ЗОЛОТНИКОВЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2002 года по МПК F01L7/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к распределительным механизмам с золотниками цилиндрической формы.

Известен золотниковый распределительный механизм, содержащий составной корпус с герметизирующим элементом по плоскости разъема, размещаемый на головке цилиндра двигателя, и золотник с двумя выполненными в его теле не соединяемыми друг с другом каналами, поочередно совмещаемыми с объемом камеры сгорания цилиндра двигателя, приводимый во вращение от коленвала двигателя [1].

В известном устройстве велик паразитный объем между золотником и поршнем цилиндра двигателя. Наиболее важная проблема, которая решалась изобретательскими приемами в известном устройстве - это проблема уплотнения и смазки.

Сделав подвижным корпус золотника, авторы проблему решили частично, признавая наличие температурных деформаций деталей, утверждали об отсутствии заеданий золотника. Заедания золотника появляются со временем.

Известен золотниковый распределительный механизм, содержащий составной корпус с герметизирующим элементом по плоскости разъема, размещаемый на головке цилиндра двигателя, укрепленный при помощи П-образной силовой конструкции, и золотник с двумя выполненными в его теле не соединяемыми друг с другом каналами, поочередно совмещаемыми с объемом камеры сгорания цилиндра двигателя, приводимый во вращение от коленвала двигателя [2].

В известном золотниковом распределительном механизме использована подвижность головки цилиндра, при этом нагруженный корпус опирался на П-образную силовую конструкцию, что не избавляло его от существенных недостатков по герметизации. Это, во-первых, цилиндрическая форма золотника, если ось его вращения оказывается установленной с перекосом или смещается в процессе эксплуатации. Во-вторых, золотник и корпус работают в условиях сжимающих усилий (вплоть до пиковых значений при сжатии топливной смеси и ее сгорании), что приводит к износу механизма и разгерметизации, сложность конструкции также не способствует надежной работе механизма.

Задачей настоящего изобретения является дальнейшее повышение надежности механизма за счет сведения к минимуму паразитного объема между золотником и поршнем цилиндра двигателя, за счет предоставления возможности "самоустановки" золотнику в местах его крепления при соединении с корпусом только в момент установки на головке цилиндра двигателя, а так же за счет снятия сжимающих усилий с корпуса, приводивших к разгерметизации механизма, а так же за счет упрощения конструкции.

Указанная задача решена тем, что в известном золотниковом распределительном механизме, содержащем составной корпус с герметизирующим элементом по плоскости разъема, размещаемый на головке цилиндра двигателя, укрепляемый при помощи П - образной силовой конструкции, и золотник с двумя выполненными в его теле не соединяемыми друг с другом каналами, поочередно совмещаемыми с объемом камеры сгорания цилиндра двигателя, приводимый во вращение от коленвала двигателя, согласно изобретению золотник выполнен ступенчатой формы, соединен ступенями меньшего диаметра с П-образной силовой конструкцией и с корпусом с возможностью перемещения в момент установки на головке цилиндра двигателя по двум степеням свободы, корпус укреплен неподвижно в отверстии, выполненном в головке цилиндра двигателя с опорой на дно головки цилиндра со стороны камеры сгорания цилиндра двигателя при помощи переходного узла и застопорен от вращающего момента золотника неподвижным соединением с П-образной силовой конструкцией, при этом взаимодействующие друг с другом поверхности золотника и корпуса выполнены герметизирующими не соединяемые друг с другом каналы золотника.

Эффективно, если соединение золотника с П-образной силовой конструкцией выполнено в виде радиального сферического двухрядного шарикоподшипника, а поверхность, взаимодействующая с соответствующей поверхностью корпуса, выполнена сферической.

Целесообразно, если на радиальном сферическом двухрядном шарикоподшипнике установлена крышка, охватывающая наружную обойму подшипника, в консолях которой установлены шпильки для уменьшения зазора между консольною и головкой цилиндра двигателя, при этом крышка соединена неподвижно накладками, взаимодействующими с корпусом золотника, образуя П-образную силовую конструкцию.

Надежно, если герметизирующие, не соединяемые друг с другом каналы золотника, поверхности на золотнике и корпусе, взаимодействующие друг с другом, выполнены в виде слоя пористого хрома, нанесенного на внутренней поверхности корпуса и соответствующей полированной поверхности золотника.

Удобно, если переходный узел выполнен в виде кольца с наружной резьбой и выступом, обращенным к продольной оси кольца, а на выступе размещена прокладка из мягкого металла, помещенная в соответствующую канавку вокруг осевого отверстия, повторяющего форму канала в теле золотника.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск информации по патентным и научно-техническим источникам, позволил установить, что отсутствуют аналоги заявленному золотниковому распределительному механизму, идентичные всем его существенным признакам. Следовательно, заявленное устройство соответствует критерию "новизна" применительно к изобретению по действующему патентному закону.

Для проверки соответствия требованию критерия "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранного прототипа. Установлено, отличительные признаки явным образом не следуют из известного уровня техники. Следовательно, заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано фронтальное сечение золотникового распределительного механизма, размещенного на головке цилиндра двигателя. На фиг. 2 показан вырыв плоскости разреза корпуса. На фиг. 3 показан вид по стрелке А на заявленный механизм. На фиг.4 показан тот же вид по стрелке А, но при снятом подшипнике. На фиг.5 показан вид Б на отверстие, соединяющее камеру сгорания цилиндра двигателя и заявляемый механизм. На фиг.6 представлен переходный узел крепления золотникового распределительного механизма на головке цилиндра двигателя в увеличенном масштабе.

Золотниковый распределительный механизм выполнен следующим образом. Золотник 1 помещен в корпус 2, выполненный составным. В теле золотника выполнены не соединяемые друг с другом каналы 3 и 4. Корпус выполнен герметичным, и первый герметизирующий элемент, установленный по плоскости разъема 5 (см. фиг. 2), - канавочно-клинового профиля 6 с прокладкой 7 из мягкого металла (отожженной меди). Весь механизм размещается на головке 8 цилиндра двигателя и крепится на наружной поверхности при помощи П-образной силовой конструкции, в которую входят два радиальных сферических двухрядных шарикоподшипника 9 с крышками 10, охватывающими половину длины окружности наружной обоймы подшипника, на которых выполнены консоли 11 и установленные в них шпильки 12 (показаны условно своими продольными осями), к крышкам привинчены (показано условно) накладки 13, взаимодействующие при помощи такой же системы "выступ-паз" с корпусом 2 золотника (фиг.4). Золотник выполнен ступенчатой формы и соединен ступенями 14 меньшего диаметра с П-образной силовой конструкцией, в частности с двумя радиальными сферическими двухрядными шарикоподшипниками, а часть золотника, помещенная в корпус, выполнена большего диаметра и их поверхности, взаимодействующие друг с другом, выполнены в форме сферы 15 (на фиг.1 показано для наглядности пунктирной линией). К тому же эти обе поверхности выполнены герметизирующими выходы несоединяемых друг с другом каналов 3 и 4 в теле золотника (показаны пунктиром на фиг. 4). На внутренней поверхности 15 корпуса, взаимодействующей с золотником, нанесен слой пористого хрома, а соответствующая поверхность золотника полирована (второй герметизирующий элемент корпуса), слой пористого хрома пропитан наполнителем, например термостойкой смазкой. Таким образом корпус выполнен герметичным. На корпусе, в его нижней части выполнен прилив 16, которым корпус устанавливается в отверстие головки цилиндра двигателя. В этом приливе выполнено осевое отверстие 17, совпадающее по форме с формой выхода не соединяемых друг с другом каналов в теле золотника поочередно совмещаемыми с объемом 18 (фиг.1) камеры сгорания цилиндра двигателя с ребрами 19. Золотник получает вращение от коленвала двигателя (на фиг.1 это показано условно) через зубчатое колесо 20 и крестовину 21, установленную в одном из входов канала в теле золотника. Корпус укреплен неподвижно в отверстии, выполненном в головке цилиндра двигателя с опорой на дно головки цилиндра со стороны камеры сгорания при помощи переходного узла 22 и, как уже было указано, застопорен от вращающего момента золотника неподвижным соединением с П-образной силовой конструкцией. Переходный узел выполнен в виде кольца с наружной резьбой 23 (желательно мелкой) и выступом 24, обращенным к продольной оси кольца. На выступе размещена прокладка 25 из мягкого металла, помещенная в соответствующую канавку вокруг осевого отверстия 1, повторяющего форму сечения канала на выходе из тела золотника, т.к. эти элементы механизма поочередно совмещаются для обеспечения устойчивой работы двигателя. Таким образом при помощи переходного узла золотниковый распределительный механизм крепится во второй точке головки цилиндра двигателя.

Для сборки золотникового распределительного механизма в габаритах известных двигателей на головке каждого цилиндра двигателя выполняются канавки под наружные обоймы двух подшипников и резьбовые отверстия под шпильки (не показано). При этом допускается свободное поле допуска на выполнение этих доработок. Золотник вставляются в корпус и его обе половинки стягиваются винтами для обеспечения герметичности. На ступени меньшего диаметра золотника напрессовывают подшипники. Эту сборку вставляют на место крепления на головке цилиндра двигателя, при этом нижняя часть корпуса входит в соответствующее отверстие в головке цилиндра двигателя. В головку цилиндра двигателя со стороны камеры сгорания вворачивают переходный узел. Торец нижней части корпуса ложится на прокладку 25 из мягкого металла.

Шпильками крепят окончательно весь механизм к головке цилиндра двигателя, при этом прокладка 25 сминается, а неточности изготовления деталей механизма и доработки цилиндра двигателя компенсируются возможностью перемещения золотника по двум степеням свободы в горизонтальной и вертикальной плоскостях за счет сферических поверхностей корпуса и ступени золотника большего диаметра, а так же радиальных сферических двухрядных шарикоподшипников. После совмещения краев одного из каналов 4 в теле золотника с отверстием в головке цилиндра двигателя для нормальной работы достаточно вращать золотник от коленвала двигателя со скоростью, вдвое меньшей скорости вращения коленвала.

Механизм работает следующим образом. После окончания фазы всасывания золотник повернется так, что отверстие в головке цилиндра и в переходном узле окажется закрытым сферической поверхностью 15 ступени большего диаметра. Пока золотник закрывает отверстие головки цилиндра двигателя происходит сжатие топливной смеси поршнем 26 и ее воспламенение, в результате чего давление газов в камере сгорания 18 цилиндра достигает наибольшего значения. Золотниковый распределительный механизм, выполненный указанным образом, позволяет золотнику "самоустановится" при сборке, передать усилия, возникающие в камере сгорания цилиндра двигателя, через пару радиальных сферических двухрядных шарикоподшипников и П-образную силовую конструкцию на цилиндр двигателя. Главное достоинство предлагаемой конструкции - обеспечение разгрузки корпуса, который будет оставаться герметичным постоянно.

Условия охлаждения цилиндра двигателя (в том числе и ребрами 19) не ухудшаются.

Предлагаемый золотниковый распределительный механизм надежно обеспечивает нормальное газораспределение двигателя, практически не ограничивает среднюю скорость движения поршней в цилиндрах и позволяет максимально форсировать двигатель по оборотам и мощности. Это обстоятельство является особенно важным для бесшатунных двигателей внутреннего сгорания.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное устройство соответствует условию промышленной применимости.

Источники информации
1. - Авторское свидетельство СССР 956822 за 1979 г., МПК F 01 L 7/00.

2. - Патент Германии 2508381 за 1990 г., МПК F 01 L 7/02 (прототип).

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и позволяет повысить надежность механизма газораспределения ДВС. Механизм содержит составной корпус с герметизирующим элементом по плоскости разъема, укрепленный на головке цилиндра при помощи П-образной силовой конструкции, и золотник с двумя не соединяемыми друг с другом каналами, поочередно обобщаемыми с камерой сгорания ДВС. Такая конструкция позволяет снять сжимающие усилия с корпуса механизма, приводившие к его разгерметизации, и обеспечить самоустановку золотника в момент монтажа на двигателе. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Золотниковый распределительный механизм, содержащий составной корпус с герметизирующим элементом по плоскости разъема, размещаемый на головке цилиндра двигателя, укрепленный при помощи П-образной силовой конструкции, и золотник с двумя выполненными в его теле несоединяемыми друг с другом каналами, поочередно совмещаемыми с объемом камеры сгорания цилиндра двигателя, приводимый во вращение от коленвала двигателя, отличающийся тем, что золотник выполнен ступенчатой формы, соединен ступенями меньшего диаметра с П-образной силовой конструкцией и с корпусом с возможностью перемещения в момент установки на головке цилиндра двигателя по двум степеням свободы, корпус укреплен неподвижно в отверстии, выполненном в головке цилиндра двигателя с опорой на дно головки цилиндра со стороны камеры сгорания цилиндра двигателя при помощи переходного узла, и застопорен от вращающего момента золотника неподвижным соединением с П-образной силовой конструкцией, при этом взаимодействующие друг с другом поверхности золотника и корпуса выполнены герметизирующими несоединяемые друг с другом каналы золотника. 2. Золотниковый механизм по п.1, отличающийся тем, что соединение золотника с П-образной силовой конструкцией выполнено в виде радиального сферического двухрядного шарикоподшипника, а поверхность, взаимодействующая с соответствующей поверхностью корпуса выполнена сферической. 3. Золотниковый механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что на радиальном сферическом двухрядном шарикоподшипнике установлена крышка, охватывающая наружную обойму подшипника, в консолях которой установлены шпильки для крепления золотникового механизма к головке цилиндра двигателя, при этом крышка соединена неподвижно накладками, взаимодействующими с корпусом золотника, образуя П-образную силовую конструкцию. 4. Золотниковый механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса, взаимодействующей с золотником, нанесен слой пористого хрома, а соответствующая поверхность золотника полирована. 5. Золотниковый механизм по п.1, отличающийся тем, что переходный узел выполнен в виде кольца с наружной резьбой и выступом, обращенным к продольной оси кольца, а на выступе размещена прокладка из мягкого металла, помещенная в соответствующую канавку вокруг осевого отверстия, повторяющего форму сечения канала на выходе из тела золотника.