Устройство для регулировки фаз газораспределения

 

Применение: в области двигателестроения и может быть использовано на четырехтактных двигателях с приводом клапанов ГРМ через коромысла (ВАЗ-2101. ..07). Сущность изобретения: в устройстве для регулировки фаз газораспределения, состоящем из корпуса, втулки, подпружиненного штока с запорным клапаном, согласно изобретению кромки штока выполнены скругленными, а в области высокого давления дополнительно установлены мембрана и упругий элемент-заполнитель. Достигаемый технический результат: данная конструкция гидроопор коромысел клапанов ДВС позволяет использовать распредвалы с "широкими" фазами газораспределения для получения большей мощности на высоких оборотах двигателя без ухудшения параметров двигателя на холостом ходу. Фазы газораспределения и подъем клапанов регулируются плавно с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя (точнее, давления масла в системе смазки) за счет податливости штока гидроопоры (гидрокомпенсатора) на малых оборотах и его неподвижности на высоких. Устройство самонастраивается под конкретные размеры деталей ГРМ, независимо от их износа и теплового расширения, а также вязкостных характеристик масла. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использована на четырехтактных двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в частности на двигателях с приводом клапанов через коромысла (ВАЗ 2101...07).

Известен герметично закрытый гидравлический компенсатор зазора (заявка Японии N 3-50085, F 01 L 1/24, ИСМ N 12, 92 г., B-64, стр. 24), состоящий из корпуса, плунжера, запорного клапана и диафрагмы, а также легко сжимающихся упругих элементов, размещенных в области низкого давления для компенсации объема масла и герметизации.

Данное устройство не имеет возможности плавной регулировки фаз газораспределения (ФГР).

Известно устройство для изменения ФГР в процессе работы двигателя (Свидетельство на полезную модель N 5211 от 16 октября 1997 г.), состоящее из корпуса, втулки, подпружиненного штока с запорным клапаном и дополнительным дренажным отверстием, которое может быть перекрыто плавающей подпружиненной шайбой в различные моменты времени в зависимости от давления масла в магистрали смазки двигателя.

Недостатком этого устройства является необходимость установки первоначального положения плавающей шайбы с помощью регулировочных шайб для каждого клапана в отдельности, т.к. имеется большой разброс технологических допусков на изготовление деталей клапанного механизма. Все это приводит к увеличению трудоемкости сборки двигателей с такими устройствами, особенно в условиях конвейерного производства.

Известно устройство для компенсации зазоров клапанов (заявка Германии N 3935027, ИСМ вып. 64, N 4, 1992 г., стр. 22), состоящее из корпуса, втулки, главного подпружиненного штока с запорным клапаном и дополнительного поршня с пружиной, сжатие которой ограничено концевым упором на втулке для дополни тельного поршня (прототип).

Недостатком данного устройства является необходимость обеспечения особой точности изготовления дополнительного поршня в виду возможной разгерметизации области высокого давления, а также его возможный перекос и наличие стука об упор.

Поставлена задача создать устройство для изменения ФГР, не зависящее от вязкостных характеристик масла, с целью унификации деталей, упрощения конструкции и обеспечения герметичности области высокого давления.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для регулировки ФГР, состоящем из корпуса, втулки, подпружиненного штока с запорным клапаном согласно изобретению кромки штока выполнены скругленными, а в области высокого давления дополнительно установлена мембрана и упругий элемент-заполнитель.

При этом мембрана выполнена в виде пакета, а легко сжимающийся упругий элемент заполняет весь рабочий объем; рабочая область ограничена мембраной и формообразующим донышком и сообщается с внешней средой.

Данное устройство представлено на фиг. 1, 2.

Устройство для регулировки ФГР состоит из втулки 1, которая установлена в корпус двигателя 2. Через эластичную герметизирующую прокладку 3 к корпусу двигателя 2 прижат корпус 4 устройства для регулировки ФГР за счет передачи усилия от втулки 1 через уплотнительное кольцо 5 и стопорную пластину 6. Внутри втулки 1 размещен шток 7 с шаровой опорой под рокер газораспределительного механизма (не показан). Нижние кромки штока 7 имеют скругленные кромки для устранения заклинивания.

Запорный шарик 8 поджат к седлу клапана на уступе штока 7 пружинкой 9, опирающейся на стаканчик 10, который в свою очередь прижат к уступу штока 7 силовой пружиной 11. В совокупности запорный шарик 8, пружинка 9 и стаканчик 10 вместе образуют запорный клапан, хотя его конструкция может быть и любой другой.

Уплотнитель 12 герметизирует область высокого давления в стыке между втулкой 1 и мембраной 13, которая в свою очередь поджата к донышку 14, а также уплотнитель 12 амортизирует посадку штока 7 на мембрану 13. Мембрана 13 необходима для создания и регулирования рабочего объема между ней и донышком 14, что достигается первоначальной ее деформацией и изготовлением, например, в виде пакета мембран. Рабочий объем может быть заполнен маслом и(или) легко сжимающимися упругими элементами. Донышко 14 имеет отверстия и сообщается с внешней средой через масло-подводящее отверстие в корпусе двигателя 2 и жиклер 15, который может быть нужен для создания гидравлического сопротивления посадке мембраны 13 на донышко 14. Маслоподводящее отверстие выполнено таким образом, чтобы обеспечивать надежный доступ масла в рабочую область, т.е. сообщается с системой смазки двигателя (через дополнительные трубочки аналогично корпусу 4 устройства) либо просверлено в углублении головки блока, и его объем по крайней мере равен объему вытесняемого масла из рабочей области. Заполнитель 16 располагается в рабочей области между мембраной 13 и донышком 14 для коррекции данного объема, амортизации стука и создания дополнительного упругого усилия. Заполнитель 16 может занимать весь рабочий объем, если он будет выполнен в виде легко сжимающихся упругих элементов. В случае обеспечения рабочего объема технологией сверления отверстия в корпусе двигателя 2 под втулку 1, то надобность в донышке 14 отпадает.

Необходимость в формообразующем донышке 13 может быть обусловлена: а) строгим обеспечением величины утопания h_шт штока 7 устройства (и пропорционального ему снижения подъема клапана ГРМ), которое определяется из соотношения h_шт= V_раб/r², где r - радиус штока 7; V_раб - объем, ограниченный мембраной 13 и формообразующим донышком 14. Таким образом, упрощается модернизация устройства под различные виды двигателей, распределительных валов и др., когда варьируемым элементом является только формообразующее донышко 14; б) технологией изготовления формообразующего донышка 14 вместе с заполнителем 16, а так же его удержанием в заданном объеме, чтобы не допустить попадания заполнителя 16 в систему смазки двигателя и перекрытия маслоподводящего отверстия; в) оптимизацией прогиба мембраны 13 без критических точек пластической деформации.

Маслоподводящее отверстие служит для обеспечения надежного доступа масла в рабочую область и поддержания разности давлений в рабочей области и области высокого давления для де формирования мембраны 13. Чтобы самортизировать посадку мембраны 13 на дно рабочей области и тем самым снизить ее износ и производимый шум предусмотрен жиклер 15, который будет также необходим в случае разгерметизации области высокого давления для создания сопротивления проистекающему маслу.

Работа устройства для регулировки ФГР основана на изменении давления масла в системе смазки двигателя от 0,5 атм при запуске до 3..4,5 атм при максимальных оборотах коленчатого вала двигателя, а также на изменении абсолютных скоростей движения механизмов.

Давление масла подводится от системы смазки распределительного вала через трубочки (не показаны) и отверстия в корпусе устройства 4. Далее через отверстия во втулке 1 и штоке 7 масло подается во внутреннюю полость штока 7, которая при закрытом запорном шарике 8 разделяется на области высокого и низкого давления.

При неработающем двигателе шток 7 садится на дно втулки 1, упираясь через уплотнитель 12 и мембрану 13 в донышко 14 (причем скругленные кромки штока 7 не вызывают необратимых деформаций этих деталей), под действием возвратных пружин клапана газораспределительного механизма (ГРМ) (не показаны), если соответствующий кулачок распределительного вала удерживает клапан ГРМ в открытом состоянии. Благодаря этому снижается усадка и увеличивается ресурс возвратных пружин ГРМ.

На фиг.2 показана ситуация при запуске двигателя, когда клапаны ГРМ начинают совершать возвратно-поступательные движения, силовая пружина 11 и давление масла все время поджимают шток 7 к рокеру ГРМ, тем самым обеспечивая беззазорную работу клапанного механизма. Давление масла в магистрали частично разгружает усилие мембраны 13 и уменьшает рабочий объем между мембраной 13 и донышком 14 до расчетного значения. Усилие возвратных пружин клапана ГРМ через плечо рокера передается на шаровую опору штока 7. Преодолевая сопротивление силовой пружины 11, мембраны 13, заполнителя 16 и гидравлических потерь на трение перетекающего масла из одной полости в другую, шток 7 начинает двигаться вниз. Мембрана 13 почти бесшумно деформируется до облегания донышка 14 и заполнителя 16, и шток 7 останавливается.

После этого клапан ГРМ совершает рабочий ход, но уже по "урезанной" на 0,2. . . 1 мм развертке кулачка (податливость штока 7 составляет 0,5...2 мм, что регулируется рабочим объемом между мембраной 13 и донышком 14), тем самым сужаются фазы газораспределения. Благодаря чему можно использовать распределительный вал с "широкими" фазами без каких-либо отрицательных последствий на экономичность и экологичность двигателя при небольших оборотах коленчатого вала, а при максимальных - увеличить мощность на 15...20%.

Затем силовая пружина 11 и давление масла в магистрали снова поднимают шток 7 и рокер ГРМ до первоначального положения, а разность давления масла в полостях штока открывает запорный шарик 8. Причем, если запасенная мембраной 13 и заполнителем 16 потенциальная энергия больше, чем давление масла, то часть его вытесняется в область низкого давления штока 7 через зазоры между втулкой 1 и штоком 7. В противном случае масло заполняет свободный объем области высокого давления.

С ростом оборотов коленчатого вала двигателя увеличивается давление в системе смазки. В результате область высокого давления увеличивается, а рабочий объем между мембраной 13 и донышком 14 соответственно уменьшается. При этом утопание штока 7 плавно уменьшается, а ход клапана ГРМ возрастает, чем и достигается изменение фаз газораспределения, т.е. увеличение открытого состояния клапана ГРМ с ростом оборотов коленчатого вала двигателя вне зависимости от вязкостных характеристик масла.

При достижении оборотов и давления масла, близких к максимальным, мембрана 13 (под действием этого давления) практически полностью облегает донышко 14 и заполнитель 16. Шток 7 стоит "жестко", и клапан ГРМ "отрабатывает" всю развертку кулачка. Таким образом достигается расширение ФГР по оптимальному закону, увеличиваются мощность, крутящий момент и экономичность двигателя. Благодаря беззазорной работе ГРМ, его ресурс не снижается, однако в виду гидравлической податливости исключена возможность "запирания" клапана ГРМ. Причем устройство самонастраивается после установки на двигатель под конкретные размеры деталей ГРМ, независимо от их относительного расширения и износа, а также вязкостных характеристик масла. Первоначальная регулировка достигается за счет введения заполнителя 16 при сборке самого устройства в зависимости от жесткости силовой пружины 11 и мембраны 13. Последующая настройка параметров устройства под изменившиеся характеристики эксплуатации возможна удалением (добавлением) части (или всего) заполнителя 16. Благодаря использованию мембраны 13 исключены перекосы и разгерметизация области высокого давления.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования фаз газораспределения (ФГР), состоящее из корпуса, втулки, подпружиненного штока с запорным клапаном, отличающееся тем, что кромки штока выполнены скругленными, а в области высокого давления дополнительно установлены мембрана и упругий элемент-заполнитель.

2. Устройство для регулирования ФГР по п.1, отличающееся тем, что мембрана выполнена в виде пакета, а легко сжимающийся упругий элемент заполняет весь рабочий объем.

3. Устройство для регулирования ФГР по пп.1 и 2, отличающееся тем, что рабочая область ограничена мембраной и формообразующим донышком.

4. Устройство для регулирования ФГР по пп.1 - 3, отличающееся тем, что рабочая область сообщается с внешней средой через жиклер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2