ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТОЛКАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F01L1/24 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в механизмах газораспределения для автоматической компенсации зазоров в клапанах.

Известен саморегулирующий толкатель гидравлического клапана, содержащего чашеобразный корпус, полая цилиндрическая стенка которого закрыта с одного конца днищем, с наружной стороны к которому примыкает управляющий кулачок, направляющую втулку, один конец которой обращен в сторону днища, а второй - к центральной части диска, периферийная поверхность которого граничит с цилиндрической стенкой корпуса, элемент компенсации зазора в виде плунжерной пары с обратным клапаном (см. патент США №4951619, кл. F 01 L 1/24, 1990).

Известно гидравлическое устройство для компенсации зазоров в клапанном механизме двигателя внутреннего сгорания (см. патент США №4876997, Н кл. 123/90.52, 123/90.55, 1989), содержащее корпус, диафрагму с основанием и цилиндрическим выступом, направляющую втулку, подвижный гидроцилиндр, распорную пружину, плунжер с маслоподающим и обратным клапаном.

В обоих случаях корпуса вышеназванных гидравлических толкателей жестко сопряжены с направляющими втулками методом холодного выдавливания металла с последующим обжимом.

Общеизвестно, что метод холодного деформирования применяется на мягких отожженных сталях и связан с большими механическими деформациями. Поэтому для получения необходимой точности и износостойкости рабочих поверхностей корпуса необходимо после обжима сначала произвести химико-термическую обработку (например, цементацию, азотирование), а потом механическую обработку (например, шлифование). Образующуюся полость между корпусом и направляющей втулкой после их жесткого соединения практически невозможно полностью очистить от окалины, продуктов износа шлифовального круга и микрочастиц срезанного металла. В процессе работы эти твердые частицы вместе с маслом могут попасть во внутреннюю полость плунжерной пары и привести к нарушению работоспособности гидравлического толкателя.

Известен гидравлический толкатель, состоящий из чашеобразного корпуса, имеющего трубообразную наружную стенку, замыкаемую с одного конца днищем и в отверстии которой неподвижно укреплена цилиндрическая направляющая втулка, переходящая вблизи днища в воронкообразную кольцевую шайбу, сопряженную в нижней части с направляющей цилиндрической трубой, в отверстии которой размещен гидрокомпенсатор, состоящий из колпачка и поршня, ограничивающих камеру высокого давления с обратным клапаном (см. патент DE №3500425, кл. F 01 L 1/24, 1986).

Известен также гидравлический толкатель, содержащий корпус в виде полого цилиндра, закрытого с одного конца дном, взаимодействующим с управляющим кулачком распределительного вала, закрепленную в корпусе тонкостенную втулку, опирающуюся на дно корпуса и состоящую из наружного цилиндра, внутреннего направляющего цилиндра, в котором размещен подвижный гидрокомпенсатор и соединяющей эти цилиндры конической части (см. патент RU 2179641, кл. F 01 L 1/25, бюллетень №5, 20.02.2002).

В обоих приведенных выше патентах жесткое закрепление направляющих втулок в корпусах выполнено посредством сварки.

Известно, что любой вид сварки связан с усадкой расплавленного металла и образованием сварочных напряжений. Эти напряжения приводят к деформациям свариваемых элементов, величина которых зависит от глубины проплавления и метода сварки. Таким образом, эта конструкция позволяет исключить механическую обработку при использовании, например, лазерной сварки со всеми вытекающими недостатками.

Однако использование дорогостоящего оборудования лазерной сварки, во-первых, приводит к удорожанию изделия и, во-вторых, не снимает проблему сварочных деформаций рабочих поверхностей корпуса и направляющей втулки. Искажение геометрии сопряженных поверхностей указанных деталей приводит к ухудшению работоспособности гидравлического устройства в целом.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных конструктивно-технологических признаков является гидравлический толкатель, состоящий из чашеобразного корпуса, имеющего трубообразную наружную стенку, замыкаемую с одной стороны днищем и в отверстии которой неподвижно укреплена направляющая втулка, выполненная в виде наружного и внутреннего цилиндров и соединяющей эти цилиндры воронкообразной кольцевой шайбы, гидрокомпенсатора, размещенного во внутреннем цилиндре и состоящего из колпачка и поршня, ограничивающих камеру высокого давления с обратным клапаном (см. патент RU 2171383, кл. F 01 L 1/24, бюллетень №21, 27.07.2001).

Указанный гидравлический толкатель обладает недостатком, заключающимся в том, что кроме конструктивно-технологической сложности направляющей втулки, приводящей к увеличению массы гидравлического толкателя и его инерционных сил, неподвижное закрепление направляющей втулки путем ее установки в корпус с осевым натягом и последующей радиально направленной наружу завальцовки кольцевой задней кромки в паз 10 корпуса 1 неизбежно вызывает изменение (“разбухание”) посадочных размеров и нарушение геометрии наружной поверхности корпуса. Применение в этом случае окончательной механической обработки корпуса, например путем шлифования, повторяет недостатки описанных выше аналогов США со всеми вытекающими из этого последствиями.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности гидравлического толкателя, упрощение конструкции и технологии изготовления.

Поставленная задача решается тем, что гидравлический толкатель, состоящий из чашеобразного корпуса, имеющего трубообразную наружную стенку, замыкаемую с одной стороны днищем и в отверстии которой неподвижно укреплена направляющая втулка, образующая с днищем корпуса кольцеобразный масляный резервуар и в отверстии которой размещен гидрокомпенсатор в виде колпачка и поршня, ограничивающих камеру высокого давления с обратным клапаном, согласно изобретению корпус выполнен за одно целое с направляющей втулкой, которая со стороны, противоположной днищу корпуса, имеет контактирующий с соответствующими поверхностями внутренней проточки корпуса цилиндрический поясок с конической фаской, выполненной с вершиной конуса 60° и обращенной в сторону взаимодействия гидротолкателя со стержнем клапана, при этом на торцовом участке в корпусе, соседнем с цилиндрическим пояском направляющей втулки, выполнено концентрично расположенное углубление с образованием кольцевого уступа с конической поверхностью, обращенной в сторону внутренней проточки корпуса, упомянутое углубление в сечении имеет форму прямоугольного треугольника, меньший катет которого перпендикулярен оси вращения корпуса, а гипотенуза составляет угол 30° к этой оси, причем диаметры углубления и внутренней проточки в корпусе выбраны в соответствии с соотношением

D_у/D_п=1,05...1,06,

где D_y - диаметр углубления, D_п - диаметр проточки в корпусе, при этом жесткое соединение направляющей втулки с корпусом выполнено путем сплошной радиально направленной внутрь завальцовки кольцевого уступа корпуса, а направляющая втулка между пластически деформированным участком корпуса не имеет зазора в любом направлении.

Такое техническое решение позволяет упростить конструкцию и технологию жесткого соединения направляющей втулки с корпусом гидравлического толкателя без искажения наружных размеров и микрогеометрии после проведения финишных операций механической обработки (шлифование и т.п.)

На фиг.1 показан общий вид, разрез гидравлического толкателя.

На фиг.2 - место А на фиг.1 - узел жесткого соединения направляющей втулки 4 с корпусом 3 с геометрическими параметрами до и после завальцовки втулки.

Гидравлический толкатель (фиг.1) установлен в цилиндрической расточке 1 корпуса 2 головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания и состоит из корпуса 3, имеющего трубообразную наружную стенку, замыкаемую с одной стороны днищем и в отверстии которой неподвижно укреплена направляющая втулка 4, образующая с днищем корпуса кольцеобразный масляный резервуар 5. В отверстии направляющей втулки 4 размещен гидрокомпенсатор 6 в виде колпачка 7 и поршня 8, ограничивающих камеру высокого давления 9 с обратным клапаном 10.

Направляющая втулка 4 со стороны, противоположной днищу корпуса 3, имеет контактирующий с соответствующими поверхностями внутренней проточки 11 корпуса 3 (фиг.2) цилиндрический поясок 12 с конической фаской 13, обращенной в сторону взаимодействия гидротолкателя (колпачка 7) со стержнем клапана 14, на торцовом участке 15 корпуса 3 выполнено концентрично расположенное углубление 16 с образованием кольцевого уступа 17 с конической поверхностью 18, обращенной в сторону внутренней проточки 11.

Гидравлический толкатель работает следующим образом

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания масло из системы смазки поступает во внутренние полости гидравлического толкателя. После заполнения обратный клапан 10 закрывается и перекрывает выход масла из камеры высокого давления 9. В процессе передачи усилия в камере 9 происходит повышение давления. Масло, заключенное в замкнутом объеме, вследствие своей практической несжимаемости работает как жесткое звено, передавая усилие через подвижный колпачок 7 на шток клапана механизма газораспределения.

Предложенное конструктивное решение жесткого соединения направляющей втулки с корпусом путем сплошной радиально направленной внутрь завальцовки обеспечило чистоту внутренних полостей и минимальную деформацию подвижно сопряженных элементов, повысило технологичность производства и в целом эффективность и надежность работы гидравлического толкателя в течение заданного ресурса, что подтверждается проведенными испытаниями и опытом эксплуатации.

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить надежность механизма газораспределения двигателя, упростить конструкцию и технологию изготовления гидравлического толкателя. Гидравлический толкатель состоит из чашеобразного корпуса, имеющего наружную стенку и днище, в котором неподвижно укреплена направляющая втулка и размещен гидрокомпенсатор в виде колпачка и поршня. Корпус выполнен за одно целое с направляющей втулкой, которая имеет цилиндрический поясок с конической фаской, выполненной с вершиной конуса 60°. При этом на торцовом участке в корпусе, соседним с цилиндрическим пояском направляющей втулки, выполнено концентрично расположенное углубление с образованием кольцевого уступа с конической поверхностью. Упомянутое углубление в сечении имеет форму прямоугольного треугольника, меньший катет которого перпендикулярен оси вращения корпуса, а гипотенуза составляет угол 30° к этой оси. Жесткое соединение направляющей втулки с корпусом выполнено путем сплошной, радиально направленной во внутрь завальцовки кольцевого уступа корпуса, а направляющая втулка между пластически деформированным участком корпуса не имеет зазора в любом направлении. 2 ил.

Гидравлический толкатель, состоящий из чашеобразного корпуса, имеющего трубообразную наружную стенку, замыкаемую с одной стороны днищем и в отверстии которой неподвижно укреплена направляющая втулка, образующая с днищем корпуса кольцеобразный масляный резервуар и в отверстии которой размещен гидрокомпенсатор в виде колпачка и поршня, ограничивающих камеру высокого давления с обратным клапаном, отличающийся тем, что корпус выполнен за одно целое с направляющей втулкой, которая со стороны, противоположной днищу корпуса, имеет контактирующий с соответствующими поверхностями внутренней проточки корпуса цилиндрический поясок с конической фаской, выполненной с вершиной конуса 60° и обращенной в сторону взаимодействия гидротолкателя со стержнем клапана, при этом на торцовом участке в корпусе, соседним с цилиндрическим пояском направляющей втулки, выполнено концентрично расположенное углубление с образованием кольцевого уступа с конической поверхностью, обращенной в сторону внутренней проточки корпуса, упомянутое углубление в сечении имеет форму прямоугольного треугольника, меньший катет которого перпендикулярен оси вращения корпуса, а гипотенуза составляет угол 30° к этой оси, причем диаметры углубления и внутренней проточки в корпусе выбраны в соответствии с соотношением

D_y/D_п=1,05...1,06,

где D_y - диаметр углубления;

D_п - диаметр проточки в корпусе,

при этом жесткое соединение направляющей втулки с корпусом выполнено путем сплошной, радиально направленной во внутрь, завальцовки кольцевого уступа корпуса, а направляющая втулка между пластически деформированным участком корпуса не имеет зазора в любом направлении.