БЛОК ЖИДКОСТНОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И БЛОК ПРИВОДИМОГО В ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТЬЮ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F02M47/04 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию двигателей и механизмов двигателей, приводимых в движение при помощи жидкости, также как и к созданию используемых в них исполнительных механизмов. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, оно имеет отношение к созданию приводимых в движение при помощи жидкости (жидкостных) исполнительных механизмов, которые могут найти применение во впускных и выпускных клапанах или топливных форсунках двигателя. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, оно имеет отношение к созданию приводимых в движение при помощи жидкости двигателей внутреннего сгорания, совершающих возвратно-поступательное движение.

Известные двигатели внутреннего сгорания снабжены рядом различных исполнительных механизмов, предназначенных для управления или приведения в действие входных и выходных клапанов цилиндров двигателя или, в случае двигателей с впрыском топлива, для управления топливными форсунками. Обычно такие механизмы приобретают вид распредвалов, рокеров, возвратных пружин или других механических исполнительных механизмов. Такие механизмы страдают рядом недостатков и ограничений, в том числе, в случае клапанных двигателей, плохим охлаждением клапана, плохой смазкой, отсутствием возможности поддержания соосности клапанов с их седлами, плохим контролем в ходе перемещения клапана и избыточной мощностью, которая требуется для противодействия седловым пружинам клапана.

Особые недостатки, связанные с топливными форсунками, включают в себя недостаток гибкости в выборе момента впрыска, наличие большого числа механических элементов в управляющей (приводной) последовательности (группе) топливных форсунок, избыточные потери мощности при работе топливных форсунок и их приводной группы и отсутствие возможности установа (и съема) топливных форсунок и объединенной с ними приводной группы на двигателе в ходе технического обслуживания.

В международной заявке N PCT/AU90/00387 заявитель настоящего изобретения описал приводимые в движение при помощи гидравлики топливные форсунки и клапаны для двигателей внутреннего сгорания, в которых исполнительный механизм, содержащий сдвоенные поршни, включает в себя внутренний золотник для управления работой исполнительного механизма.

При практическом использовании было обнаружено, что функционирование и управление указанных приводимых в движение при помощи гидравлики топливных форсунок и клапанов ограничено чрезмерной длиной хода управляющего клапана, что, в случае топливных форсунок, приводит к неадекватной частоте впрысков топлива или неадекватному количеству впрыснутого топлива или, в случае клапанов, приводит к неадекватной частоте открывания и закрывания клапанов. Кроме того, при этом отсутствуют средства с удобным доступом для регулировки длины хода с целью достижения точной регулировки, а также эффективные средства для решения проблемы износа компонентов устройства. Дополнительным недостатком является отсутствие способа решения проблемы резкого прекращения движения в конце хода поршня.

В клапанах с гидравлическим управлением указанные выше недостатки приводят к ограничению числа рабочих тактов в секунду и, следовательно, к ограничению рабочей скорости двигателя.

В международной заявке N PCT/AU90/00387 заявитель настоящего изобретения также описал приводимые в движение при помощи гидравлики двигатели внутреннего сгорания, совершающие возвратно-поступательное движение, в которых гидравлический исполнительный механизм соединен с поршнем двигателя, имеющим возможность совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем этот механизм перемещается совместно с поршнем двигателя или вызывает возвратно-поступательное движение этого поршня. Гидравлический исполнительный механизм включает в себя ряд секций в камере, а также разрядную или выпускную камеру, расположенную рядом с поршнем двигателя, через которую выпускается жидкость. При практическом использовании устройства было обнаружено, что длина комбинированного блока цилиндра таких двигателей неоправданно велика и что выпуск жидкости из разрядной камеры осуществляется неэффективно.

Задачей настоящего изобретения является преодоление или смягчение одного или нескольких из указанных недостатков или, по меньшей мере, создание устройств, альтернативных указанным выше.

Одной из задач настоящего изобретения является создание жидкостного исполнительного механизма, который, в случае его применения с топливной форсункой, сокращает промежутки времени, требующиеся для впрыска, и повышает скорость впрыска. Другой преимущественной задачей настоящего изобретения является предусмотрение средств регулировки длины хода и средств для создания постепенного прекращения движения по завершении полного хода исполнительного механизма и поршней форсунки.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание жидкостного исполнительного механизма, который, в случае его применения с клапанными двигателями приводит к увеличению скорости открывания и закрывания клапанов. Другой преимущественной задачей настоящего изобретения является предусмотрение средств регулировки длины хода и средств для создания постепенного прекращения движения по завершении полного хода.

Еще одной задачей настоящего изобретения является улучшение функционирования двигателей описанного выше типа, приводимых в движение жидкостью, для укорочения полной длины комбинированного блока цилиндра, за счет устранения выпускной камеры, смежной с поршнем двигателя. Еще одной преимущественной задачей настоящего изобретения является создание двигателя, в котором жидкость, которая ранее была выпущена из выпускной камеры, используется для совершения полезной работы.

Указанные задачи и преимущества настоящего изобретения будут ясны из последующего описания.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, в нем предлагается блок жидкостного исполнительного механизма для использования в исполнительном механизме двигателя, причем указанный жидкостной исполнительный механизм включает в себя камеру, поршень, имеющий возможность совершения возвратно-поступательного движения внутри указанной камеры, исполнительный элемент, идущий от одного из концов указанного поршня и через указанную камеру и включающий в себя исполнительное устройство для указанного исполнительного механизма двигателя, а также блок управляющего клапана, установленный вне указанной камеры и предназначенный для управления подачей жидкости в указанную камеру, причем указанный блок клапана в первом пространственном положении подает жидкость в указанную камеру, что вызывает перемещение указанного поршня и исполнительного элемента в первом направлении, при этом указанный блок клапана во втором пространственном положении подает жидкость в указанную камеру, что вызывает перемещение указанного поршня и исполнительного элемента во втором направлении, противоположном первому направлению.

Камера имеет первый и второй противоположные концы, причем могут быть предусмотрены средства для замедления или торможения в конце хода движения поршня, по мере того, как поршень приближается по меньшей мере к одному из концов камеры. Средства для замедления или торможения в конце хода могут содержать средства ограничения вытекания жидкости из по меньшей мере одного из концов камеры. Средства для замедления или торможения в конце хода могут содержать средства дросселирования на одном из концов поршня, смежном с одним из концов камеры, установленные в отверстии, которое сообщается с камерой, через которую протекает жидкость, причем средства дросселирования взаимодействуют с отверстием для постепенного сокращения потока жидкости, вытекающего из камеры, по мере того, как поршень приближается к одному из ее концов.

Средства дросселирования преимущественно могут содержать скошенную кромку поршня, причем эта скошенная кромка имеет поперечное сечение, которое уменьшается к концу поршня. Преимущественно, отверстие образовано в подвижной пробке, введенной в один из концов камеры.

Средства для замедления или торможения в конце хода могут быть предусмотрены на противоположных концах камеры для осуществления замедления или торможения в конце хода движения поршня, по мере того, как он приближается к любому концу камеры. Средства для замедления или торможения в конце хода на стороне исполнительного элемента поршня могут содержать расширенную часть исполнительного элемента.

Блок клапана может содержать клапанную камеру и клапан, который скользит внутри клапанной камеры.

Исполнительный механизм двигателя может содержать топливную форсунку, причем в таком случае исполнительный механизм включает в себя плунжер, который имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение внутри камеры впрыска. Камера впрыска может сообщаться с блоком управляющего клапана, причем жидкость для работы блока исполнительного механизма может представлять собой рабочую жидкость двигателя для впрыска в ходе возвратно-поступательного движения плунжера.

Камера впрыска может сообщаться с блоком управляющего клапана через однопутевой блок клапана и может быть устроена таким образом, чтобы получать жидкость от блока управляющего клапана тогда, когда этот управляющий клапан вызывает движение втягивания поршня.

Альтернативно, исполнительный механизм двигателя может содержать впускной или выпускной клапан двигателя, причем исполнительный элемент подсоединен к головке клапана двигателя или образован совместно с ней. В такой конфигурации могут быть предусмотрены средства для непрерывной подачи жидкости к одному из концов поршня, преимущественно, к концу поршня с исполнительным элементом. Жидкость с одного из концов камеры может быть направлена на противоположный конец камеры по мере перемещения поршня к одному из концов камеры. Это приводит к уменьшению потока, который требуется от источника жидкости для работы блока исполнительного механизма.

В соответствии с еще одним преимущественным аспектом настоящего изобретения, в нем предлагается блок поршень - цилиндр двигателя, приводимого в движение жидкостью, который включает в себя первую камеру жидкости, блок поршня, совершающий возвратно-поступательное движение внутри указанной камеры, средства для подсоединения указанного блока поршня к поршню двигателя, так что они перемещаются совместно, причем указанный блок поршня включает в себя первый и второй раздвинутые друг от друга поршни, которые делят указанную камеру на первую секцию камеры между указанным первым поршнем и одним из концов указанной камеры, смежным с указанным поршнем двигателя, вторую секцию камеры между указанными первым и вторым поршнями, и третью секцию камеры между указанным вторым поршнем и противоположным концом указанной камеры, средства впуска жидкости, которые сообщаются со второй секцией камеры, блок клапана для управления подачей жидкости в указанные первую и третью секции камеры из указанной второй секции камеры для изменения направления перемещения указанного блока поршня, вторую камеру жидкости, смежную с указанной третьей секцией камеры, и средства создания избирательного сообщения жидкости из указанной первой секции камеры в указанную вторую камеру жидкости.

Блок клапана может содержать золотник, имеющий возможность перемещаться в отверстии, которое идет продольно внутри блока поршня. Альтернативно, средства сообщения могут представлять собой сквозной проход, который идет продольно внутри золотника.

Для организации возвратно-поступательного движения золотника может быть предусмотрен блок кулачка, причем этот блок кулачка может быть окружен второй камерой жидкости для осуществления его смазки.

Блок клапана может создавать внутри отверстия камеру смещения, причем могут быть предусмотрены средства для подачи жидкости в камеру смещения из второй секции камеры, для смещения золотника в направлении к блоку кулачка.

Поршень двигателя может быть устроен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем цилиндр может иметь рубашку охлаждения, в которую может подаваться жидкость из второй камеры.

Блок поршня двигателя может быть использован в самых разнообразных типоразмерах двигателей, при установке цилиндров в любой ориентации, например, при установке в ряд или в радиальном направлении от общего распредвала, на котором установлен соответствующий кулачок или кулачки.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания преимущественного варианта его осуществления, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показано сечение топливной форсунки с гидравлическим управлением и объединенного с ней управляющего клапана, в первом положении.

На фиг. 2 показана топливная форсунка во втором положении.

На фиг. 3 показано сечение клапанного механизма двигателя с гидравлическим управлением, в положении, когда клапан закрыт.

На фиг. 4 показано сечение клапанного механизма, в положении, когда клапан находится в точке открывания.

На фиг. 5 показаны с увеличением детали одной из возможных из множества конфигураций клапанов.

На фиг. 6 показано сечение блока цилиндра двигателя.

На фиг. 7 приведено повернутое сечение части блока цилиндра фиг. 6, показывающее часть измененной системы каналов.

На фиг. 8 приведено другое повернутое сечение части блока цилиндра фиг. 6, показывающее другую часть измененной системы каналов.

На фиг. 9 приведено сечение блока цилиндра, показывающее типичное размещение каналов.

На фиг. 10-13 показаны виды, аналогичные соответственно фиг. 6-9, альтернативного варианта построения блока цилиндра в соответствии с настоящим изобретением.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой можно видеть, что блок топливной форсунки 10 с гидравлическим управлением включает в себя блок жидкостного исполнительного механизма 11 в соответствии с настоящим изобретением. Блок исполнительного механизма 11 включает в себя поршень 12 и шток поршня 13, который функционируют в данном варианте осуществления настоящего изобретения как плунжер топливной форсунки. Поршень 12 имеет возможность перемещаться внутри цилиндрической камеры 14, причем плунжер 13 имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение внутри камеры 15, которая является продолжением камеры 14. Обе камеры 14 и 15 образованы в корпусе 16, который завершается соплом 17 топливной форсунки известного типа.

Конец цилиндрической камеры 14, удаленный от инжекционного сопла 17, закрыт съемной пробкой 18, которая входит по резьбе 19 в конец цилиндрической камеры 14. Это дает возможность пробке 18 совершать поворот и таким образом ввинчиваться или вывинчиваться из камеры 14, что позволяет производить сборку, техническое обслуживание блока и регулировку длины хода поршня 12. Указанное может быть также достигнуто, например, добавкой или съемом прокладок между головкой 20 пробки 18 и корпусом 16 блока топливной форсунки 10 или, альтернативно, использованием соответствующего устройства блокировки на внешнем конце пробки 18 для временного стопорения пробки 18, препятствующего ее вращению и произвольному отвинчиванию.

Поршень 12 представляет собой поршень двойного действия и имеет противоположные рабочие стороны 21 и 22. Из рабочей стороны 21 выступает центральная скошенная кромка (фаска) 23. Из противоположной стороны 22 также выступает центральная скошенная кромка 24.

Скошенная кромка 23 сужается в поперечном сечении по мере удаления от стороны 21, от цилиндрического участка 25 до торцевой поверхности 25, расположенной на расстоянии от участка 25, причем сужение идет по искривленной или прямолинейной боковой поверхности 27. Пробка 18 содержит выполненную по ее оси расточку 28, в которую входит скошенная кромка 23. Расточка 28 имеет внутренний диаметр, который главным образом равен диаметру цилиндрического участка 25. Таким образом, когда поршень 12 перемещается в направлении к его максимально втянутому положению, скошенная кромка 23 перемещается в расточку 28, и, так как эффективное поперечное сечение скошенной кромки 23 возрастает в результате приближения к расточке 28 суженной поверхности 27, то движение поршня 12 замедляется за счет более ограниченного потока жидкости, который может протекать между поверхностью 27 и расточкой 28.

Скошенная кромка 24 имеет главным образом цилиндрическую форму, а шток поршня 13 расширяется наружу по криволинейной или прямолинейной смешанной (переходной) поверхности 29, для соединения со скошенной кромкой 24. Расточка 30, которая имеет диаметр, слегка превышающий внешний диаметр скошенной кромки 24, образована между камерами 14 и 15. Таким образом, когда поршень 12 движется в такте впрыска в сторону своего максимально выдвинутого положения, смешанная поверхность 29 входит в расточку 30 и, так как площадь эффективного поперечного сечения штока поршня 13 увеличивается в направлении к скошенной кромке 24 и к расточке 30, то движение поршня 12 замедляется за счет возрастающего уменьшения потока жидкости, протекающего между смешанной (переходной) поверхностью 29 и расточкой 30.

Корпус 16 имеет также каналы 31, 32 и 33 для впуска и выпуска рабочей жидкости. В этом случае жидкость также выполняет функции топлива для впрыска при помощи блока форсунки 10 в камеру сгорания двигателя для последующего его воспламенения. Два дренажных канала 31 и 33 могут объединяться внутри корпуса ранее выхода из корпуса 16 форсунки. Каналы 31, 32 и 33 соединены с клапанной камерой 34, в которой расположен элемент 35 управляющего клапана. Проход 36 может соединять канал 32 с концом камеры 34 для подачи жидкости под давлением для воздействия на конец 37 элемента 35 клапана, который имеет поршневую поверхность, которая, в свою очередь, служит средством смещения для элемента клапана 35.

Дополнительные каналы 38, 39, 40 и 41 сообщаются с клапанной камерой 34 и с камерой 14, причем каналы 38 и 39 имеют внутреннее объединение и соединены через проход 42 с галереей 43, которая соединяется посредством каналов 44 с отверстием 45 в пробке 18, которое, в свою очередь, сообщается с расточкой 28.

Каналы 40 и 41 также имеют внутреннее объединение и подсоединены к общему проходу 46, который соединен через канал 47 с расточкой 30, а также соединен через клапан 48 на один путь и проход 49 с каналом 50, который сообщается с камерой впрыска 15. Дополнительный проход 51 топливной форсунки имеется между каналом 50 и игольчатым клапаном 52 блока топливной форсунки 10. Канал 32 соединен с источником жидкости, который содержит насос 53, объединенный с накопителем 54.

Элемент 35 управляющего клапана может работать таким образом, чтобы позволить жидкости перемещаться из камеры 14 через расточку 28, центральное отверстие 45, каналы 44, галерею 43, проход 42 и канал 38, а также через камеру 34 управляющего клапана 34, и вытекать из корпуса форсунки 16 через канал 31 (фиг. 1).

В этом положении топливной форсунки жидкость также подается под давлением в канал 34 и проходит через камеру управляющего клапана 34 и канал 40, проход 46 и канал 47 в расточку 30 и в камеру 14.

Эта жидкость также проходит через проход 49 к поднятому от седла запорному клапану 48 и поступает через канал 50 в камеру 15 впрыска, а также через проход 51 к игольчатому клапану 52. За счет этого топливо подается в камеру 15 впрыска.

Элемент 35 управляющего клапана может приводиться в действие при помощи любых подходящих средств, которые могут включать в себя соленоид 53, как это показано на чертежах, или которые могут включать в себя любые другие подходящие механические или гидравлические средства. Элемент 35 управляющего клапана смещен жидкостью, подступающей к одному из концов элемента клапана 35 через проход 36. Хотя в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения смещение элемента клапана 35 и происходит под давлением жидкости, альтернативно средства смещения элемента клапана 35 могут содержать пружину, которая может быть установлена в клапанной камере 34 на конце элемента клапана 35.

Когда элемент управляющего клапана 35 переводится в положение, показанное на фиг. 2, жидкость поступает к верхнему концу камеры 14 от канала 32 через проход 42 и заставляет поршень 12 двигаться в направлении вниз, при этом образующий с поршнем единое целое шток 13 вводится в камеру впрыска 15, перемещая (выталкивая) жидкость из этой камеры 15 и заставляя сесть на седло запорный клапан 48, а также проталкивая жидкость через проход 51 поднятого от седла игольчатого клапана 52 и впрыскивая жидкость в пространство воспламенения двигателя. Одновременно, жидкость перемещается из нижнего конца камеры 14 под поршень 12 через расточку 30, канал 47, проход 46 и канал 41, проходя через камеру управляющего клапана 34. Эта жидкость вытекает из корпуса 16 форсунки через канал 33 и поступает для ее повторного использования. По мере приближения поршня 12 к концу камеры. 14, поперечное сечение прохода между штоком поршня или плунжером 13 и расточкой 30 сокращается в результате расширяющегося характера штока поршня или плунжера 13, смежного с поршнем 12. Это в результате приводит к ограничению или дросселированию скорости истечения жидкости из нижнего конца камеры 14, за счет чего осуществляется торможение в конце хода движения поршня 12 в направлении к концу его хода.

Когда элемент клапана 35 возвращается в положение, показанное на фиг. 1, жидкость подается в нижнюю сторону камеры 14 под поршнем 12, за счет чего поршень 12 перемещается в верхнем направлении и выводит (вытягивает) объединенный с ним шток или плунжер 13 из камеры 15 впрыска, что приводит к подъему с седла запорного клапана 48 и к поступлению жидкости через канал 50 в камеру 15 впрыска и вводу игольчатого клапана 52 в проход 50. Одновременно перемещение поршня 12 выталкивает жидкость из верхней части камеры 14 через расточку 28, центральное отверстие 45, каналы 44, галерею 42 и канал 38 через камеру 34 управляющего клапана. Жидкость вытекает из корпуса форсунки 16 через канал 31 и подается на ее повторное использование. По мере приближения поршня 12 к верхнему концу камеры 14, ограниченному пробкой 18, скошенная кромка 23 входит в расточку 28, за счет чего увеличивается ограничение площади поперечного сечения прохода между скошенной кромкой 23 и расточкой 28, что ограничивает или дросселирует скорость вытекания жидкости из верхнего конца камеры 14. Это приводит к торможению в конце хода поршня 12 при его движении в направлении к пробке 18.

Давление впрыска развивается за счет усиления давления жидкости внутри камеры 15 впрыска в ходе такта впрыска, за счет того, что существует различие площадей между верхней рабочей поверхностью поршня 12 и торцевой стороной штока поршня или плунжера 13 с кончиком 17 форсунки, выполненным в соответствии с существующей практикой.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3 и 4, на которых можно видеть применение жидкостного блока исполнительного механизма в соответствии с настоящим изобретением для управления блоком 60 клапана двигателя, который включает в себя головку 61 и шток 62 клапана, причем шток 62 клапана содержит поршень 63 или смонтирован на нем, при этом поршень 63 имеет конструкцию, аналогичную показанной на фиг. 1 и 2, и имеет на противоположных сторонах скошенные кромки (фаски) 64 и 65. Поршень 63 имеет возможность перемещения внутри цилиндрической камеры 66, ближайший к торцу клапанной головки 61 конец которой закреплен, а более удаленный от клапанной головки 61 конец выполнен в виде пробки 67 с мелкой резьбой 68, которая ввинчена в аналогичную резьбу 69 во внешнем участке цилиндрической камеры 66 с возможностью ввинчивания или вывинчивания пробки 67 из камеры 66 с целью регулировки длины хода блока клапана 60. На внешнем конце пробки 67 могут быть предусмотрены подходящие средства фиксации 70, позволяющие временно блокировать вращение пробки 67 для предотвращения ее случайного откручивания, причем средства фиксации 70 в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения включают в себя скобу 71, которая может быть установлена на корпусе блока 73 при помощи винта 72.

Скошенная кромка 65 соединена со штоком клапана 62 по криволинейной или прямой расширяющейся поверхности 74, в то время как скошенная кромка 64 переходит в поверхность 75, выступающую над смежной стороной поршня, при посредстве аналогичной криволинейной или прямой секции 76, расположенной между ними, так что скошенная кромка 64 имеет сужающуюся конфигурацию при удалении от поршня 63. Пробка 67 имеет расточку 77, совмещенную со скошенной кромкой 64, причем дополнительная расточка 78 предусмотрена во вставке 79 на противоположном конце корпуса 73. Таким образом, когда блок клапана 62 перемещается к его положению максимального хода в любом из направлений, поверхности 74 или 76 заходят в расточки 77 и 78 на одном из концов камеры 66 и поперечное сечение прохода для вытекания жидкости уменьшается, при этом поток жидкости через кольцевой проход между скошенными кромками 64 и 65 и отверстиями 77 или 78 также уменьшается, за счет чего движение блока клапана 60 тормозится.

Цилиндрическое отверстие 66 имеет каналы 80 и 81 для впуска и выпуска рабочей жидкости. Канал 80 сообщается с галереей 82, которая позволяет потоку рабочей жидкости поступать в цилиндрическую камеру 66 или вытекать из нее через центральное отверстие 83 и расточку 77 в пробке 67, через каналы 84 в пробке 67.

Канал 81 сообщается с галереей 85, которая позволяет потоку рабочей жидкости поступать в цилиндрическую камеру 66 или вытекать из нее через канал 86 во вставке 79, имеющий расточку 78.

Для удобства процесса сборки вставка 79 может быть изготовлена в виде съемной разрезной обоймы, как это показано на чертежах, или же может являться элементом камеры 66, причем в этом последнем случае галерея 85 может быть исключена.

Рабочая жидкость может подаваться под давлением в камеру 66 и выводиться из нее соответственно при помощи системы питания и блока управляющего клапана, аналогично показанному на фиг. 1 и 2, причем одинаковые элементы на чертежах имеют одинаковые позиционные обозначения. Однако в данном случае питающий проход 87 идет от прохода 36 к каналу 81. При этом жидкость всегда подается при помощи насоса 53 (или аналогичного устройства) к нижнему концу камеры 66.

В показанном на фиг. 3 положении клапанного блока рабочая жидкость подается через канал 32, проходы 36 и проход 87 через галерею 85 и канал 86 к нижнему концу камеры 66, что побуждает поршень 63 перемещаться в направлении вверх и заставляет перемещаться впускную или выпускную клапанную головку 61 двигателя в закрытое положение. В том случае, когда элемент управляющего клапана 35 переводится при помощи соленоида 53 в положение, показанное на фиг. 4, рабочая жидкость направляется из канала 32 при помощи клапанного элемента 35 через канал 39, проходы 42 и канал 80 к галерее 82, и проходит через каналы 84 и центральное отверстие 83 в верхний конец камеры 66 для воздействия на поверхность 75 и смежную сторону поршня 63, открывая клапанную головку 61 (как это показано штриховой линией) и выталкивая рабочую жидкость из нижнего конца камеры 66 через канал 86, галерею 85 и проход 87. Эта жидкость возвращается через канал 32 и объединяется с потоком от насоса 53 и/или накопителя 54, который поступает в верхний конец камеры 66, что позволяет достичь более высокой скорости перемещения клапанной головки 61 и уменьшить объем жидкости, потребной от насоса 53 и/или накопителя 54.

Когда клапанный элемент 35 приводится в действие для возвращения назад в положение, показанное на фиг. 3, то он прерывает подачу находящейся под давлением рабочей жидкости к верхнему концу камеры 66, одновременно позволяя производить выпуск жидкости из верхнего конца камеры 66 через центральное отверстие 83, каналы 84, галерею 82, канал 80, проходы 42 и камеру 34 управляющего клапана, которая (жидкость) через канал 31 выводится для повторного ее использования. Давление рабочей жидкости, поступающей в нижний конец камеры 66, воздействующее на скошенную кромку 65 и смежную сторону поршня 63, заставляет клапанную головку 61 закрываться и выталкивает рабочую жидкость из верхнего конца камеры 66. Когда поршень 63 приближается к любому из концов камеры 66, то его движение тормозится в конце хода за счет взаимодействия между скошенными кромками 64 и 65 и соответствующими расточками 77 и 78 описанным выше образом, аналогично описанному со ссылкой на фиг. 1 и 2.

В некоторых случаях регулировка хода может осуществляться не за счет ввинчивания по резьбе пробки 67 в камеру 66, а за счет добавки или удаления прокладок между пробкой 67 и корпусом, причем эти прокладки могут удерживаться на месте при помощи любых подходящих средств.

Средства смещения управляющего клапана могут содержать пружину или представлять собой пружину, при этом в указанные средства могут быть также включены средства ограничения хода элемента управляющего клапана.

Для удобства осуществления сборки, направляющая клапана 88 у штока клапана 62 может иметь форму расщепленной направляющей клапана.

Устройство управления может управлять работой любого числа клапанов в случае использования двигателя с множеством клапанов. Типичные соединения между блоками клапанов показаны на фиг. 5, где соответствующие галереи 82 и 85 взаимосвязаны потоком жидкости. На фиг. 5 также показано в увеличенном масштабе устройство для торможения или уменьшения скорости перемещения поршня. Само собой разумеется, что описанное построение может использоваться и в обеих впускном и выпускном клапанах.

Ранее были описаны и показаны на чертежах управляющие клапаны для управления работой как исполнительного механизма форсунки, так и исполнительного механизма клапана, имеющие форму золотникового клапана. Однако они могут иметь форму клапана любого типа.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 6, на которой можно видеть сечение блока 90 поршень/цилиндр для двигателя в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, причем этот двигатель может представлять собой двигатель с искровым зажиганием или двигатель с компрессионным воспламенением. Этот двигатель может работать как четырехтактный или двухтактный двигатель и для осуществления своего функционирования может содержать соответствующие средства подачи топлива и средства удаления продуктов сгорания.

Как показано на фиг. 6, блок 90 поршень/цилиндр включает в себя цилиндр двигателя 91 с поршнем 92, который имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение в цилиндре 91. В линию с цилиндром 91 (по оси с ним) установлен кожух 94, который отделен от цилиндра перегородкой 93, которая герметизирует цилиндр 10, причем кожух 94 ограничивает также цилиндрическую рабочую камеру 95, которая также герметизирована перегородкой 93.

Внутри камеры 95 установлен блок поршня 96 описанного ранее типа. В соответствии с указанными ранее международными заявками на патент, имеется полый трубчатый шток поршня или муфта 97, на которой установлены или выполнены с ней в виде единого целого два смещенных друг от друга поршня 98 и 99, которые могут совершать возвратно-поступательное движение внутри камеры 95. Поршни 98 и 99 делят камеру 95 на секцию впуска 100, расположенную между поршнями 98 и 99, и имеющиеся на противоположных концах секции 101 и 102, расположенные между поршнем 98 и стенкой или перегородкой 93, а также между поршнем 99 и другой фиксированной торцевой стенкой 103 кожуха 94.

Шток поршня или муфта 97 имеет ряд каналов 104, 105, 106 и 107, которые сообщаются с внутренним отверстием 108 внутри штока или муфты 97. Кожух 94 содержит канал 109 для подачи рабочей жидкости. Дополнительный полый кожух или оболочка 110 установлена на конце кожуха 94, противоположном цилиндру двигателя 90, и ограничивает установочную поверхность 111 для кожуха 94, который может быть установлен на ней при помощи болтового соединения.

Внутри отверстия 108 установлен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения элемент 112 золотникового клапана, который имеет раздвинутые друг от друга скошенные кромки 113, 114 и 115, которые разделены кольцевыми канавками 116 и 117. Скошенная кромка (фаска) 115 элемента 112 ограничивает на одном конце отверстия 108 камеру 118. Возвратная пружина 119 (показанная пунктиром) может - располагаться внутри камеры 118 для приложения возвратной силы смещения к элементу 112. Однако это может быть обеспечено гидравлически или при помощи других средств, которые будут описаны далее.

Противоположный конец элемента 112 золотникового клапана может быть снабжен толкателем клапана 120, который контактирует с поворотным кулачком 121, установленным на вращающемся распредвалу 122, который с сохранением герметичности проходит через корпус 110.

Как это более ясно показано на фиг. 7 и 9, шток поршня 97, соединенный с поршнем 92, имеет два вытянутых (удлиненных) прохода 123, которые идут вдоль длины штока поршня 97 и открыты через каналы 124 в отверстие 108. На их противоположных концах проходы 123 через конец 125 штока поршня 97 выходят в оболочку 110. Дополнительный проход 126 идет от кожуха кулачка 110 к рубашке цилиндра 127, которая окружает цилиндр двигателя 91. Жидкость также может проходить из рубашки цилиндра 127 через каналы 128 в камеры охлаждения 129 внутри головки цилиндра 130 двигателя.

Блок поршень/цилиндр 90, описанный выше, работает аналогично описанному в упомянутых международных заявках. Так, например, если предположить, что поршень 92 находится в нижнем конце своего хода внутри цилиндра 91 и что двигатель, частью которого является блок поршень/цилиндр 90, является четырехтактным двигателем, то вращение распредвала 122 вынуждает кулачок 121 перемещать элемент 112 золотникового клапана внутри отверстия 108 так, что рабочая жидкость подается через канал 109 и поступает через оболочку 110, канал 106, канавку 116 и канал 105 в камеру 102. Это вынуждает блок поршня 96 перемещаться в направлении вверх, так как жидкость воздействует (давит) между поршнем 99 и торцевой стенкой 103. В то же самое время жидкость принудительно поступает в камеру 101 через канал 107, канавку 117 и втекает в камеру 101 через каналы 124 и проходы 123.

За счет этого поршень 92 перемещается в направлении вверх и сжимает порцию топлива, которая была подана в цилиндр 91 при помощи известного устройства подачи топлива.

Зажигание порции топлива внутри цилиндра 91 заставляет поршень 92 и соединенный с ним шток поршня 97 перемещаться вниз из верхнего положения, причем в это же самое время кулачок 121 втягивает золотниковый клапан 112, в результате чего перекрывается сообщение между каналом подачи 109 и камерой 102, но открывается сообщение между камерой 102 и каналом 104 через канавку 116. В результате жидкость в камере 102, которая находится под высоким давлением в результате силы, приложенной воспламененной порцией топлива на поршень 92, выталкивается наружу за счет движения поршня 91 вниз, через канал 106, канавку 116 и канал 104 в галерею 131, из которой она направляется через канал 132 для осуществления полезной работы, например, для приведения в движение гидравлического двигателя, а затем направляется в бак для хранения и повторного использования. Одновременно скошенная кромка 115 блокирует канал 124, при этом открывается сообщение между каналом 106 и камерой 101 через канавку 117 и канал 107, через которые и проходит рабочая жидкость.

Дальнейшее движение вверх элемента золотникового клапана 112 за счет воздействия кулачка 121 заставляет жидкость поступать в камеру 102 в результате того, что восстанавливается сообщение между каналами 105 и 106 через канавку 106. Это побуждает блок поршня 112 перемещаться в направлении вверх, что вызывает подъем поршня 92 внутри цилиндра 91, в результате чего выхлопные газы выходят через выпускной клапан в головке 130 известным образом. В то же самое время элемент клапана 112 открывает сообщение между камерой 107 и каналами 124, в результате того, что скошенная кромка 115 открывает каналы 124, так что рабочая жидкость выталкивается из камеры 101 в оболочку 110 для ее использования аналогично ранее указанному.

Дальнейшее движение кулачка 121 приводит к реверсированию направления перемещения элемента 112 золотникового клапана, так что жидкость вновь направляется из камеры 100 в камеру 107, в то время как камера 102 подключается к каналу 104. Это вынуждает блок поршня 96 втягиваться, перемещая за собой поршень 92, что обеспечивает поступление через впускной клапан в головку 130 цилиндра 91 свежей порции топлива.

Жидкость, втекающая в оболочку 110 кулачка в ходе описанных выше этапов возвратно-поступательного движения, используется в оболочке кулачка 110 как смазка, а когда она выталкивается через проход 126 в цилиндр двигателя и рубашки 127 и 120 головки, то она действует как охладитель. После этого жидкость может быть направлена в соответствующий теплообменник и возвращена для ее повторного использования.

В вариантах системы с не жидкостным охлаждением, жидкость может быть непосредственно направлена из оболочки кулачка 110 для ее повторного использования.

Пружинное средство смещения 119, воздействующее на элемент 112 золотникового клапана, может быть исключено и заменено проходом 133 (см. фиг. 8 и 9), ведущим из впускной секции камеры 100 через элемент 112 золотникового клапана в камеру 118, в которой ранее размещалось пружинное средство смещения, для снабжения этой зоны рабочей жидкостью под давлением, предназначенной для воздействия на элемент 112 золотникового клапана. Эта жидкость воздействует на торец элемента 112 золотникового клапана, который работает как поршень и смещает элемент 112 золотникового клапана в сторону вращающегося кулачка 112.

Торец элемента золотникового клапана, смежный с вращающимся кулачком 112, может быть снабжен толкателем клапана 120 в виде шарикового или роликового толкателя клапана, или может иметь гидравлический подъемник, или же комбинацию указанных средств. Сам элемент 112 золотникового клапана может быть полым и может иметь соответствующие торцевые штуцеры для предотвращения потери жидкости, которая теперь действует в качестве средства смещения. В описанной выше модификации пружинное средство смещения 119 также может быть сохранено для его использования совместно с гидравлическим средством смещения.

На фиг. 10-13 показано альтернативное выполнение блока поршень/цилиндр 140, аналогичное варианту, показанному на фиг. 6-9, причем аналогичные компоненты имеют одинаковые позиционные обозначения. В данном случае проходы 123 в блоке поршня 96 устранены и заменены одним сквозным внутренним проходом 141, идущим в продольном направлении внутри элемента клапана 112. При помощи каналов 142 осуществляется сообщение одного конца прохода 142 через скошенную кромку 115 с кольцевой канавкой 143. Характер сообщения между канавкой 143 и секцией 101 камеры изменяется в зависимости от положения скошенной кромки 115, которая имеет возможность перекрывать или открывать это сообщение аналогично тому, как это осуществляет скошенная кромка 115 в варианте, показанном на фиг. 6-9, блокируя или открывая каналы 124. Другой конец прохода 141 связан с каналами 114, которые открываются (выходят) в оболочку 110.

Данный вариант функционирует аналогично описанному со ссылкой на фиг. 6-9, при этом жидкость вытекает из камеры 101 через проход 141 в оболочку 110 и используется аналогично ранее описанному.

Двигатели данного типа могут быть одно - и многоцилиндровыми, причем в последнем случае цилиндры могут иметь любую подходящую конфигурацию, при этом двигатель может быть как четырех-, так и двухтактным, или может иметь возможность менять число тактов. В типичном варианте построения цилиндры располагаются вокруг общего кулачкового корпуса (корпуса распредвала), который заменяет отдельные корпуса 110, объединенные с отдельными блоками цилиндра.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет увеличить рабочую скорость двигателя и повысить эффективность выпуска жидкости из разрядной камеры. Жидкостный исполнительный механизм для использования в блоке впрыска жидкости (топлива) включает в себя поршень, имеющий возможность возвратно-поступательного движения внутри камеры. Поршень включает в себя связанный с ним плунжер, работающий в камере форсунки. Элемент управляющего клапана приводится в действие таким образом, что жидкость подается в камеру на противоположных сторонах поршня, чтобы создавать возвратно-поступательное движение поршня и плунжера. Для торможения движения поршня при приближении к концам его хода предусмотрено жидкостное устройство дросселирования. Жидкостный исполнительный механизм может быть также объединен с клапанным блоком двигателя. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Блок жидкостного исполнительного механизма для двигателя, отличающийся тем, что он включает в себя камеру, поршень, имеющий возможность совершения возвратно-поступательного движения внутри указанной камеры, исполнительный элемент, идущий от одного из концов указанного поршня и через указанную камеру и включающий в себя исполнительное устройство, а также блок управляющего клапана, установленный вне указанной камеры и предназначенный для управления подачей жидкости в нее, причем указанный блок клапана в первом пространственном положении подает жидкость в указанную камеру, что вызывает перемещение указанного поршня и исполнительного элемента в первом направлении, при этом указанный блок клапана во втором пространственном положении подает жидкость в указанную камеру, что вызывает перемещение указанного поршня и исполнительного элемента во втором направлении, противоположном первому. 2. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.1, отличающийся тем, что камера имеет первый и второй противоположные концы, а блок снабжен средствами для замедления или торможения движения в конце хода поршня по мере того, как поршень приближается по меньшей мере к одному из концов камеры. 3. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.2, отличающийся тем, что средства для замедления или торможения движения в конце хода содержат средства ограничения вытекания жидкости по меньшей мере из одного из концов камеры. 4. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.3, отличающийся тем, что средства для замедления или торможения движения в конце хода содержат средства дросселирования на одном из концов указанного поршня, смежном с одним из концов камеры, установленные в отверстии, которое сообщается с камерой, через которую протекает жидкость, причем средства дросселирования взаимодействуют с указанным отверстием для постепенного сокращения потока жидкости, вытекающего из камеры, по мере того, как поршень приближается к одному из ее концов. 5. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.4, отличающийся тем, что средства дросселирования выполнены в виде скошенной кромки поршня, причем эта скошенная кромка имеет поперечное сечение, которое уменьшается к концу поршня. 6. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.2, отличающийся тем, что средства для замедления или торможения движения в конце хода, предназначенные для осуществления замедления или торможения в конце хода движения поршня по мере того, как указанный поршень приближается к любому концу камеры, расположены на противоположных концах камеры. 7. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.6, отличающийся тем, что средства для замедления или торможения движения в конце хода содержат на стороне исполнительного элемента поршня расширенную часть указанного исполнительного элемента. 8. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.4, отличающийся тем, что указанное отверстие образовано в подвижной пробке, введенной в один из концов указанной камеры. 9. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.1, отличающийся тем, что указанный блок клапана содержит клапанную камеру и клапан, который скользит внутри указанной клапанной камеры. 10. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.1, отличающийся тем, что исполнительный механизм двигателя содержит топливную форсунку, причем исполнительный механизм включает в себя плунжер, который имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение внутри камеры впрыска. 11. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.10, отличающийся тем, что указанная камера впрыска сообщается с указанным блоком управляющего клапана, причем жидкость для работы блока исполнительного механизма представляет собой рабочую жидкость двигателя для впрыска в ходе возвратно-поступательного движения указанного плунжера. 12. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.11, отличающийся тем, что указанная камера впрыска сообщается с указанным блоком управляющего клапана через однопутевой блок клапана и устроена таким образом, что получает жидкость от блока управляющего клапана тогда, когда этот управляющий клапан вызывает движение втягивания поршня. 13. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.1, отличающийся тем, что исполнительный механизм двигателя содержит впускной или выпускной клапан двигателя, причем указанный исполнительный элемент подсоединен к головке клапана двигателя или выполнен совместно с ней. 14. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.13, отличающийся тем, что предусмотрены средства для непрерывной подачи жидкости к одному из концов указанной камеры, смежному с одним из концов поршня. 15. Блок жидкостного исполнительного механизма по п.14, отличающийся тем, что жидкость с одного из концов камеры может быть направлена на противоположный конец камеры по мере перемещения поршня к одному из концов камеры. 16. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя, отличающийся тем, что он включает в себя первую камеру жидкости, блок поршня, совершающий возвратно-поступательное движение внутри указанной камеры, средства для подсоединения указанного блока поршня к поршню двигателя, так что они перемещаются совместно, причем указанный блок поршня включает в себя первый и второй раздвинутые друг от друга поршни, которые делят указанную камеру на первую секцию камеры между указанным первым поршнем и одним из концов указанной камеры, смежным с указанным поршнем двигателя, вторую секцию камеру между указанными первым и вторым поршнями, и третью секцию камеры между указанным вторым поршнем и противоположным концом указанной камеры, средства впуска жидкости, которые сообщаются со второй секцией камеры, блок клапана для управления подачей жидкости в указанные первую и третью секции камеры из указанной второй секции камеры для изменения направления перемещения указанного блока поршня, вторую камеру жидкости, смежную с указанной третьей секцией камеры, и средства создания избирательного поступления жидкости из указанной первой секции камеры в указанную вторую камеру жидкости. 17. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.16, отличающийся тем, что блок клапана содержит золотник, имеющий возможность перемещаться в отверстии, которое идет продольно внутри указанного блока поршня. 18. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.17, отличающийся тем, что указанные средства сообщения представляют собой сквозной проход, который идет продольно внутри указанного блока поршня. 19. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.17, отличающийся тем, что указанные средства сообщения представляют собой сквозной проход, который идет продольно внутри указанного золотника. 20. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.17, отличающийся тем, что он включает в себя блок кулачка для обеспечения возвратно-поступательного движения указанного золотника, причем указанная вторая камера жидкости окружает указанный блок кулачка. 21. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.20, отличающийся тем, что указанный элемент клапана ограничивает внутри указанного отверстия камеру смешения, причем предусмотрены средства для подачи жидкости в указанную камеру смещения из указанной второй секции камеры, для смещения золотника в направлении к блоку кулачка. 22. Блок приводимого в движение жидкостью поршня двигателя по п.16, отличающийся тем, что указанный поршень двигателя выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения внутри цилиндра, причем цилиндр имеет рубашку охлаждения, в которую подается жидкость из указанной второй камеры.

Приоритет по пунктам:
13.10.94 - по пп.1 - 9 и 13 - 15;
19.10.94 - по пп.10 - 12 и 16 - 22.