клапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Клапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку цилиндра с впускным и выпускным каналами, цилиндрической втулкой и седлом клапана, соосно расположенные наружный выпускной и внутренний впускной клапаны с приводом посредством рычагов, нажимного колпачка и возвратных пружин, при этом корпус наружного выпускного клапана снабжен разделительной перегородкой, отличающийся тем, что пружины клапана объединены в единую группу, действующую как одна пружина, между рычагами с внутренней стороны нажимного колпачка размещен упругий элемент, выпускной клапан выполнен из материала меньшей плотности по отношению к впускному клапану, а нижняя зона разделительной перегородки снабжена вентиляционным каналом, с обеих сторон сообщенным с выпускным каналом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроению.

Известны механизмы газораспределения поршневых двигателей внутреннего сгорания с соосным расположением клапанов (пат. США N 4539950, авт. св. СССР N 1574846).

Известен механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания (авт. св. СССР N 1760137, кл. F 01 L 1/28, 1992), содержащий головку цилиндра с впускным и выпускным каналами, цилиндрической втулкой и седлом клапана, соосно расположенные наружный выпускной и внутренний впускной клапаны с приводом посредством рычагов, нажимного колпачка и возвратных пружин, при этом корпус наружного выпускного клапана снабжен разделительной перегородкой зон впуска и выпуска, окно впуска в тарелке выпускного клапана по высоте расположено ниже его клапанного пояска, а седло клапана выполнено заодно с цилиндрической втулкой и снабжено окнами, совпадающими по контуру с впускным и выпускным каналами.

Недостатком механизма является наличие двух групп клапанных пружин для клапанов впуска и выпуска, что усложняет конструкцию и ведет к неравномерности динамических сил в системе: кулачок распредвала рычаг стержень клапана в процессе открывания-закрывания выпускного клапана. В результате для преодоления сжатия собственной пружины клапана выпуска прибавляется преодоление силы сжатия впускного клапана. Кроме того, на динамическую неуравновешенность оказывает влияние повышенная масса выпускного клапана в силу его конструктивных особенностей.

Неодинаковость масс клапанов впуска и выпуска может быть устранена за счет применения материалов с меньшим удельным весом, например сплавов типа ВТ-3, ВТ-5, а также металлокерамики и углепластиков, обладающих высокой термической и механической стойкостью. Недостаточно высокие антифрикционные свойства титановых сплавов ВТ-3, ВТ-5 и др. могут быть повышены до уровня конструкционных сталей типа 18ХНТ, 20ХН3А и др. путем ионно-диффузионного насыщения имплантируемой в поверхности трения твердой фазы (карбиды V, Gr, Al, и др.).

К недостатку механизма также относится возможность нарушения процесса безотрывности скользящего контакта в системе: рычаг стержень впускного клапана, что может привести к образованию ударных нагрузок в указанных деталях механизма и, как следствие, к снижению эксплуатационных свойств механизма в целом. Для устранения указанных недостатков в клапанный механизм введены соответствующие конструктивные и технологические изменения и дополнения, что позволяет упростить конструкцию, повысить его динамическую уравновешенность.

Цель изобретения повышение динамической уравновешенности клапанного механизма путем упрощения его конструкции, введения упругого замыкания кинематической связи обоих клапанов и выполнения их равными по массе.

Указанная цель достигается тем, что в клапанном механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащем головку цилиндра с впускным и выпускным каналами, цилиндрическую втулку и седло клапана, соосно расположенные наружный выпускной и внутренний впускной клапаны с приводом посредством рычагов, нажимный колпачок и возвратные пружины, при этом корпус наружного выпускного клапана снабжен разделительной перегородкой, пружины клапана объединены в единую группу, действующую как одна пружина, между рычагами с внутренней стороны нажимного колпачка размещен упругий элемент, выпускной клапан выполнен из материала меньшей плотности по отношению к впускному клапану, а нижняя зона разделительной перегородки снабжена вентиляционным каналом, с обеих сторон сообщенным с выпускным каналом.

На фиг. 1 представлен общий вид механизма; на фиг.2 вид 1 с фиг.1; на фиг.3 вид А с фиг.1; на фиг.4 вид Б с фиг.1.

Механизм размещен в корпусе 1 головки цилиндра 2 двигателя внутреннего сгорания и содержит соосно расположенные клапаны: наружный выпускной 3 и внутренний впускной 4.

Тарелка 5 клапана 3 выполнена заодно с полым цилиндром 6, снабженного перегородками 7, 8, разделяющими зону впуска и выпуска, стержнем 9 с центральным отверстием под стержень клапана 4, а также впускным 11 и выпускным 12 окнами.

В верхней части клапана 3 на резьбе установлены: верхняя подвижная опора (колпачок-толкатель) 13; пружины 14, 15 клапанов 3, 4; гайка 16 с контргайкой 17. Опора 13 снабжена окном 18.

На стержне 3 установлена в равнорасположенных пазах 19 нажимная втулка 20 (посадка скольжения) с впускным клапаном 4 и выполняющая функцию верхней опоры пружин 15, 14. Нажимная втулка 20 снабжена цилиндрическим пояском с кольцевой канавкой и закреплена клиновыми замками (сухарями) 21.

Нижней опорой пружин 14, 15 служит стакан 22, снабженный в верхней части резьбой, гайкой 23, шайбой 24 и корончатыми выступами 25 под накидной ключ, а в нижней части стакан 21 снабжен маслоотражательным колпачком 26.

Подвижная опора 13 с гайкой 16 и контргайкой 17 стержень 3 седло 10 - тарелка клапана 4 нажимная втулка 20 представляют механизм регулировки пружин сжатия и регулировки зазора у рычагов 27, 28.

Между рычагом 26 и опорой 13 установлена пружина 29.

Перегородки 7, 8 (отформованные литьем под давлением одним из известных способов или собранных из штампованных частей посредством сварки) выпускного клапана 3 в нижней части снабжены вентиляционным каналом-перемычкой 30. Тело выпускного клапана 3 выполнено из материала с низким удельным весом из расчета равенства масс обоих клапанов. Это может быть титановый сплав, металлокерамика или углепластик с определенным направлением углеродного волокна.

Окно выпуска снабжено ребрами-перегородками 31.

Поршень снабжен каналом 32.

Механизм газораспределения работает следующим образом. При совместном движении стержня клапана 4 и втулки 20, служащей верхней опорой пружин 14, 15 вниз, топливо-воздушная смесь из впускного канала поступает через окна 11, 10 в патрубок клапана 4, где, нагреваясь от стенок патрубка (при разогретом двигателе) и переходя за счет этого в более мелкодисперсное состояние, поступает в полость цилиндра, после чего клапан 4 закрывает окно 10.

После такта сжатия и сгорания смеси рычаг 27 нажимает опору 13 клапана 3 и последний вместе с клапаном 4 движется вниз и открывает выход отработанным газам через проходное сечение клапана 3 и далее через окно 12 в выпускной коллектор.

При движении стержня клапана 3 вниз во избежание отрыва рычага 26 от стержня клапана 4 установлена пружина 28 (упругий элемент), которая обеспечивает постоянство контакта двух сопряженных поверхностей и, как следствие, устранение ударных нагрузок в указанной кинематической связи клапанов впуска и выпуска.

Применение одной пары пружин (основной 14 и демпферной 15) для клапанов впуска 4 и выпуска 3 упрощает конструкцию механизма газораспределения; применение обводного вентиляционного канала-перемычки 29 улучшает аэродинамику продувки отработанных продуктов сгорания в коллектор и равномерную теплопередачу перегородок 7, 8 топливо-воздушному потоку на его подогрев при входе в цилиндр. Введение упругого элемента 28 обеспечивает безотрывную работу рычага 26 и стержня клапана 4, что в конечном итоге повышает динамическую уравновешенность клапанного механизма ДВС.