Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к распределительным механизмам клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является возможность изменения фаз газораспределения и хода газораспределительных клапанов при работе двигателя на различных режимах. Указанный технический результат достигается тем, что в механизме управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащем полый цилиндр с днищем, подпружиненный плунжер, частично входящий в цилиндр с возможностью перемещения и образующий с цилиндром рабочую полость, поршень, размещенный в рабочей полости и образующий подпоршневую и надпоршневую полости, подводящий, сливной и демпфирующий каналы, обратный клапан, дроссель, причем подводящий канал выполнен в днище цилиндра и сообщает подпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а с окружающей средой сообщены подпоршневая полость через сливной и надпоршневая полость через демпфирующий каналы, обратный клапан размещен в подводящем, а дроссель - в сливном канале, дополнительно выполнен в плунжере питающий канал, сообщающий надпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а демпфирующий канал выполнен с переменным по длине сечением. Кроме того, в демпфирующем канале может быть установлен термоэлемент, имеющий возможность его частичного перекрытия, термоэлемент может быть установлен также и в питающем канале. Выполнение демпфирующего канала возможно в плунжере либо в стенке цилиндра. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к распределительным механизмам клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Известно устройство для управления клапаном механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащее полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, питающий клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в полости цилиндра с возможностью перемещения, наконечник, выполненный в виде стакана с днищем и скрепленный с цилиндром, подпружиненный поршень, размещенный внутри наконечника и образующий надпоршневую и подпоршневую полости, упор, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца (RU, патент N 2074966, кл. F 01 L 1/14, 1997 г.).

Недостатком устройства является невозможность изменения фаз газораспределения и хода газораспределительных клапанов в зависимости от режима работы двигателя.

Известно устройство, обеспечивающее ступенчатое регулирование хода клапана, содержащее гидравлический цилиндр разборной конструкции, состоящий из двух корпусов, перегородку, фиксаторы, основную и дополнительную рабочие полости с частично размещенными в них подпружиненными штоками, ограничители хода штоков, выполненные в виде пружинных колец, подводящие каналы с обратными клапанами, отводящие каналы, образованные зазорами между рабочими полостями цилиндра и штоками. Ступенчатое регулирование хода клапана обеспечивается заполнением управляющим маслом одной из полостей либо обеих полостей одновременно (SU, авторское свидетельство N 1493801, кл. F 02 B 13/02, 1989 г.).

Недостатком устройства является повышенная механическая напряженность из-за ударов штоков о перегородку при прекращении подачи управляющего масла в полости, а также низкое быстродействие, т.к. слив управляющего масла при прекращении его подачи осуществляется только по технологическим зазорам в паре цилиндр-шток.

Известно устройство управления клапаном механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, принятое за прототип, содержащее полый цилиндр с днищем (наконечником), подводящий, демпфирующий (продольные прорези в плунжере-штоке) и сливной каналы, обратный клапан в подводящем канале, подпружиненный плунжер (шток), частично входящий в цилиндр с возможностью перемещения и образующий с цилиндром рабочую полость, подпружиненный поршень, кольцевую выточку и упор (упорное кольцо). Ускоренное отключение привода осуществляется путем опорожнения от масла внутренней полости цилиндра через дополнительные сливные каналы, которые могут перекрываться боковой поверхностью поршня, выполняющего роль золотника (SU, авторское свидетельство N 1301991, кл. F 01 L 1/14, 1987 г.).

Недостатком известного устройства является невозможность изменения фаз газораспределения и хода газораспределительных клапанов в зависимости от режима работы двигателя.

Техническим результатом изобретения является возможность изменения фаз газораспределения и хода газораспределительных клапанов при работе двигателя на различных режимах.

Указанный технический результат достигается тем, что в механизме управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащем полый цилиндр с днищем, подпружиненный плунжер, частично входящий в цилиндр с возможностью перемещения и образующий с цилиндром рабочую полость, поршень, размещенный в рабочей полости и образующий подпоршневую и надпоршневую полости, подводящий, сливной и демпфирующий каналы, обратный клапан, дроссель, причем подводящий канал выполнен в днище цилиндра и сообщает подпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а с окружающей средой сообщены: подпоршневая полость - через сливной и надпоршневая полость - через демпфирующий каналы, обратный клапан размещен в подводящем, а дроссель - в сливном канале, дополнительно выполнен в плунжере питающий канал, сообщающий надпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а демпфирующий канал выполнен с переменным по длине сечением.

Кроме того, в демпфирующем канале может быть установлен термоэлемент, имеющий возможность его частичного перекрытия. Термоэлемент может быть установлен также и в питающем канале. Выполнение демпфирующего канала возможно в плунжере либо в стенке цилиндра.

На фиг. 1 приведен механизм в разрезе, на фиг. 2, 3 и 4 - варианты выполнения механизма (фрагменты), на фиг. 5 - схема включения механизма в привод клапана газораспределения двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 6 - диаграммы хода клапанов газораспределения.

Полый цилиндр 1 (фиг. 1) с днищем 2 и подпружиненным плунжером 3, частично входящим с возможностью перемещения в цилиндр 1, образуют рабочую полость 4. Поршень 5 размещен в рабочей полости 4 и образует подпоршневую 6 и надпоршневую 7 полости. В днище 2 выполнен подводящий канал 8 с размещенным в нем обратным клапаном 9. В цилиндре выполнен сливной канал 10 с размещенным в нем дросселем 11. В плунжере 3 выполнены демпфирующий 12 и питающий 13 каналы. Демпфирующий канал 12 выполнен с переменным по длине сечением, причем сужение демпфирующего канала 12 выполнено в сторону, противоположную рабочей полости 4. Подводящий 8 и питающий 13 каналы сообщены (фиг. 5) с источником давления рабочей жидкости 14 (масла).

В варианте, изображенном на фиг. 2, в месте сужения демпфирующего канала 12 установлен термоэлемент 15, имеющий возможность его частичного перекрытия.

В варианте, изображенном на фиг. 3, термоэлемент 15 установлен также и в питающем канале 13.

В варианте, изображенном на фиг. 4, демпфирующий канал 12 выполнен в стенке цилиндра 1, а сужение демпфирующего канала 12 выполнено в сторону рабочей полости 4.

Выполнение демпфирующего канала 12 в плунжере 3 либо в стенке цилиндра 1 зависит от выбора конструктивных параметров при проектировании механизма управления клапаном газораспределения, например, от диаметра плунжера 3, от толщины стенки цилиндра 1.

Изменение направления сужения демпфирующего канала 12 связано с выполнением основной задачи этого сужения, заключающейся в обеспечении постепенного уменьшения расхода масла через демпфирующий канал 12 при приближении плунжера 3 к поршню 5, что способствует их безударному соприкосновению.

Механизм является промежуточным звеном (штангой) привода (фиг. 5) газораспределительного клапана и служит для передачи возвратно-поступательного движения от кулачка 16 через рычаг 17, плунжер 3, цилиндр 1, рычаг 18 к клапану газораспределения 19 цилиндра 20 двигателя внутреннего сгорания. Источник давления рабочей жидкости (насос) 14 сообщен напорной магистралью 21 через вентиль 22 с управляющими магистралями 23 и 24.

На фиг. 6 изображены диаграммы хода клапанов газораспределения с исходными фазами газораспределения (штриховая линия) и с измененными фазами (сплошная линия), где h_кл - ход клапана газораспределения, - угол поворота коленчатого вала, ВМТ - верхняя мертвая точка, НМТ - нижняя мертвая точка.

Механизм работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг. 1, фиг. 5) рабочая жидкость (масло) от источника давления рабочей жидкости 14 поступает в питающий канал 13 и заполняет надпоршневую полость 7. В подводящем канале 8 и подпоршневой полости 6 давление рабочей жидкости отсутствует, обратный клапан 9 закрыт, поршень 5 находится в крайнем левом положении. При перемещении плунжер 3 до соприкосновения с поршнем 5 имеет свободный ход, приводящий к сокращению времени открытого положения клапана и уменьшению его хода. При этом масло из надпоршневой полости 7 выдавливается по выполненному в плунжере 3 демпфирующему каналу 12 в окружающую среду. Сужение демпфирующего канала 12, выполненное в сторону, противоположную рабочей полости 4, приводит к постепенному уменьшению расхода масла через него и способствует мягкому, безударному соприкосновению плунжера 3 с поршнем 5.

При сообщении подводящего канала 8 с источником давления рабочей жидкости 14 масло открывает обратный клапан 9 и поступает в подпоршневую полость 6. При этом поршень 5 перемещается в крайнее правое положение. При заполнении подпоршневой полости 6 рабочей жидкостью давления в ней и подводящем канале 8 сравниваются, обратный клапан 9 возвращается в исходное положение, перекрывая подводящий канал 8. Таким образом пара цилиндр-плунжер остается в раздвинутом состоянии и способна передавать осевые циклические усилия. Некоторое стравливание рабочей жидкости через сливной канал 10 с расположенным в нем дросселем 11 (функции которого могут выполнять технологические зазоры в трущихся парах) компенсируется пополнением необходимого количества рабочей жидкости из подводящего канала 8. Пополнение осуществляется в периоды, когда через механизм не передается усилие.

При возвращении в исходное состояние с источником давления рабочей жидкости 14 сообщается питающий канал 13. Масло выдавливается из подпоршневой полости 6 через сливной канал 10 и дроссель 11. При этом поршень 5 перемещается в крайнее левое положение, и система приобретает первоначальный вид.

Варианты механизма, изображенные на фиг. 2, 3 и 4, работают аналогичным образом. Так, например, термоэлемент 15 (фиг. 2) установлен в демпфирующем канале 12 и изменяет степень сужения проходного сечения демпфирующего канала 12 в зависимости от температуры проходящего по нему масла. Так, при низкой температуре масла проходное сечение демпфирующего канала 12 максимально, а по мере прогрева двигателя и масла проходное сечение демпфирующего канала 12 постепенно уменьшается до минимального значения. Расположение термоэлемента 15 также и в питающем канале 13 (фиг. 3) способствует интенсификации теплообмена между термоэлементом 15 и маслом при изменении температурного режима работы двигателя.

Выполнение демпфирующего канала 12 в стенке цилиндра 1 (фиг. 4), при котором сужение демпфирующего канала 12 направлено в сторону рабочей полости 4, является конструктивным вариантом и работает аналогично работе варианта с выполнением демпфирующего канала 12 в поршне 3, при котором сужение демпфирующего канала 12 выполнено в сторону, противоположную рабочей полости 4.

При установке вентиля 22 (фиг. 5) в исходное положение, масло от насоса 14 по напорной магистрали 21 поступает в управляющую магистраль 23. При этом клапан 19 газораспределения работает с исходными, сокращенными (штриховая линия) (фиг. 6) фазами газораспределения. При переключении вентиля 22 (фиг. 5) масло от насоса 14 по напорной магистрали 21 поступает в управляющую магистраль 24, и клапан 19 газораспределения в этом случае работает с измененными, увеличенными (сплошная линия) (фиг. 6) фазами газораспределения.

Таким образом, предлагаемый механизм обеспечивает двухрежимную работу клапана газораспределения, которая может быть использована для работы как впускных, так и выпускных клапанов с различными фазами газораспределения.

В настоящее время ведется разработка данного механизма применительно к двигателям типа ЧН26/26.

Формула изобретения

1. Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндр с днищем, подпружиненный плунжер, частично входящий в цилиндр с возможностью перемещения и образующий с цилиндром рабочую полость, поршень, размещенный в рабочей полости и образующий подпоршневую и надпоршневую полости, подводящий, сливной и демпфирующий каналы, обратный клапан, дроссель, причем подводящий канал выполнен в днище цилиндра и сообщает подпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а с окружающей средой сообщены подпоршневая полость через сливной и надпоршневая полость через демпфирующий каналы, обратный клапан размещен в подводящем, а дроссель - в сливном канале, отличающийся тем, что в плунжере выполнен питающий канал, сообщающий надпоршневую полость с источником давления рабочей жидкости, а демпфирующий канал выполнен с переменным по длине сечением.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что в демпфирующем канале установлен термоэлемент, имеющий возможность частично перекрывать демпфирующий канал.

3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что демпфирующий канал выполнен в плунжере.

4. Механизм по пп.1 - 3, отличающийся тем, что сужение демпфирующего канала выполнено в сторону, противоположную рабочей полости.

5. Механизм по пп.1 - 4, отличающийся тем, что термоэлемент установлен также и в питающем канале.

6. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что демпфирующий канал выполнен в стенке цилиндра.

7. Механизм по пп.1, 2 и 6, отличающийся тем, что сужение демпфирующего канала выполнено в сторону рабочей полости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6