ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2013 года по МПК F01L1/32 F01L1/38 F01L3/06 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях двигателей внутреннего сгорания.

Известен газораспределительный механизм двухтактного дизеля 14Д40, используемого на тепловозах М62 (см. кн. Тепловоз М62. М.: Транспорт, 1977 г., стр.31, рис.9). Такой газораспределительный механизм состоит из четырех выхлопных клапанов на каждый цилиндр и расположен в головках цилиндров, снабженных седлами. Клапаны садятся на запрессованные в головку стальные седла. Седла представляют собой цилиндрические втулки и в рабочей зоне, где они контактируют с головкой клапана, имеют наклонную поверхность такую же, какую и головка клапана. Клапаны расположены на пути движения газов и понятно, что оказывают им известное сопротивление. В то же время клапаны, а, следовательно и их седла работают в очень тяжелых температурных условиях в области порядка 300-800°С. Более того, зона контакта головки клапана с седлом должна иметь высокую точность сопряжения, необходимую для работоспособности камеры сгорания дизеля. Однако такая точность в практике нарушается за счет того, что головка клапана и седло практически постоянно сопрягаются между собой в одном и том же месте, не имея возможности поддерживать точность сопряжения контактных поверхностей. Анализируя вышеизложенное, видно, что вопросы повышения надежности и работоспособности газораспределительных механизмов дизелей в настоящее время являются весьма актуальными.

Известен также механизм газораспределения ДВС, описанный в патенте RU 2316655. У такого механизма головки и стержни клапанов снабжены вертикально расположенными в их продольной плоскости каналами, сопряженными с поперечными отверстиями, выполненными в стержнях, через которые и проходят газы при работе ДВС. Несмотря на свою эффективность использования и этот газораспределительный механизм не позволяет сохранить точность сопряжения головок клапанов с их седлами по той же причине, которая указана в аналоге.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение надежности газораспределительных механизмов ДВС за счет создания условий по точности сопряжения головки клапанов и их седел.

Поставленная цель достигается тем, что поперечно расположенные отверстия стержней выполнены дугообразными и имеют по своей длине переменное сечение такое, что больший их диаметр сопряжен с вертикально расположенными каналами стержней, а меньший находится в зоне контакта его с направляющими втулками клапанов, причем упомянутые вертикально расположенные каналы стержней также имеют переменное сечение, плавно переходящее от цилиндрической к части однополостного гиперболоида.

На чертежах фиг.1 показана часть клапана в разрезе, а на фиг.2 - его вид по стрелке А в сечении ВВ.

Газораспределительный механизм ДВС состоит из головки 1 и стержня 2 клапана. Головка клапана 1 контактирует с седлом 3, жестко закрепленным в крышке цилиндров 4 двигателя, а стержень клапана 2 подвижно расположен в направляющей втулке 5, также жестко закрепленной в крышке цилиндров 4. Крышка цилиндров 4 снабжена полостью 6, связанной с выхлопным коллектором двигателя. В нижней части клапана, образованной головкой 1, выполнена полость 7 в виде однополостного гиперболоида, которая сопряжена с каналом 8 стержня клапана 2, имеющим цилиндрическую форму. Канал 8 стержня клапана 2 соединен с дугообразными отверстиями 9, выполненными в стенке стержня клапана 2.

Работает газораспределительный механизм следующим образом, предполагая, что он установлен, например, на двухтактном дизеле, описанном в аналоге, и выполняет функции по выпуску отработанных газов в атмосферу. В закрытом положении клапана, когда поршень дизеля совершает рабочий ход (на чертежах поршень не показан, но работа дизеля подробно описана в прототипе), головка 1 клапана плотно прижата к седлу 3, тем самым исключая проход сжимаемых поршнем газов в полость 6, связанную с выхлопным коллектором двигателя. Такое положение показано на фиг.1. В то же время часть газов попадает и в полость 7, а следовательно, в канал 8 и отверстия 9, но истекать из них в полость 6 не может, так как дугообразные отверстия 9 прикрыты направляющей втулкой 5. После завершения рабочего хода поршнем и выполнения им режима выхлопа отработанных газов клапан открывается по стрелке А и между его головкой 1 и седлом 3 образуется необходимый зазор, через который отработанные газы попадают в полость 6, а следовательно, и в выхлопной коллектор, истекая в атмосферу. Одновременно выхлопные газы проходят по стрелке С головки 1 клапана, увеличивают свою скорость и давление в полости 7 за счет выполнения ее в виде однополостного гиперболоида, затем проходят через канал 8 стержня клапана 2, попадают в дугообразное отверстия 9, еще больше увеличивая свою скорость за счет разницы их диаметра, и попадает в полость 6 выхлопного коллектора, так как они будут располагаться ниже торцевой части направляющей втулки 5. В этом случае отработанные газы, истекая в полость 6 по стрелкам Е, создадут вращающий момент Мкр, направленный по стрелке F, который и провернет в этом направлении клапан на некоторый угол. Такой поворот клапана позволит изменить положение точек соприкосновения головки 1 клапана и седла 3. После того как клапан закроется и примет положение, показанное на фиг.1, дугообразные отверстия 9 перекрываются направляющей втулкой 5 и поэтому газы попасть в полость 6 выхлопного коллектора не могут. Далее в процессе работы клапан будет постоянно получать угловые повороты в режимах выхлопа дизеля, тем самым «обновляя» контактные поверхности головки 1 клапана и его седла, что позволит постоянно поддерживать плотность их соединения, которая была получена притиркой при изготовлении указанной кинематической пары на предприятиях изготовления или ремонта дизеля. Более того, за счет наличия пустотелых полостей, выполненных в клапане (позиции 7, 8 и 9), термонапряженность его будет более низкой, так как последние окажут существенное влияние на повышение его теплопроводности.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения в сравнении с известными конструкциями очевидна, так как повышается надежность и эффективность использования кинематической пары клапан-седло.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Газораспределительный механизм ДВС содержит клапаны с головками и стержнями, подвижно расположенными в направляющих втулках головки блока цилиндров ДВС. В стержнях выполнены продольные вертикально расположенные каналы и поперечно расположенные отверстия. Поперечно расположенные отверстия выполнены дугообразными и имеют по своей длине переменное сечение. Большие диаметры отверстий сопряжены с вертикально расположенными каналами, а меньшие диаметры находятся в зоне контакта с направляющими втулками клапанов. Вертикально расположенные каналы стержней имеют переменное сечение, плавно переходящее от цилиндрического к части однополостного гиперболоида. Технический результат заключается в повышении надежности газораспределительных механизмов ДВС. 2 ил.

Газораспределительный механизм, содержащий клапаны с головками и стержнями, с продольными и поперечными каналами и отверстиями, подвижно расположенными в направляющих втулках головки цилиндров двигателя, отличающийся тем, что поперечно расположенные отверстия стержней выполнены дугообразными и имеют по своей длине переменное сечение такое, что больший их диаметр сопряжен с вертикально расположенными каналами стержней, а меньший находится в зоне контакта его с направляющими втулками клапанов, причем упомянутые вертикально расположенные каналы стержней также имеют переменное сечение, плавно переходящее от цилиндрического к части однополостного гиперболоида.