ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
ICE FLUID-DRIVEN VALVE TRAIN

Область техники
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к гидравлическим системам управления клапанами газораспределения двигателя внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
Известен гидроприводной газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания по патенту US 4612883, содержащий тарельчатые клапаны, совершающие возвратно-поступательные движения для управления соединением впускных и выпускных каналов с камерой сгорания двигателя, гидравлические поршни, связанные с упомянутыми тарельчатыми клапанами, удаленно расположенный привод для подачи рабочей жидкости к упомянутым поршням и насос для подачи рабочей жидкости под давлением к приводу. Привод содержит корпус с камерой, плунжерные втулки, каждая из которых соединена с гидравлическим поршнем тарельчатого клапана для подачи к нему жидкости, плунжеры, расположенные в упомянутых плунжерных втулках, для сжатия жидкости, клапанное устройство, содержащее золотник, подвижно расположенный на упомянутом плунжере и внутри плунжерной втулки, для соединения и разъединения полости в плунжерной втулке над золотником и плунжером с камерой в корпусе гидропривода. Также имеется привод циклического перемещения золотника, отделяющего упомянутую полость в плунжерной втулке от камеры в корпусе гидропривода, и перемещения плунжера в плунжерной втулке для подачи жидкости под давлением к поршню тарельчатого клапана и приведения в действие последнего. Этот привод содержит первую относительно слабую пружину, расположенную между плунжером и золотником для воздействия на золотник в сторону закрытия, и вторую, относительно сильную пружину, действующую на плунжер и золотник. Каждый поршень и верхняя часть тарельчатого клапана размещены в индивидуальном корпусе, расположенном на головке блока цилиндров двигателя. К недостаткам данного технического решения можно отнести разделение конструкции на отдельные приводы каждого клапана, что приводит к необходимости наличия большого количества уплотняемых стыков и к сложности монтажа системы и удаления попавшего в систему воздуха. Кроме того, в системе не предусмотрена компенсация уменьшения объема масла при его охлаждении, что приводит к засасыванию в систему воздуха.
Наиболее близким техническим решением является механизм управления клапанами газораспределения двигателя внутреннего сгорания по патенту US 2306131. Этот механизм содержит впускные и выпускные клапаны газораспределения двигателя, плунжерные втулки с плунжерами, взаимодействующими с упомянутыми клапанами газораспределения, гидравлический привод для управления клапанами газораспределения посредством их плунжеров, заполненные маслом трубопроводы, соединяющие гидропривод с плунжерными втулками клапанов, масляный насос, подающий масло к гидроприводу из картера двигателя, и магистраль, соединяющую этот насос с гидроприводом. Гидропривод в свою очередь содержит кулачковый вал с двумя кулачками, две группы плунжерных втулок с плунжерами, взаимодействующими с упомянутыми кулачками, при этом указанные плунжерные втулки соединены упомянутыми выше трубопроводами с плунжерными втулками газораспределительных клапанов. Как и конструкция по патенту US 4612883, данная конструкция разделена на отдельные приводы каждого клапана, что также приводит к необходимости наличия большого количества уплотняемых стыков и к сложности монтажа системы и удаления попавшего в систему воздуха. Кроме того, в системе не предусмотрена компенсация уменьшения объема масла при его охлаждении, что приводит к засасыванию в систему воздуха.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является снижение требований к герметичности указанных стыков и упрощение монтажа гидросистемы за счет размещения всех уплотняемых стыков гидросистемы в отдельной полости, имеющей каналы слива масла в картер двигателя, а также обеспечение компенсации уменьшения объема масла в гидросистеме при его остывании и непрерывной прокачки гидросистемы масляным насосом двигателя.
Указанная задача решена в газораспределительном механизме двигателя внутреннего сгорания с гидроприводом, содержащем впускные и выпускные тарельчатые клапаны, соединяющие и разъединяющие впускные и выпускные каналы с камерой сгорания двигателя, плунжерные втулки тарельчатых клапанов с плунжерами тарельчатых клапанов, гидропривод с кулачковым валом, содержащим кулачки, управляющие впускными и выпускными тарельчатыми клапанами, и с плунжерами, каждая плунжерная втулка каждого из которых соединена трубопроводом по крайней мере с одной плунжерной втулкой тарельчатого клапана, и соединяющие их трубопроводы. Согласно изобретению гидропривод газораспределительного механизма, плунжерные втулки тарельчатых клапанов с плунжерами тарельчатых клапанов и соединяющие их трубопроводы расположены в одной полости, образованной головкой блока цилиндров двигателя и крышкой головки блока цилиндров, имеющей сливные каналы для масла, причем крышка головки блока цилиндров выполнена с возможностью ограничения перемещения плунжерных втулок тарельчатых клапанов.
При этом в гидроприводе имеется внутренняя полость с расположенным в ней кулачковым валом, приводящим в движение плунжеры, связанная с полостью, образованной головкой блока цилиндров двигателя и крышкой головки блока цилиндров, что исключает введение специального сливного трубопровода для слива избытка масла из гидропривода.
Предпочтительно кулачок, управляющий впускными тарельчатыми клапанами, и соответствующие им плунжерные втулки повернуты относительно кулачка, управляющего выпускными клапанами, и соответствующих им плунжерных втулок вокруг оси кулачкового вала на угол, обеспечивающий возможность размещения трубопроводов, соединяющих все плунжерные втулки гидропривода с соответствующими плунжерными втулками тарельчатых клапанов. Это позволяет вывести трубопроводы впускных и выпускных клапанов на один торец корпуса гидропривода. Величина угла выбирается таким образом, чтобы упомянутые трубопроводы располагались на торце гидропривода по два рядом. Это позволяет также выполнить плоские лыски на корпусе гидропривода и сместить вниз плоскость разъема головки блока цилиндров двигателя и крышки головки блока.
Предпочтительно газораспределительный механизм содержит питающий трубопровод от масляного насоса двигателя, проходящий через отверстие в головке блока цилиндров двигателя, причем на нижней части питающего трубопровода расположен отсечной клапан, а его крепление выполнено негерметичным и расположено в верхней части головки блока цилиндров двигателя. Это позволяет создать полость для воздуха выше отсечного клапана питающего трубопровода с последующим его вытеснением через негерметичное крепление питающего трубопровода и уменьшение попадания его в гидросистему при пуске двигателя после длительной его остановки.
Над гидроприводом газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания может быть образована полость с клапаном двойного действия, связанная дроссельными отверстиями, по крайней мере, с плунжерными втулками, расположенными выше уровня плунжерных втулок тарельчатых клапанов. Это позволяет компенсировать уменьшение объема масла в гидросистеме при его остывании после выключения двигателя, а клапан двойного действия позволяет поддерживать уровень масла в указанной полости выше уровня масла в полости плунжерной втулки тарельчатых клапанов, а при остывании воздуха в полости над гидроприводом исключает засасывание в нее масла из гидросистемы.
В корпусе гидропривода может быть выполнена кольцевая проточка, закрытая шайбой и соединенная питающим трубопроводом с масляным насосом двигателя и каналами с каждым из рабочих объемов, образованных плунжерными втулками и плунжерами. Это позволяет сократить объем и длину каналов гидросистемы, обеспечивающих компенсацию потерь масла в жиклерах и плунжерных парах. При этом шайба, выполненная в виде тарельчатой пружины, выполняет функцию предохранительного клапана.
В каждой из плунжерных втулок гидропривода может быть выполнена полость с подводящим каналом, оканчивающаяся седлом впускного клапана, выполненного в виде шарика, и ограниченная плунжером, причем площадь сечения диаметрального и осевого зазоров между шариком и стенками полости составляет 0,4-0,6 от площади сечения подводящего канала.
Предпочтительно в плунжерных втулках тарельчатых клапанов имеются предохранительные клапаны, что исключает поломку тарельчатых клапанов при разрыве ремня газораспределительного механизма.
В верхней части плунжерных втулок тарельчатых клапанов могут быть выполнены полости, связанные дроссельными отверстиями с по крайней мере одним из рабочих объемов, образованных плунжерными втулками тарельчатых клапанов и плунжерами тарельчатых клапанов, и ограниченные сверху плоскостью крышки головки блока цилиндров. Это позволяет уменьшить шум от перетекания масла через дроссельное отверстие в плунжерной втулке и компенсировать уменьшение объема масла при его остывании после выключения двигателя.
Предпочтительно газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания содержит пружины, прижимающие плунжерные втулки тарельчатых клапанов к крышке головки блока цилиндров, что предотвращает утечку масла из полости в верхней части плунжерной втулки и, соответственно, попадание воздуха в систему.
Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из описания преимущественного варианта его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен общий вид газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с гидроприводом, вид в перспективе с пространственным разделением узлов;
на фиг.2 схематично изображена часть газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания с гидроприводом, разрез по В-В на фиг.3;
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2.
Вариант осуществления изобретения В головке 1 блока (фиг.1), выполненной из чугуна, установлены впускные тарельчатые клапаны 2 и выпускные тарельчатые клапаны 3, седла 4 (фиг.2) и направляющие втулки 5 которых выполнены непосредственно в головке 1 блока. Впускные тарельчатые клапаны 2 и выпускные тарельчатые клапаны 3 прижаты к седлам 4 пружинами 6 через сухари 7 и тарелки 8. Попаданию масла во впускные каналы 9 и выпускные каналы 10 (фиг.1) и камеру сгорания 11 (фиг.2) препятствуют маслосъемные сальники 12. Плунжерные поверхности 13 впускных тарельчатых клапанов 2 и плунжерные поверхности (не показаны) выпускных тарельчатых клапанов 3 входят соответственно в плунжерные втулки 14 впускных тарельчатых клапанов 2 и в плунжерные втулки 15 выпускных тарельчатых клапанов 3, которые трубопроводами 16 связаны с соответствующими плунжерными втулками 17 впускных тарельчатых клапанов 2 и плунжерными втулками 18 выпускных тарельчатых клапанов 3, установленными в корпусе 19 гидропривода. На каждом цилиндре двигателя внутреннего сгорания имеется более одного впускного тарельчатого клапана 2 и более одного выпускного тарельчатого клапана 3, а в плунжерных втулках 14 и 15 выполнено соответствующее количество плунжерных отверстий, связанных между собой каналами 20. Также в плунжерных втулках 14 и 15 имеются предохранительные клапаны 21, которые препятствуют поломке впускных тарельчатых клапанов 2 и выпускных тарельчатых клапанов 3 в случае, например, разрыва приводного ремня (не показан) газораспределительного механизма.
В корпусе 19 гидропривода расположен кулачковый вал 22, связанный через шпонку 23 с зубчатым шкивом 24, в свою очередь связанным с ремнем (не показан) газораспределительного механизма. Шкив 24 закреплен на кулачковом валу 22 винтом 25. Кулачковый вал 22 установлен на подшипниках 26 и удерживается от осевого смещения разрезным кольцом 27 и пружинной шайбой 28. В корпусе 19 гидропривода радиально расположены связанные с впускными тарельчатыми клапанами 2 плунжерные втулки 17, плунжеры 29 которых через толкатели 30 приводятся в движение кулачком 31 (фиг.3). Пружина 32 (фиг.2) через тарелку 33 и скобу 34 прижимает плунжер 29 к толкателю 30, а последний - к кулачку 31. Плунжерные втулки 18 (фиг.3), связанные с выпускными тарельчатыми клапанами 3 (фиг.1), также расположены в радиальном направлении в корпусе 19 (фиг.3) с угловым смещением а, обеспечивающим вывод трубопроводов 16 (фиг.1) на один торец корпуса 19. Трубопроводы 16 прижаты винтами 35 к кольцевым проточкам, выполненным на плунжерных втулках 17 (фиг.2) и 18, удерживая их от перемещения. Второй кулачок 36 (фиг.3) выполнен на кулачковом валу 22 на уровне второго ряда толкателей 37, связанных с плунжерами 38 гидропривода, управляющими выпускными тарельчатыми клапанами 3 (фиг.1). Пружина 39 (фиг.3) через тарелку 40 и скобу 41 прижимает плунжер 38 к толкателю 37, а последний - к кулачку 36.
В корпусе 19 гидропривода (фиг.2) выполнена кольцевая канавка 42, связанная каналами 43 с подводящими каналами 44 каждой плунжерной втулки 17 и 18. Каждый подводящий канал 44 оканчивается полостью с седлом впускного клапана 45, выполненного в виде шарика, причем диаметральный и осевой зазоры между шариком и стенками упомянутой полости выполнены минимальными, так чтобы обеспечить проход масла, расходуемого в зазорах и жиклерах. Предпочтительно площадь сечения диаметрального и осевого зазоров между шариком клапана 45 и стенками полости составляет 0,4-0,6 от площади сечения подводящего канала 44. Значение 0,4 обусловлено необходимостью обеспечения прохода масла, восполняющего его расход в зазорах и жиклерах, а значение 0,6 - необходимостью обеспечения требуемой скорости закрытия клапана. От выпадения из полости шарик клапана 45 удерживается плунжером 29 или 38.
Кольцевая канавка 42 через наклонные каналы 46 и центральный канал 47 связана с питающим трубопроводом 48, который винтом 49 прикреплен к корпусу 19 гидропривода, а винтом 50 - к головке блока 1. Трубопровод 48 заходит в отверстие, выполненное в головке блока 1, а в его нижней части имеется отсечной клапан 51. Между трубопроводом 48 и стенкой отверстия в головке 1 блока образована полость 52.
Крышка 53 с маслозаливной горловиной 54 головки 1 блока образует полость 55 и ограничивает перемещение плунжерных втулок 14 и 15, прижатых к ней пружинами 56, образуя зазор между верхними торцами впускных тарельчатых клапанов 2 и выпускных тарельчатых клапанов 3 и плунжерными втулками 14 и 15. Крышка 53 и подпружиненные плунжерные втулки 14 и 15 образуют масляные полости 57, связанные с рабочими объемами плунжерных втулок 14 впускных тарельчатых клапанов 2 и плунжерных втулок 15 выпускных тарельчатых клапанов 3 дроссельными отверстиями 58. Полость 59 гидропривода, в которой расположен кулачковый вал 22 и подшипники 26, сообщается с полостью 55, что обеспечивает слив из гидропривода масла, просочившегося через зазоры в плунжерных парах.
Над корпусом 19 гидропривода выполнена полость 60, образованная кожухом 61, прижатым к корпусу 19 гидропривода винтом 62 (фиг.3) с герметизирующим кольцом 63. Кожух 61 снабжен клапаном двойного действия 64 (фиг.2) или отдельно впускным и выпускным клапанами. Указанная полость 60 связана с полостями, образованными плунжерными втулками 17 и плунжерами 29, а также плунжерными втулками 18 и плунжерами 38, посредством дроссельных отверстий 65, выполненных в двух плунжерных втулках 17 и двух плунжерных втулках 18, расположенных выше уровня плунжерных втулок 14 и 15 (фиг.1).
Герметичность полости 55 (фиг.2) обеспечивается сальниками 12, 66 и герметизацией стыка 67 с помощью герметика или резиновой прокладки. Для слива в картер двигателя (не показан) масла, вытекающего при переполнении масляных полостей 57 и 60, имеется канал 68, связанный с маслосъемной канавкой 69. Через канал 68, полость 55 и патрубок 70, связанный с впускным коллектором двигателя (не показан), производится вентиляция картера двигателя.
Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания с гидроприводом работает следующим образом.
Вращение шкива 24 зубчатым ремнем (не показан) газораспределительного механизма через шпонку 23 приводит во вращение кулачковый вал 22, кулачок 31 (фиг.3) которого через толкатель 30 (фиг.2) перемещает плунжер 29, нагнетая масло через трубопровод 16 в плунжерную втулку 14. При этом впускные тарельчатые клапаны 2 перемещаются вниз, сжимая через сухари 7 и тарелку 8 возвратные пружины 6 и отрываясь от седел 4.
При дальнейшем вращении кулачкового вала 22 кулачок 31 (фиг.3) освобождает толкатель 30 (фиг.2), который под действием плунжера 29, приводимого в движение давлением масла, создаваемым пружиной 6 при перемещении впускного тарельчатого клапана 2, вращает кулачковый вал 22, возвращая ему часть энергии, затраченной на сжатие пружины 6. После посадки впускного тарельчатого клапана 2 на седло 4 перетекание масла по трубопроводу 16 прекращается, и дальнейшее движение плунжера 29 происходит под действием пружины 32 через тарелку 33 и скобу 34. Поскольку часть масла при перемещении впускного тарельчатого клапана 2 теряется, проходя через дроссельные отверстия 58 и 65, а также зазоры в плунжерных парах, перемещение плунжера 29 в конце хода снижает давление в камере, образованной плунжерной втулкой 17 и плунжером 29, до величины давления, создаваемого масляным насосом (не показан) двигателя. При этом масло через отсечной клапан 51, трубопровод 48, канал 47, наклонные каналы 46, кольцевую расточку 42, каналы 43 и подводящие каналы 44, открывая клапан 45, восполняет потери масла, поддерживая в гидросистеме давление масла, равное давлению, создаваемому масляным насосом (не показан), непрерывно прокачивая гидросистему. Масло, протекающее через зазор между плунжерной втулкой 17 и плунжером 29, смазывая и охлаждая толкатель 30, через подшипник 26 попадает также в полость 55, образованную головкой 1 блока цилиндров и крышкой 53 головки блока цилиндров.
Открытие и закрытие выпускных тарельчатых клапанов 3 (фиг.1) управляется кулачком 36 (фиг.3) посредством толкателей 37 и плунжеров 38 аналогично впускным тарельчатым клапанам 2 (фиг.2).
Клапан двойного действия 64, расположенный на кожухе 61 в верхней части полости 60, обеспечивает удержание масла в полости 60 при его засасывании в рабочую полость гидросистемы при остывании двигателя и после достижения разрежения в полости 60, равного перепаду масляного столба, равного высоте расположения отсечного клапана 64 относительно камеры 57. При этом засасывание масла происходит одновременно из камер 57 и 60, препятствуя попаданию воздуха в гидросистему.