УСТРОЙСТВО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE OF HYDRAULIC ACTUATOR OF VALVE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в приводе впускного или выпускного клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен механизм привода клапанов ДВС, с возможностью возвратно-поступательного движения впускных или выпускных клапанов, под давлением жидкости гидравлической системы (патент US №5694893А, МПК F01L 9/02, опубл. 1997), в котором клапан приводится в движение поршнем исполнительного механизма под воздействием усилия, развиваемого давлением жидкости гидравлической системы, и пружиной. Герметичное уплотнение полости цилиндра двигателя достигается применением в исполнительном механизме дополнительного клапана, предназначенного для передачи давления, возникающего в цилиндре двигателя, в гидравлическую полость исполнительного механизма, а также применением подпружиненного седла клапана. Точное позиционирование клапана при приближении его к седлу, а также регулировка его скорости достигается внешним управлением подачей жидкости в гидравлическую полость исполнительного механизма. Для снижения нагрузок, возникающих при встрече клапана с седлом, служит подпружиненное седло, что, во-первых, не избавляет от удара, а лишь снижает его последствия, во-вторых, такое взаимодействие клапана с седлом создает повышенный уровень шума и вибраций, в-третьих, такое решение сложно и дорого в производстве и недостаточно надежно.
Известна электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания (патент №2171898, МПК F01L 9/02, опубл. 10.08.2001), включающая масляную нагнетательную магистраль, гидронасос, перепускной и переливной гидравлические клапаны, гидроцилиндр с корпусом, крышкой и поршнем с юбкой, электромеханический гидрораспределитель-преобразователь, содержащий корпус, шток-золотник, жестко соединенный со штоком подвижный капиллярный элемент и выпускное отверстие, причем корпус гидроцилиндра размещен в головке блока цилиндров двигателя, а крышка гидроцилиндра совмещена с корпусом гидрораспределителя, при этом выпускное отверстие гидрораспределителя смещено во внешнюю сторону за пределы пятна контакта юбки поршня гидроцилиндра с крышкой, а в верхней части корпуса гидроцилиндра с внутренней стороны вдоль оси симметрии штока-золотника в направлении выпускного отверстия гидрораспределителя выполнен продольный паз с переменной площадью горизонтального сечения.
Известен клапанный газораспределительный механизм и способ клапанного газораспределения двигателя внутреннего сгорания (патент RU №2251005, МПК F01L 9/02, опубл. 27.04.2005), в котором клапаны приводятся в движение поршнем исполнительного механизма под воздействием усилия, развиваемого давлением жидкости гидравлической системы. Герметичное уплотнение полости цилиндра двигателя достигается давлением жидкости гидравлической системы, а также перекрытием гидравлических магистралей. Регулировка скорости движения клапана осуществляется внешним управлением подачей жидкости в гидравлический цилиндр исполнительного механизма, торможение клапана при его подсадке в седло обеспечивают гидравлические тормоза. Известные устройства не решают проблем плавной безударной посадки клапана в седло. Гидравлический тормоз начинает действовать в непосредственной близости клапана от седла и для того, чтобы погасить кинетическую энергию системы «поршень исполнительный механизм (И.М.) - устройство соединения - клапан», имеет очень высокую степень замедления, кроме того, он действует резко, т.е. торможение начинается единовременно без постепенного нарастания усилия, что практически, при работе механизма, приводит к резкому изменению скорости системы и, как следствие, гидравлическому удару в деталях самого тормоза и динамическим ударам в системе «поршень И.М. - устройство соединения - клапан» - это приводит к нежелательным резонансным колебаниям, снижению качества торможения и ресурса механизма. Гидравлический тормоз уменьшает энергию удара при взаимодействии клапана с седлом, но в то же время, сам, являясь источником повышенных нагрузок, не решает задачу плавной безударной посадки клапана. Кроме того, гидравлический тормоз обладает узким рабочим диапазоном, т.е. эффективное замедление клапана, он способен осуществить только для конкретной скорости движения клапана, на которую он настроен, при изменении скорости, будет происходить либо недотормаживание с сокращением времени посадки клапана в седло и соответствующим увеличением нагрузок, либо перетормаживание с увеличением времени посадки клапана в седло, что при работе двигателя накладывает существенные ограничения на возможность регулирования фаз газораспределения.
Известна заявка ЕР №0652355, МПК F01L 9/02, опубл. 1994, в которой исполнительный механизм привода клапана (впускного или выпускного) ДВС содержит закрепленный на головке блока цилиндров двигателя гидравлический цилиндр, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном, и в полости цилиндра установлены гидравлические демпферы, каждый демпфер содержит камеру сжатия, состоящую из двух частей и сообщенную с полостью гидравлического цилиндра посредством каналов и клапанов.
Известен исполнительный механизм привода клапана двигателя внутреннего сгорания и способ управления скоростью движения клапана (патент №2338075, МПК F01L 9/02, опубл. 10.04.2006), наиболее близкий к заявляемому, и принятый за прототип, содержащий закрепленный на головке блока цилиндров двигателя гидравлический цилиндр, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном. В полости цилиндра установлены гидравлические демпферы. Каждый демпфер содержит камеру сжатия, состоящую из двух частей и сообщенную с полостью гидравлического цилиндра посредством каналов и клапанов. Демпфер содержит сопла, выполненные с возможностью направления потока жидкости вдоль оси поршня или под углом к ней. При этом стенки сопл отклонены под углом относительно радиуса окружности поршня привода. Однако известное устройство не решает задачу плавной безударной посадки клапана, что повышает износ клапана и седла и повышает уровень шума при работе двигателя.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в уменьшении шума при работе двигателя, снижение износа и повышение долговечности рабочей фаски, клапана и седла.
Технический результат достигается тем, что в устройстве гидравлического привода клапана ДВС, содержащем закрепленный на головке блока цилиндров двигателя корпус гидроцилиндра, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном ДВС, питающий канал и канал слива рабочего тела, новым является то, что в верхней части корпуса гидроцилиндра выполнены по меньшей мере два ряда отверстий, сообщающих полость гидроцилиндра с каналом слива рабочего тела, по меньшей мере один из которых расположен выше положения поршня в верхней мертвой точке.
В верхней части корпуса гидроцилиндра выполнена кольцевая полость, охватывающая ряды отверстий и сообщенная с каналом слива.
На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке в момент начала открытия клапана ДВС.
На фиг. 2 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в нижней мертвой точке в момент начала закрытия клапана ДВС.
На фиг. 3 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке в момент конца закрытия клапана ДВС.
Устройство гидравлического привода клапана ДВС содержит корпус 1, полость которого образует гидроцилиндр. Корпус 1 закреплен на головке блока цилиндров двигателя (не показан). В полости гидроцилиндра с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень 2, связанный с клапаном 3 ДВС. Верхняя мертвая точка поршня 2 гидроцилиндра соответствует закрытому клапану 3 ДВС. Нижняя мертвая точка поршня 2 гидроцилиндра соответствует максимально открытому клапану 3 ДВС. В верхней части корпуса 1 гидроцилиндра выполнены два ряда отверстий 4 и 5, расположенных равномерно по окружности. Отверстия 4 расположены ниже положения верхнего торца поршня 2 в верхней мертвой точки и перекрываются им при его максимальном подъеме. Отверстия 5 расположены выше положения поршня 2 в верхней мертвой точке и не перекрываются им. Отверстия 4 и 5 сообщают полость гидроцилиндра с кольцевой полостью слива 6, охватывающей верхнюю часть корпуса 1 гидроцилиндра и соединенной с каналом слива 7 рабочего тела (масла). В верхней части гидроцилиндр соединен с питающим каналом 8. Нижняя часть поршня 2 имеет цилиндрический толкатель для контакта с клапаном 3 ДВС.
Работает устройство гидравлического привода клапана ДВС следующим образом.
При положении поршня 2 гидроцилиндра в верхней мертвой точке (фиг. 1) рабочее тело, например масло, по питающему каналу 8 поступает в гидроцилиндр. Давление рабочего тела в полости гидроцилиндра возрастает, в результате чего поршень 2 перемещается вниз. Поршень 2 посредством толкателя воздействует на клапан ДВС 3, открывая его. Питающий канал 8 соединяется с резервуаром (не показан), в котором рабочее тело находится с высоким давлением. Длительность соединения определяется режимом работы электромагнитного питающего клапана (не показан).
Для остановки поршня 2 гидроцилиндра питающий канал 8 отсекается от резервуара с высоким давлением рабочего тела посредством, например, электромагнитного питающего клапана.
При положении поршня 2 гидроцилиндра в нижней мертвой точке (фиг. 2) кольцевая полость слива 6, через канал слива 7 рабочего тела (масла), посредством, например, электромагнитного сливного клапана соединяется с полостью низкого давления, которой является полость головки блока цилиндров ДВС (не показаны). Через ряды отверстий 4 и 5 рабочее тело (масло) вытекает из полости гидроцилиндра в кольцевую полость 6 и по каналу слива 7 рабочего тела далее в полость с низким давлением.
Поршень 2 гидроцилиндра поднимается и перекрывает нижний ряд 4 сливных отверстий, при этом верхний ряд отверстий 5 остается открытым, и рабочее тело сливается только через него (фиг. 3). Ограничение расхода рабочего тела приводит к увеличению давления в полости гидроцилиндра, что приводит к торможению поршня 2 гидроцилиндра. В результате скорость движения поршня 2 гидроцилиндра, а следовательно, и связанного с ним клапана 3 ДВС снижается, что приводит к плавной безударной посадке клапана 3 ДВС на свое седло, при этом снижается шум при работе двигателя и повышается надежность и долговечность работы клапана 3 ДВС.