механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, подпружиненный питающий клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в рабочей 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, ограничитель, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца, причем подводящие каналы выполнены в наконечнике и поршне, перегородку в торце полого цилиндра со сквозным каналом, направляющую, выполненную заодно с поршнем и частично размещенную в подводящем канале наконечника, при этом питающий клапан выполнен в виде штока с каналами, запорным конусом и шайбой, закрепленной на штоке, клапан установлен в сквозном канале перегородки с возможностью контактирования своим штоком с поршнем, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере одним стопорным устройством, включающим подпружиненный фиксатор с пяткой, направляющий и управляющий каналы, выполненные в плунжере, причем первый - перпендикулярно, а второй - вдоль оси плунжера, подпружиненный фиксатор частично размещен в направляющем канале плунжера с возможностью перемещения, направляющий канал связан управляющим каналом с рабочей полостью полого цилиндра, пятка выполнена на торце фиксатора, обращенном к управляющему каналу.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что стопорное устройство снабжено стопорным кольцом и стопором, причем стопорное кольцо охватывает плунжер и имеет сквозной паз вдоль образующей, второй направляющий канал и стопорное гнездо, стопор закреплен в плунжере и частично входит в стопорное гнездо, а расположение стопора обеспечивает совпадение первого и второго направляющих каналов в стопорном кольце и плунжере.

3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что механизм снабжен упорной шайбой с упорным гнездом, упором и направляющим пазом, упорная шайба охватывает плунжер и скреплена с открытым торцом полого цилиндра, направляющий паз выполнен на наружной поверхности плунжера вдоль его образующей, упорное гнездо и упор расположены радиально, причем упор закреплен в упорной шайбе и частично размещен в направляющем пазу, а расположение направляющего паза обеспечивает совпадение: упора в упорной шайбе - со сквозным пазом в стопорном кольце, упорного гнезда упорной шайбы - с направляющими каналами в стопорном кольце и плунжере.

4. Механизм по пп.1 - 3, отличающийся тем, что количество стопорных устройств соответствует количеству: в плунжере - направляющих каналов и подпружиненных фиксаторов с пятками; в стопорном кольце - вторых направляющих каналов; в упорной шайбе - упорных гнезд.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструированию тепловых машин и предназначено для управления клапаном газораспределения, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для отключения газообмена в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндрический корпус с днищем и кольцевой проточкой, разжимную пружину, подпружиненный шток-поршень и фиксирующие элементы. Включение привода осуществляется за счет перемещения штока, который своей конической поверхностью разжимает фиксирующие элементы и те, в свою очередь, западая в кольцевую проточку, заклинивают подвижные части механизма (SU, авторское свидетельство N 1578374 по кл. F 02 D 13/06, 1990 г.)

Недостатком устройства является отсутствие ускоренного слива управляющего масла, а также сложность конструкции в связи с наличием подвижного конического штока.

Известно устройство для управления клапаном механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащее полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, питающий (обратный) клапан в подводящем канале, подпружиненный плунжер (шток), наконечник (цилиндрическая втулка), подпружиненный поршень внутри наконечника, кольцевую выточку, упор (упорное кольцо) и второй поршень. 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 по кл. F 01 L 1/14, 1987 г.).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, а также необходимость создания повышенной плотности в соединении поршень - цилиндр для сохранения рабочей жидкости (уменьшения утечек из полости).

Известен механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, подпружиненный питающий клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в рабочей 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, ограничитель, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца, причем подводящие каналы выполнены в наконечнике и поршне, перегородку в торце полого цилиндра со сквозным каналом, направляющую, выполненную заодно с поршнем и частично размещенную в подводящем канале наконечника, при этом питающий клапан выполнен в виде штока с каналами, запорным конусом и шайбой, закрепленной на штоке, клапан установлен в сквозном канале перегородки с возможностью контактирования своим штоком с поршнем, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой (RU, патент N 2074966, кл. F 01 L 1/14, 1997).

Недостатком известного устройства является вероятность неполного открытия газораспределительного клапана и нарушения фаз газораспределения из-за утечки масла из рабочей полости механизма, что ухудшает (искажает) рабочий процесс в двигателе.

Утечки масла из рабочей полости обусловлены достаточно высокими нагрузками (до 600. . .800 кг/см² для двигателей типа Д49) в клапанном приводе и невозможностью создания абсолютно герметичного соединения трущихся поверхностей, что приводит к потере величины перемещения газораспределительных клапанов, относительно величины, заданной профилем газораспределительного кулачка.

Техническим результатом изобретения является исключение нарушения фаз газораспределения и величины хода газораспределительных клапанов, особенно на режимах повышенных нагрузок.

Указанный технический результат достигается тем, что механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндр, подводящий, дренажный и сливной каналы, подпружиненный питающий клапан, подпружиненный плунжер, частично размещенный в рабочей 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, ограничитель, закрепленный на внутренней поверхности наконечника со стороны открытого торца, причем подводящие каналы выполнены в наконечнике и поршне, перегородку в торце полого цилиндра со сквозным каналом, направляющую, выполненную заодно с поршнем и частично размещенную в подводящем канале наконечника, при этом питающий клапан выполнен в виде штока с каналами, запорным конусом и шайбой, закрепленной на штоке, клапан установлен в сквозном канале перегородки с возможностью контактирования своим штоком с поршнем, дренажный канал сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой и частично перекрывается боковой поверхностью поршня, сливной канал выполнен в наконечнике и сообщает подпоршневую полость с окружающей средой, дополнительно снабжен по крайней мере одним стопорным устройством, включающим подпружиненный фиксатор с пяткой, направляющий и управляющий каналы, выполненные в плунжере, причем первый - перпендикулярно, а второй - вдоль оси плунжера, подпружиненный фиксатор частично размещен в направляющем канале плунжера с возможностью перемещения, направляющий канал связан управляющим каналом с рабочей полостью полого цилиндра, пятка выполнена на торце фиксатора, обращенном к управляющему каналу.

Кроме того, стопорное устройство может быть снабжено стопорным кольцом и стопором, причем стопорное кольцо охватывает плунжер и имеет сквозной паз вдоль образующей, второй направляющий канал и стопорное гнездо, стопор закреплен в плунжере и частично входит в стопорное гнездо, а расположение стопора обеспечивает совпадение первого и второго направляющих каналов в стопорном кольце и плунжере, а механизм может быть снабжен упорной шайбой с упорным гнездом, упором и направляющим пазом, упорная шайба охватывает плунжер и скреплена с открытым торцем полого цилиндра, направляющий паз выполнен на наружной поверхности плунжера вдоль его образующей, упорное гнездо и упор расположены радиально, причем упор закреплен в упорной шайбе и частично размещен в направляющем пазу, а расположение направляющего паза обеспечивает совпадение: упора в упорной шайбе - со сквозным пазом в стопорном кольце; упорного гнезда упорной шайбы - с направляющими каналами в стопорном кольце и плунжере.

При этом количество стопорных устройств соответствует количеству: в плунжере - направляющих каналов и подпружиненных фиксаторов с пятками; в стопорном кольце - вторых направляющих каналов; в упорной шайбе - упорных гнезд.

На фиг. 1 приведен механизм в разрезе, на фиг. 2, 3 и 4 - варианты выполнения механизма (фрагменты), фиг. 5 - положение элементов механизма в процессе работы.

Подпружиненный плунжер 1 (фиг.1) частично входит в полый цилиндр 2 и образует рабочую полость 3. В торце цилиндра выполнена перегородка 4 со сквозным каналом, в котором размещен подпружиненный питающий клапан 5, выполненный в виде штока с запорным конусом, каналами 6 и шайбой 7, закрепленной на штоке. С цилиндром 2 скреплен выполненный в виде стакана с днищем наконечник 8, в котором размещен подпружиненный поршень 9 с направляющей 10. Питающий клапан 5 имеет возможность контактировать своим штоком с поршнем 9. В наконечнике 8 и поршне 9 выполнены соответственно подводящие каналы 11 и 12, на внутренней поверхности наконечника выполнен дренажный канал 13 и закреплен ограничитель 14. Поршень 9 образует надпоршневую 15 и подпоршневую 16 полости, причем последняя связана с окружающей средой сливным каналом 17.

Механизм содержит стопорное устройство, которое включает фиксатор 18 с пружиной 19 и пяткой 20, размещенные в направляющем канале 21 плунжера 1. Подпружиненный фиксатор 18 имеет возможность перемещения, а управляющий канал 22 сообщает направляющий канал 21 с рабочей полостью 3 цилиндра 2, причем направляющий канал 21 выполнен в плунжере 1 перпендикулярно его оси, а управляющий канал 22 - вдоль оси плунжера.

Вариант механизма (фиг.2) содержит стопорное устройство, которое добавочно снабжено стопорным кольцом 23 и стопором 24, стопорное кольцо 23 охватывает плунжер 1 и имеет второй направляющий канал 25, стопорное гнездо 26 и сквозной паз 27, выполненный вдоль образующей стопорного кольца 23. Стопор 24 закреплен в плунжере 1 и частично размещен в стопорном гнезде 26 стопорного кольца 23, а расположение стопора 24 обеспечивает совпадение первого 21 и второго 25 направляющих каналов в стопорном кольце 23 и плунжере 1.

Вариант механизма (фиг. 3 и 4) добавочно снабжен упорной шайбой 28 с упорным гнездом 29, упором 30 и направляющим пазом 31. Упорная шайба 28 охватывает плунжер 1 и скреплена с открытым торцем полого цилиндра 2 крепежом 32. Направляющий паз 31 выполнен на наружной поверхности плунжера 1 вдоль его образующей, упорное гнездо 29 и упор 30 расположены радиально. Упор 30 закреплен в упорной шайбе 28 и частично размещен в направляющем пазу 31. Расположение направляющего паза 31 обеспечивает совпадение: упора 30 в упорной шайбе 28 - со сквозным пазом 27 в стопорном кольце 23; упорного гнезда 29 упорной шайбы 28 - с направляющими каналами 21 и 25 в стопорном кольце 23 и плунжере 1.

Количество стопорных устройств в каждом варианте может быть не менее одного. Например, в варианте, изображенном на фиг.4, механизм содержит четыре стопорных устройства.

При этом количество устройств соответствует количеству: в плунжере 1 - направляющих каналов 21 и подпружиненных фиксаторов 18 с пятками 20; в стопорном кольце 23 - вторых направляющих каналов 25; в упорной шайбе 28 - упорных гнезд 29.

Крепление упорной шайбы 28 к полому цилиндру 2 может быть выполнено, например, с помощью крепежа (винтов) 32.

Пятка 20 фиксатора 18 служит для ограничения перемещения фиксатора (или фиксаторов) 18 внутри направляющего канала 21.

Механизм является промежуточным звеном (штангой) привода газораспределительных клапанов, которая закреплена между рычагами (не показаны) и служит для передачи возвратно-поступательного перемещения от кулачка распределительного вала к клапанам газораспределения.

Механизм работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг.1) при отсутствии рабочей жидкости (управляющего масла) поршень 9 под действием своей пружины находится в крайнем правом положении до контакта поршня 9 с ограничителем 14 и удерживает своей торцевой поверхностью питающий клапан 5 (пересиливая его пружину) в открытом положении. При этом боковая поверхность поршня 9 не перекрывает дренажный канал 13, чем обеспечивается сообщение рабочей полости 3 цилиндра 2 через каналы 6 питающего клапана 5, надпоршневую полость 15, дренажный канал 13, подпоршневую полость 16 и сливной канал 17 с окружающей средой.

Фиксатор 18 под действием пружины 19 находится в утопленном состоянии (внутри направляющего канала 21).

Вращение кулачка распределительного вала через рычаг (показаны) вызывает перемещение плунжера 1 внутри полого цилиндра 2, не передавая возвратно-поступательного движения наконечнику 8 и далее через рычаг газораспределительному клапану (не показаны).

Таким образом, в исходном состоянии клапан газораспределения отключен, т.е. остановлен в закрытом положении.

При подаче команды на включение клапана газораспределения масло по подводящим каналам 11 и 12 заполняет надпоршневую полость 15 и далее по каналам 6 питающего клапана 5 - рабочую полость 3, одновременно, масло, воздействуя на поршень 9 и пересиливая его пружину, частично смещает поршень 9 влево, при этом боковая поверхность поршня 9 перекрывает дренажный канал 13, чем разобщает надпоршневую полость 15 с окружающей средой. Питающий клапан 5, пересиливая свою пружину, остается в открытом положении под действием давления масла на торцевую и конусную поверхности клапана.

Одновременно масло по управляющему каналу 22 поступает в направляющий канал 21 и, воздействуя на фиксатор 18 и преодолевая усилие пружины 19, перемещает фиксатор 18 вдоль канала 21 до частичного его выхода из канала 21 (фиг.5).

По заполнении маслом рабочей полости 3 (фиг.1) давление масла, воздействуя на поршень 9 и пересиливая его пружину, перемещает поршень 9 в крайнее левое положение. Питающий клапан 5 под действием своей пружины закрывается и, таким образом, рабочая полость 3 оказывается замкнутой и заполненной маслом, т. е. подвижные части 1 и 2 работают как одно целое. Возвратно- поступательное перемещение от вращения кулачка распределительного вала передается газораспределительному клапану - двигатель работает в обычном режиме с включенным цилиндром.

Фиксатор 18, частично выдвинутый из направляющего канала 21 и упирающийся в торец цилиндра 2 (фиг.5), препятствует движению плунжера 1 внутрь цилиндра 2 и тем самым гарантирует сохранение величины хода газораспределительного клапана и фаз газораспределения.

При подаче команды на отключение газораспределительного клапана прекращают подачу масла по каналам 11 и 12 (фиг.1), поршень 9 под действием своей пружины вытесняет часть масла из надпоршневой полости 15 по технологическим зазорам между боковой поверхностью поршня 9 и внутренней поверхностью наконечника 8 в подпоршневую полость 16 и далее по сливному каналу 17 в окружающую среду.

Поршень 9 частично смещается вправо и открывает своей боковой поверхностью дренажный канал 13, сообщая полости 15 и 16 между собой, - происходит ускоренное опоражнивание полости 15 через канал 13, полость 16 и сливной канал 17.

Поршень 9 под действием своей пружины смещается вправо до ограничителя 14 и, воздействуя на шток питающего клапана 5, открывает клапан 5.

Рабочая полость 3 оказывается сообщенной по каналам 6, 13 и 17, минуя полости 15 и 16, с окружающей средой, и происходит ускоренное опоражнивание рабочей полости 3.

Фиксатор 18 под действием пружины 19 возвращается в утопленное положение внутри направляющего канала 21.

Механизм возвращается в исходное состояние - клапан газораспределения остановлен в закрытом положении.

Вариант механизма, изображенного на фиг.2, работает аналогичным образом (как механизм на фиг. 1). Введение стопорного кольца 23 обеспечивает более технологичное изготовление узла, а наличие сквозного паза 27 - более легкий монтаж и демонтаж узла. Стопор 24 обеспечивает фиксированное положение стопорного кольца 23 на плунжере 1 и совпадение первого 21 и второго 25 направляющих каналов в стопорном кольце 23 и плунжере 1. Стопорное кольцо 23 может быть изготовлено (в отличие от плунжера 1) из пружинной стали с соответствующей термообработкой.

Вариант механизма, изображенного на фиг. 3 и 4, работает аналогично механизмам на фиг. 1 и 2. Введение упорной шайбы 28 позволяет защитить торец полого цилиндра 2 от ударных нагрузок привода газораспределительных клапанов, в том числе за счет изготовления упорной шайбы из соответствующего (более прочного) материала. Наличие упора 30 и направляющего паза 31 обеспечивает фиксированное (относительно проворота) положение упорной шайбы 28 и плунжера 1 и совпадение: упора 30 в упорной шайбе 28 - со сквозным пазом 27 в стопорном кольце 23; упорного гнезда 29 упорной шайбы 28 - с направляющими каналами 21 и 25 в стопорном кольце 23 и плунжере 1.

Количество стопорных устройств, включающих направляющие каналы 21, подпружиненные фиксаторы 18 с пятками 20, вторые направляющие каналы 25 и упорные гнезда 29, например, равное четырем, фиг. 4, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по торцу полого цилиндра 2 и снижение контактных напряжений в элементах фиксатор - упорная шайба - полый цилиндр.

Таким образом, конструкция механизма управления клапаном газораспределения с подвижными фиксаторами, перемещаемыми под действием управляющего масла, обеспечивает полное открытие газораспределительного клапана и исключение нарушения фаз газораспределения.

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