клапанов ДВС содержит резервуар 1 с запасом рабочей жидкости, закачиваемой гидронасосом 2 с редукционным клапаном 3 в аккумулятор давления 4, который сообщается с напорной 5 и подпитывающей (компенсационной) 6 магистралями, первая из которых попеременно со сливной магистралью 7 через выточку в управляемом электромагнитом 8 золотнике-распределителе 9, поджимаемом пружиной 10 к кулачку распределительного вала 11, сообщается через трубопровод низкого 12 с усилителем 14, полость высокого давления которого трубопроводом высокого давления 13 с установленным в нем компенсационным клапаном 15 связана с гидроцилиндром 16, в котором установлен рабочий поршень 17, находящийся в контакте с клапаном 18, имеющим пружину 19.

Гидравлический привод клапана ДВС работает следующим образом.

Гидронасос 2 закачивает рабочую жидкость из резервуара 1 в аккумулятор давления 4, максимальное давление в котором поддерживается редукционным клапаном 3. При этом выход жидкости из аккумулятора давления 4 в трубопровод низкого давления 12 перекрывается золотником-распределителем 9, выточка на котором обеспечивает сообщение полости низкого давления усилителя 14 со сливной магистралью 7, в связи с чем поршни усилителя не оказывают давление на рабочую жидкость в трубопроводе высокого давления 13 и пружина 19 удерживает клапан 18 в закрытом положении. При сбегании ролика золотника-распределителя 9 с кулачка распределительного вала 11 золотник-распределитель перекрывает выход жидкости в сливную магистраль 7 из трубопровода низкого давления 12 и сообщает с ним аккумулятор давления 4. Под действием давления рабочей жидкости происходит перемещение рабочих поршней усилителя 14, за счет разности площадей которых давление рабочей жидкости в магистрали высокого давления 13 достигает давления, превышающего усилие клапанной пружины 19, в результате чего рабочий поршень 17 перемещается, оказывая давление на стержень клапана 18 и вызывая его открытие.

При дальнейшем движении ролик золотника-распределителя 9 набегает на кулачок распределительного вала 11. При этом прекращается сообщение аккумулятора давления 4 с трубопроводом низкого давления 12, который в свою очередь сообщается со сливной магистралью 7. Вследствие резкого падения давления в полости низкого давления усилителя 14 происходит возвратное движение его рабочих поршней, в связи с чем давление рабочей жидкости в трубопроводе высокого давления 13 и в полости гидроцилиндра 16 становится меньше давления клапанной пружины 19 на рабочий поршень 17. В результате этого поршень 17 под действием усилия пружины 19 вытесняет рабочую жидкость из полости гидроцилиндра 16 в полость высокого давления усилителя 14, обеспечивая при этом посадку клапана 18 в свое седло.

При этом в случае утечек рабочей жидкости из трубопровода высокого давления 13 окончательный возврат рабочих поршней усилителя 14 в первоначальное положение обеспечивается за счет сообщения трубопровода высокого давления 13 с подпитывающей магистралью 6 через компенсационный клапан 15. Это обусловлено тем, что давление рабочей жидкости в подпитывающей магистрали 6 выше давления в сливной магистрали 7, но ниже значения усилия клапанной пружины 19, что предотвращает несанкционированное открытие клапана 18.

При изменении режима работы двигателя управление моментами начала подъема и опускания клапана 18, а следовательно, и фазами газораспределения осуществляется путем своевременной подачи напряжения на электромагнит 8 золотника-распределителя 9. Так, при необходимости изменения момента начала подъема клапана 18 с момента начала сбегания ролика золотника-распределителя 9 с кулачка распределительного вала 11 на определенное время подается напряжение на электромагнит 8, в результате чего золотник- распределитель 9 будет продолжать оставаться в положении, обеспечивающем закрытое состояние клапана 18, до момента прекращения подачи электрического напряжения на электромагнит 8, после чего под действием пружины 10 золотник-распределитель 9 переместится в положение, обеспечивающее контакт ролика золотника-распределителя с кулачком распределительного вала 11 и сообщение трубопровода низкого давления 12 с аккумулятором давления 4.

При необходимости изменения момента посадки клапана 18 в седло электропитание на электромагнит 8 подается до момента начала набегания ролика золотника-распределителя 9 на кулачок распределительного вала, вследствие чего ролик выходит из контакта с поверхностью последнего, и золотник-распределитель сообщает своей выточкой трубопровод низкого давления 12 со сливной магистралью 7, в результате чего происходит посадка клапана 18 в седло.

Вследствие этого механизм обеспечивает возможность изменения продолжительности открытого состояния клапана в широком диапазоне углов поворота коленчатого вала за счет варьирования моментом подачи напряжения на электромагнит 8, но в пределах, допустимых по условиям исключения ударного контакта клапана 18 с поршнем ДВС и нарушения качества газообмена. Эти пределы задаются профилем и угловым положением кулачка распределительного вала 11.

Таким образом, предлагаемый привод обеспечивает повышение эффективности ДВС за счет оптимального управления фазами газораспределения в широком поле эксплуатационных режимов, повышения его энергетических показателей при улучшении формы изменения крутящего момента по внешней скоростной характеристике. В то же время компенсация утечек рабочей жидкости в трубопроводе высокого давления, надежное обеспечение синхронности перемещения клапана и работы кривошипно-шатунного механизма, исключающее ударный контакт клапана с поршнем, а также уменьшение затрат энергии на привод гидронасоса и нагрузки на детали золотника- распределителя гарантированно повысят безотказность и долговечность механизма.

Источники использованной информации
1. Гидравлический привод клапанов. Патент США N 4612883, МКИ L9/02.

2. Механизм гидравлического привода клапанов. Заявка Японии N 63131809 МКИ F 01 L 9/02.

3. Электрогидравлическая система управления клапанами ДВС // Автомобильная промышленность. - N 3, - 1996. - с. 11-12.

4. Гидравлический привод клапанов ДВС. Патент Великобритании N 1578019 МКИ F 01 L 9/02 (прототип).

Изобретение может быть использовано для совершенствования характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортного и промышленного назначения. Изобретение направлено на повышение долговечности и безотказности работы гидропривода за счет того, что в магистрали между золотником-распределителем и гидроцилиндром дополнительно введен усилитель, позволяющий значительно уменьшить затраты энергии на привод гидронасоса, понизить давление рабочей жидкости в аккумуляторе и соответственно нагрузку на детали золотника-распределителя. Для обеспечения работоспособности гидропривода в случае утечек рабочей жидкости из магистрали высокого давления между усилителем и гидроцилиндром предусмотрен компенсационный клапан, за счет которого в ней постоянно поддерживается избыточное давление. С целью исключения ударного контакта клапана с поршнем ДВС при возможных сбоях в системе управления привода золотник-распределитель своим торцом большую часть времени опирается на кулачок распределительного вала. 1 ил.

Гидравлический привод клапанов ДВС, содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС, отличающийся тем, что в него между золотником-распределителем и гидроцилиндром дополнительно введен усилитель, в корпусе которого расположены как минимум два гидроцилиндра с подвижными рабочими поршнями, имеющими между собой жесткую кинематическую связь, а в магистраль высокого давления между усилителем и гидроцилиндром установлен компенсационный клапан, при этом золотник-распределитель своим торцом большую часть времени опирается на кулачок распределительного вала.