ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТОЛКАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F01L1/245 

Изобретение относится к толкателям клапана двигателей внутреннего сгорания, автоматически компенсирующим зазоры в кинематической цепи "кулачок распредвала - клапан", имеющим гидравлический привод.

Известен гидравлический толкатель фирмы Stanadyne Inc. по патенту США 4397271, кл. 123/90.55, 123/90.58 (прототип), состоящий из корпуса - полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем. На наружную сторону днища воздействует управляющий кулачок распределительного вала. В полости корпуса закреплена втулка, в отверстии которой с возможностью перемещения установлен гидрокомпенсатор, включающий чашеобразный плунжер. Нижняя поверхность торца плунжера контактирует с торцом стебля клапана. На наружной цилиндрической поверхности корпуса размещена маслоподводящая кольцеобразная канавка, соединенная с внутренней полостью корпуса сквозным отверстием. В полость корпуса гидротолкателя установлен кольцеобразный уплотняющий элемент из упругодеформируемого материала, опирающийся на радиальный фланец втулки. Втулка внутренней поверхностью радиального фланца упирается в кольцеобразный выступ на внутренней цилиндрической поверхности корпуса и прижата к этому выступу зажимным кольцом, размещенным в канавке, выполненной в корпусе, чем обеспечивается герметичность соединения направляющей втулки и корпуса. Наружная поверхность уплотняющего элемента расширяется кверху и перекрывает отверстие в корпусе, препятствуя утечке рабочей жидкости из первой камеры низкого давления, образованной внутренними поверхностями корпуса и уплотняющего элемента, а также поверхностями втулки и диафрагмы из упругодеформируемого материала, размещенной над уплотняющим элементом. На внутренней цилиндрической поверхности диафрагмы размещен выступающий кольцеобразный поясок, входящий в кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности плунжера. Верхняя часть диафрагмы, расположенная выше пояска, с натягом надета на плунжер. Диафрагма пояском прикреплена к плунжеру и при перемещении плунжера перемещается вместе с ним. При этом цилиндрические бортики диафрагмы, образующие ее наружный диаметр, скользят по внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Внутренняя поверхность днища корпуса и диафрагма образуют вторую камеру низкого давления, внутренняя поверхность днища корпуса, верхние внутренние поверхности гидрокомпенсатора и диафрагмы образуют третью камеру низкого давления.

Недостатком данной конструкции является просачивание рабочей жидкости из первой камеры низкого давления через зазор между внутренней цилиндрической поверхностью втулки и наружной поверхностью плунжера. Второй недостаток - наличие в гидротолкателе одновременно двух элементов из упругодеформируемого материала, что повышает массу гидротолкателя и увеличивает его стоимость. Третий недостаток - применение для крепления направляющей втулки зажимного кольца, усложняющего технологию изготовления изделия и увеличивает стоимость устройства.

Известен гидравлический толкатель фирмы ИНА ВЭЛЬЦЛАГЕР КГ (DE) по патенту России 1771515, кл. 5 F 01 L 1/24 (аналог), состоящий из корпуса - полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем, размещенного в колодце корпусной детали мотора. В полости корпуса закреплена втулка, имеющая радиальный фланец, в которой с возможностью перемещения установлен гидрокомпенсатор, снабженный плунжером. С целью уплотнения зазора между внешней цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью колодца, через которые может просачиваться рабочая жидкость, за счет теплового расширения втулки, втулка выполнена из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения стали, и закреплена в корпусе запрессовкой с обеспечением радиального натяга.

Первый недостаток данной конструкции - утечка рабочей жидкости из внутренней полости гидротолкателя через зазор между наружной цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки, на который тепловое расширение втулки влияет незначительно. Второй недостаток - существенное превышение стоимости материалов с коэффициентом температурного расширения, превышающим коэффициент температурного расширения стали, над стоимостью стали, что удорожает гидротолкатель.

Известен гидравлический толкатель фирмы Ina Walzlager Schaeffler KG (Germany) по патенту США 5595149, кл. 123/90.55, 123/90.46 (аналог), состоящий из корпуса - полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем. В цилиндрической стенке корпуса проделано отверстие, через которое рабочая жидкость может подаваться во внутренние полости гидротолкателя. В полости корпуса закреплена втулка, в отверстии которой с возможностью перемещения размещен гидрокомпенсатор, включающий чашеобразный плунжер. Внутренние поверхности корпуса гидротолкателя и втулки, наружные поверхности плунжера и корпуса клапана образуют первую камеру низкого давления; внутренняя поверхность днища корпуса и верхние поверхности корпуса клапана образуют вторую камеру низкого давления. Гидрокомпенсатор содержит камеру высокого давления. В процессе сборки гидротолкателя камеры низкого и высокого давления заполняются рабочей жидкостью. При хранении и транспортировке гидротолкателя рабочая жидкость вытекает из камер низкого давления через зазор между наружной цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки и через отверстие в цилиндрической стенке корпуса. С целью предупреждения утечки рабочей жидкости из гидротолкателя через отверстие в цилиндрической стенке корпуса после заполнения камер рабочей жидкостью в первую камеру низкого давления вводится дозированная порция консистентной смазки или пасты, не растекающейся при обычной температуре окружающей среды, но растворяющейся в горячей рабочей жидкости. Консистентная смазка или паста выполняют роль временного (на период хранения и транспортировки) герметика, закупоривающего отверстие в цилиндрической стенке корпуса и зазор между наружной цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки.

Недостатком данного решения является то, что герметизация зазора между внутренней поверхностью направляющей втулки и наружной поверхностью плунжера достигается только на период транспортировки и хранения гидротолкателя, в период работы мотора и гидротолкателя рабочая жидкость через тот же зазор просачивается, утечка рабочей жидкости компенсируется постоянным поступлением в камеры низкого давления воздухосодержащей рабочей жидкости из системы мотора, что повышает вероятность попадания воздуха в камеру высокого давления и снижает эффективность функционирования гидрокомпенсатора.

Известен гидравлический толкатель фирмы Motomak Motorenbau, Maschinen und Werkzeugfabrik, Konstruktionen Gmb H, Germany по патенту США 4745889, кл. 123/90.55 (аналог), состоящий из корпуса - полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем. В полости корпуса закреплена втулка, в отверстии которой с возможностью перемещения установлен гидрокомпенсатор, включающий чашеобразный плунжер и корпус клапана. Верхний торец корпуса клапана кольцеобразной поверхностью упирается в днище. Наружная цилиндрическая поверхность корпуса оснащена маслоподводящей кольцевой канавкой, соединенной сквозным отверстием с внутренней полостью корпуса. Из пластически деформированного материала корпуса на внутренней цилиндрической поверхности корпуса образован первый кольцеобразный выступ. В корпусе установлена втулка, имеющая кольцеобразный радиальный фланец. Торец радиального фланца, обращенный в сторону днища, прижат к первому кольцеобразному выступу вторым кольцеобразным выступом, образованным на внутренней цилиндрической поверхности корпуса также из пластически деформированного материала корпуса. Второй кольцеобразный выступ обеспечивает прочность и герметичность соединения радиального фланца втулки с корпусом.

Первый недостаток данного решения - необходимость выполнения специальной обработки базовой поверхности на первом кольцеобразном выступе из пластически деформированного материала, к которой прижимается радиальный фланец втулки. Без такой обработки вероятно отклонение от перпендикулярности оси цилиндрического отверстия во втулке ко внутреннему торцу днища и прилегание кольцеобразного торца корпуса клапана не поверхностью, а отдельными точками, вследствие чего положение гидрокомпенсатора становится неустойчивым. Вторым недостатком данного решения является то, что для крепления втулки требуется более одного кольцеобразного выступа из пластически деформированного материала корпуса, что требует выполнения, по крайней мере, одной дополнительной операции и удорожает производство.

Первой целью изобретения является снижение просачивания рабочей жидкости из второй и третьей камер низкого давления, вторая цель - снижение затрат на изготовление гидротолкателя за счет упрощения его конструкции, третья цель - повышение надежности гидротолкателя.

Первая цель достигается тем, что в гидротолкатель, состоящий из полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем, закрепленной в полости корпуса втулки, в отверстии которой с возможностью перемещения установлен гидрокомпенсатор, состоящий из чашеобразного плунжера, корпуса клапана, шарикового клапана пружины и стопорного кольца, устанавливается манжета из упругодеформируемого материала. Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса, внешняя поверхность манжеты и внутренний торец радиального фланца втулки образуют первую камеру низкого давления; внутренняя поверхность корпуса, расположенная над манжетой, верхняя чашеобразная поверхность манжеты, выступающая над манжетой поверхность плунжера и верхняя часть наружной цилиндрической поверхности корпуса клапана образуют вторую камеру низкого давления; внутренняя поверхность днища корпуса, внутренняя поверхность корпуса клапана, расположенная над шариковым клапаном, и шариковый клапан образуют третью камеру низкого давления; шариковый клапан, нижние части плунжера и корпуса клапана, расположенные ниже шарикового клапана, образуют камеру высокого давления. Верхний торец манжеты с натягом прижат ко внутренней поверхности корпуса гидротолкателя. В состоянии поставки вторая, третья камеры низкого давления и камера высокого давления гидротолкателя заполнены деаэрированной рабочей жидкостью.

Известны конструкции гидротолкателей, в которых элемент из упругодеформируемого материала, выполняющий функцию уплотнения, контактирует либо с плунжером гидрокомпенсатора, либо с поверхностью втулки. Однако ни в одном из известных устройств данный элемент не перекрывает зазор между внешней цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки. В заявляемом устройстве две внутренние концентрические цилиндрические поверхности манжеты одновременно с натягом контактируют с наружной поверхностью цилиндрического элемента втулки и наружной цилиндрической поверхностью плунжера, расположенной выше верхнего торца втулки. Тем самым манжета перекрывает зазор между наружной цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки, препятствуя просачиванию через этот зазор деаэрированной рабочей жидкости из второй и третьей камер низкого давления и достигается первая цель - существенно снижается утечка рабочей жидкости из второй камеры низкого давления и гидравлически связанных с ней полостей, что снижает объемы рабочей жидкости, поступающие из маслосистемы мотора и, следовательно, снижает вероятность попадания воздуха, растворенного в этой рабочей жидкости, во вторую и третью камеры низкого давления, а из них - в камеру высокого давления.

Утечке деаэрированной рабочей жидкости из второй и третьей камер низкого давления в первую камеру низкого давления и далее через отверстие в цилиндрической части корпуса препятствует верхний кольцеобразный поясок манжеты, с натягом контактирующий с внутренними стенками корпуса.

Так же как и в известных решениях, торец радиального фланца втулки, обращенный во внутрь корпуса, прижат к кольцеобразному выступу на внутренней цилиндрической поверхности корпуса кольцеобразным выступом из пластически деформированного материала корпуса. В отличие от известного устройства для прижима использован кольцеобразный выступ из пластически деформированного материала корпуса, полученный при формировании маслоподводящей кольцевой канавки. Тем самым достигается вторая цель - становятся ненужными затраты на изготовление специального пояска или иных элементов, необходимых для крепления втулки к корпусу.

Известно соединение полости маслоподводящей кольцевой канавки с первoй камерой низкого давления отверстием, ось которого не перпендикулярна оси корпуса проходящим через стык радиального фланца втулки с корпусом, что делает вероятной частичную потерю герметичности данного стыка. Во избежание потери герметичности стыка и в отличие от известных решений в предлагаемом устройстве ось отверстия смещена относительно радиального фланца втулки в сторону днища на величину, превышающую диаметр отверстия, и отверстие соединено с маслоподводящей кольцевой канавкой пазом, глубина которого меньше толщины цилиндрической стенки корпуса. Тем самым достигается третья цель - повышение надежности гидротолкателя за счет исключения вероятности прорыва стыка втулки и корпуса при сверлении отверстия, соединяющего маслоподводящую канавку и внутреннюю полость корпуса.

На чертеже изображен гидротолкатель, разрезе.

Возможность осуществления изобретения обеспечивается его конструкцией, показанной на чертеже. Гидротолкатель состоит из корпуса полого цилиндра 2, закрытого с одного горца днищем 13. На внешнюю поверхность днища 13 воздействует кулачок 16 распредвала мотора. В корпусе 2 размещена втулка 5, снабженная радиальным фланцем 6, внутренний торец которого прижат к торцу кольцеобразного выступа 7 на внутренней цилиндрической стенке корпуса 2. Прочность и герметичность соединения втулки 5 и корпуса 2 обеспечиваются тем, что прижим торца радиального фланца 6 к кольцеобразному выступу 7 осуществлен кольцеобразным выступом 32 из пластически деформированного материала корпуса 2, полученного при формировании маслоподводящей канавки 31. В отверстии втулки 5 установлен с возможностью перемещения гидрокомпенсатор, состоящий из чашеобразного плунжера 1, корпуса клапана 22, шарикового клапана 35, пружин 33 и 34, стопорного кольца 11 и колпачка 4. В нижний торец 38 плунжера 1 упирается клапан 37. На наружную цилиндрическую поверхность 26 втулки 5 до упора торцом в радиальный фланец 6 надета с натягом манжета 12 из упругодеформируемого материала, например, маслобензостойкой резины. Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 2, внешняя поверхность 10 манжеты 12 и внутренний торец радиального фланца 6 втулки 5 образуют первую камеру низкого давления 28; расположенная над манжетой 12 внутренняя поверхность корпуса 2, верхняя чашеобразная поверхность манжеты, выступающая над манжетой 12 поверхность плунжера 1 и верхняя часть наружной цилиндрической поверхности корпуса клапана 22 образуют вторую камеру низкого давления 24; внутренняя поверхность днища 13 корпуса, расположенная над шариковым клапаном внутренняя поверхность корпуса клапана 22 и шариковый клапан 35 образуют третью камеру низкого давления 20; шариковый клапан 35, расположенные ниже шарикового клапана 35 внутренние части плунжера 1 и корпуса клапана образуют камеру высокого давления 36. Наружная цилиндрическая часть корпуса 2 снабжена маслоподводящей кольцеобразной канавкой 31, соединенной пазом 30 и отверстием 29 с первой камерой низкого давления 28. Верхний торец 14 манжеты 12 с натягом прижат ко внутренней поверхности 27 корпуса 2; манжета имеет первую 26 и вторую 25 внутренние концентрические цилиндрические поверхности, которые с натягом одновременно сопряжены с наружной поверхностью цилиндрического элемента втулки 5 и наружной цилиндрической поверхностью 3 плунжера 1, расположенной выше верхнего торца направляющей втулки 5. Тем самым манжета перекрывает зазор между наружной цилиндрической поверхностью 3 плунжера 1 и внутренней цилиндрической поверхностью 9 втулки 5, препятствуя просачиванию через этот зазор рабочей жидкости из второй 24 и третей 20 камер низкого давления. Утечке рабочей жидкости из второй 24 и третьей 20 камер низкого давления через отверстие 29 в цилиндрической части корпуса препятствует верхний кольцеобразный поясок 14 манжеты 12, с натягом контактирующий с внутренними стенками корпуса 2. Деаэрированной рабочей жидкостью камеры гидротолкателя заполняются при сборке изделия. Размеры элементов гидротолкателя подобраны таким образом, чтобы обеспечить минимальную массу гидротолкателя без ущерба для эффективности его функционирования.

Гидротолкатель работает следующим образом.

Как в статическом состоянии, так и во время работы мотора вторая 24 и третья 20 камеры низкого давления заполнены рабочей средой. Зазор между внутренней цилиндрической поверхностью 9 втулки 5 и наружной цилиндрической поверхностью 3 плунжера 1 перекрыт манжетой 12, первая внутренняя цилиндрическая поверхность 26 которой с радиальным натягом контактирует с внешней цилиндрической поверхностью втулки 5, вторая цилиндрическая поверхность 25 контактирует с радиальным натягом с внешней цилиндрической поверхностью плунжера 1. Перекрытие данного зазора манжетой предотвращает утечку рабочей среды из второй и третьей камер низкого давления.

Во время работы двигателя рабочая жидкость, например моторное масло, от маслосистемы мотора поступает в маслоподводяшую кольцеобразную канавку 31 и далее по пазу 30 через отверстие 29 в первую камеру низкого давления 28. Если давление в камере 28 выше давления в камере 24, то силы давления, действующие на внешнюю поверхность 10 и верхний торец 14 манжеты 12. деформируют верхнюю часть манжеты, кромка торца 14 отрывается от стенки корпуса 2 и масло из камеры 28 перетекает в камеру 24 и далее через несквозное отверстие 19 в днище 13 в третью камеру низкого давления 20. После выравнивания давлений в камерах 28, 24 и 20 кромка 14 манжеты 12 восстанавливается в первоначальном положении и плотно прилегает к стенке корпуса 2, препятствуя утечке масла из второй камеры низкого давления 24 в первую камеру 28. При остановке двигателя подача рабочей жидкости от маслосистемы мотора в камеру 28 прекращается, рабочая жидкость из этой камеры вытекает через отверстие 29, давление в камере 28 падает. Однако силы давления рабочей жидкости в камере 24 на верхнюю внутреннюю чашеобразную поверхность манжеты 12 прижимают кромку 14 манжеты к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 2, вследствие чего рабочая жидкость из камер 24 и 20 в камеру 28 не перетекает.

При вращении распредвала 16 выступающая часть кулачка давит на днище 13 корпуса 2 гидротолкателя, а клапан 37 под действием пружин клапана - на днище 38 плунжера 1. При этом в камере 36 создается высокое давление, величина которого обусловлена величиной сил сжатия пружин клапанов. Это давление существенно превышает давление в камерах низкого давления 20 и 24, вследствие чего клапан 35 удерживается закрытым и гидрокомпенсатор передает усилие от кулачка 16 через днище 13, корпус клапана 22 и плунжер 1 на клапан 37. Вследствие тепловых деформаций и износа в кинематической цепи "кулачок - клапан" появляются зазоры. В связи с ними при движении точки контакта кулачка 16 с днищем 13 от точки 17 наибольшего радиуса к точке 18 наименьшего радиуса корпус клапана 22 получает возможность под действием пружины 33 перемещаться вверх относительно плунжера 1, объем камеры 36 увеличивается, давление масла в ней падает, клапан 35 открывается и рабочая жидкость из камеры 20 перетекает в камеру 36 до ее заполнения. Таков же механизм пополнения маслом камеры 36 при ее частичном опустошении вследствие просачивания рабочей жидкости через зазор между внутренней цилиндрической поверхностью плунжера 1 и наружной цилиндрической поверхностью корпуса клапана 22.

Изобретение относится к передаточным механизмам между ведущим элементом привода и клапаном двигателя внутреннего сгорания, в частности к гидравлическим толкателям. Технический результат заключается в снижении утечек жидкости из рабочих камер, упрощении конструкции и повышении надежности гидротолкателя. Гидравлический толкатель состоит из корпуса, выполненного в виде полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем, кольцеобразной канавки, размещенной на наружной цилиндрической поверхности корпуса, сквозного отверстия для подачи рабочей жидкости во внутреннюю полость корпуса, установленной в полости корпуса втулки, в отверстие которой с возможностью перемещения вставлен гидрокомпенсатор, включающий чашеобразный плунжер и корпус клапана, манжеты из упругодеформируемого материала, опирающейся нижним торцом на радиальный фланец втулки. Внутренние цилиндрические поверхности манжеты одновременно контактируют с цилиндрической поверхностью плунжера, расположенной выше верхнего торца втулки, и цилиндрической поверхностью втулки, перекрывая зазор между внешней цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический толкатель, состоящий из корпуса, выполненного в виде полого цилиндра, закрытого с одного торца днищем, кольцеобразной канавки, размещенной на наружной цилиндрической поверхности корпуса, сквозного отверстия для подачи рабочей жидкости во внутреннюю полость корпуса, установленной в полости корпуса втулки, в отверстие которой с возможностью перемещения вставлен гидрокомпенсатор, включающий чашеобразный плунжер и корпус клапана, манжеты из упругодеформируемого материала, опирающийся нижним торцом на радиальный фланец втулки, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса, внешняя поверхность манжеты и внутренний торец радиального фланца направляющей втулки образуют первую камеру низкого давления; внутренняя поверхность корпуса, расположенная над манжетой, верхняя чашеобразная поверхность манжеты, выступающая над манжетой поверхность плунжера и верхняя часть наружной цилиндрической поверхности корпуса клапана образуют вторую камеру низкого давления, верхний торец манжеты с натягом прижат к внутренней поверхности корпуса гидротолкателя; в состоянии поставки внутренние камеры, кроме первой камеры низкого давления, заполнены деаэрированной рабочей жидкостью, отличающийся тем, что внутренние цилиндрические поверхности манжеты одновременно контактируют с цилиндрической поверхностью плунжера, расположенной выше верхнего торца втулки, и цилиндрической поверхностью втулки, перекрывая зазор между внешней цилиндрической поверхностью плунжера и внутренней цилиндрической поверхностью втулки. 2. Гидравлический толкатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве кольцеобразного выступа, прижимающего втулку ко второму кольцеобразному выступу на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, используется пластически деформируемый материал маслоподводящей кольцевой канавки на корпусе. 3. Гидравлический толкатель по п.1, отличающийся тем, что ось сквозного отверстия в цилиндрической части корпуса во внутренние полости гидротолкателя смещена относительно маслоподводящей кольцевой канавки в сторону днища на величину, превышающую диаметр отверстия, и маслоподводящая кольцевая канавка соединена с отверстием пазом, глубина которого меньше толщины цилиндрической стенки корпуса.