КОНСТРУКЦИЯ КЛАПАННОЙ КРЫШКИ НА ГОЛОВКЕ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ARRANGEMENT OF VALVE COVER ON INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER HEAD

Настоящее изобретение касается конструкции клапанной крышки на головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Поступающие в двигателях внутреннего сгорания в их картер картерные газы чаще всего отводятся посредством вентиляции картера, которая встроена в головку блока цилиндров, обычно закрытую клапанной крышкой. Клапанные крышки по конструкции не рассчитаны на высокие давления, которые, например, могли бы возникнуть при повреждении поршня в одном из цилиндров двигателя внутреннего сгорания и соответственно высокой скорости продува, из-за чего может произойти повреждение клапанных крышек.
В US 3115268 описана конструкция или, соответственно, крепление клапанной крышки двигателя внутреннего сгорания, при котором все крепежные болты снабжены винтовыми пружинами сжатия. При этом должно обеспечиваться наиболее равномерное возможное прижимное усилие по окружному уплотнению между клапанной крышкой и головкой блока цилиндров.
Из DE 26 28 692 A1 известно также снижение испускания шума, обусловленного корпусным звуком, путем снабжения крепления клапанной крышки упругими податливыми средствами.
Задачей изобретения является конструктивно простыми средствами обеспечить целенаправленное стравливание возникающего при известных условиях избыточного давления в двигателе внутреннего сгорания.
Решение этой задачи осуществляется с помощью признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные и особенно целесообразные усовершенствования и варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно п. 1 формулы изобретения предлагается конструкция клапанной крышки на головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания по меньшей мере с одним цилиндром, при этом головка блока цилиндров имеет приводимые в действие клапанным распределением газораспределительные клапаны, которые соединены по меньшей мере с одним впускным и выпускным каналом, при этом на головке блока цилиндров посредством нескольких резьбовых соединений зафиксирована по меньшей мере одна клапанная крышка, закрывающая головку блока цилиндров сверху и опосредствованно или непосредственно соединенная по меньшей мере через одно поточное соединение с картером двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно с применением окружного уплотнения. В соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере часть предусмотренных резьбовых соединений на холодной стороне головки блока цилиндров, обращенной по меньшей мере от одного выпускного канала в головке блока цилиндров и вместе с тем обращенной к холодной стороне двигателя, снабжена и/или связана с упруго и/или эластично податливым средством таким образом, что клапанная крышка, в частности определенной областью крышки, при определенном избыточном давлении в картере приподнимается с головки блока цилиндров и/или с уплотнения только в области этой холодной стороны.
То есть другими словами, что все снабженные и/или связанные с упруго и/или эластично податливым средством резьбовые соединения расположены на холодной стороне, обращенной от выпускного канала или выпускных каналов в головке блока цилиндров или, соответственно, противоположной выпускному каналу или выпускным каналам в головке блока цилиндров, которая, в частности, является продольной стороной головки блока цилиндров или, соответственно, крышки блока цилиндров, и воздействуют на клапанную крышку таким образом, что она при определенном избыточном давлении в картере только там, то есть в области холодной стороны, в определенной мере приподнимается с головки блока цилиндров или, соответственно, уплотнения. С помощью этой меры достигается то, что клапанная крышка как таковая действует в качестве предохранительного клапана, однако с целенаправленным направлением оттока картерных газов на холодную сторону двигателя внутреннего сгорания. На стороне головки блока цилиндров или, соответственно, клапанной крышки, образующей горячую сторону двигателя внутреннего сгорания и обращенной от холодной стороны или, соответственно, противоположной холодной стороне, на которой, так же, как и на обычно соединяющих две противоположные стороны с торцевой стороны торцевых или, соответственно, поперечных сторонах, предусмотрены жесткие резьбовые соединения, остается плотная посадка и вместе с тем неизменно поддерживается уплотняющее действие.
Посредством этой предлагаемой изобретением меры, таким образом, достигается то, что клапанная крышка при определенном избыточном давлении приподнимается только целенаправленно на холодной стороне двигателя, так что стравливаемые газы вытекают только в области этой холодной стороны двигателя, благодаря чему опасность воспламенения газа или, соответственно, компонентов газа может значительно сокращаться. Наряду со смачиванием частей газовыпускной системы моторным маслом, с помощью предлагаемого изобретением решения может, таким образом, в частности, также осуществляться профилактика разрушения крышки.
Как уже упомянуто выше, в предпочтительном варианте осуществления речь идет о нескольких расположенных в ряд цилиндрах, так что холодная сторона представляет собой противоположную выпускным каналам продольную сторону головки блока цилиндров и/или клапанной крышки. Тогда противоположная этой холодной продольной стороне горячая продольная сторона при обычно имеющейся прямоугольной или, соответственно, коробчатой конструкции головки блока цилиндров и/или крышки блока цилиндров соединена с холодной продольной стороной через две концевые или, соответственно, торцевые поперечные или, соответственно, торцевые стороны.
При этом у двигателя внутреннего сгорания с прямоточной продувкой соответственно предусмотренные резьбовые соединения, снабженные эластично и/или упруго податливыми средствами, расположены на образующей в этом случае холодную сторону стороне впускных каналов в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, в то время как при поперечной продувке (впускные каналы и выпускные каналы на одной и той же продольной стороне) резьбовые соединения, снабженные эластично и/или упруго податливыми средствами, расположены напротив всех каналов или, соответственно, каналов обеих категорий.
В зависимости от конструктивных условий может быть достаточно, если только по меньшей мере одно резьбовое соединение на указанной холодной стороне снабжено или, соответственно, связано с упруго и/или эластично податливым средством. Но при необходимости также и находящиеся вблизи холодной стороны резьбовые соединения на примыкающих там торцевых или, соответственно, поперечных сторонах могут быть снабжены или связаны с эластично и/или упруго податливым средством.
Эластично и/или упруго податливое средство может представлять собой любой надлежащий накопитель энергии или, соответственно, любой надлежащий пружинящий элемент, например элемент, обладающей эластичностью резины, пакет тарельчатых пружин, и пр. Однако предпочтительно предлагается, чтобы эластично и/или упруго податливое средство представляло собой по меньшей мере один пружинящий элемент, в частности пружинящий элемент сжатия, такой как, например, винтовая пружина сжатия, например, из пружинной стали, который встроен в соответствующее резьбовое соединение таким образом, что оно в смонтированном основном состоянии осуществляет предварительное напряжение примыкающей и/или опирающейся на головку блока цилиндров опорной области клапанной крышки с определенным усилием предварительного напряжения в направлении головки блока цилиндров, причем эта опорная область клапанной крышки при определенном избыточном давлении против усилия пружинящего элемента приподнимается с головки блока цилиндров. В частности, винтовые пружины сжатия в качестве пружинящих элементов могут хорошо согласовываться с требуемым модулем упругости, прочны, устойчивы к старению и термостойки.
По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления для этого предлагается, чтобы резьбовое соединение имело болт, который, например, через образованную краевым фланцем опорную область клапанной крышки ввернут в головку блока цилиндров, при этом через пружинящий элемент проходит стержень болта, выступающий за опорную область клапанной крышки на определенный и/или заданный размер, таким образом, что пружинящий элемент соответственно опосредствованно или непосредственно зажат между выполненным на стержне болта упорным элементом с одной стороны и опорной областью клапанной крышки с другой стороны и действует на опорную область клапанной крышки с определенным или, соответственно, заданным прижимным усилием, представляющим собой усилие предварительного напряжения. С помощью такого рода конфигурации простым образом обеспечивается функционально надежное резьбовое соединение в основном состоянии, которое обеспечивает возможность прочной привязки клапанной крышки к головке блока цилиндров желаемым образом. Но с другой стороны, обеспечивается также функционально надежное действие приподнимания при воздействии определенного избыточного давления описанным выше образом.
По первому особенно предпочтительно конкретному варианту осуществления изобретения предлагается, чтобы выполненный на стержне болта упорный элемент был образован головкой болта, или навертываемой на болт гайкой, или по меньшей мере одним выполненным на стержне болта выступом, например ступенью или, соответственно, кольцевым буртиком или тому подобным, на который опирается пружинящий элемент. При этом получаются разнообразные конструктивные варианты осуществления, которые могут быть легко адаптированы к соответствующему случаю применения.
Особенно предпочтительным является при этом один из вариантов осуществления, в котором пружинящий элемент опирается на опорную область клапанной крышки опосредствованно через подобную пружинной тарелке шайбу, через которую проходит стержень болта. Эта шайба, наряду с ее функцией пружинной тарелки, принципиально обладает также функцией прокладочной шайбы или, соответственно, подкладной шайбы и незакрепленно установлена на стержне болта с возможностью перемещения. Таким образом, в целом с помощью конструкции такого рода получается особенно стабильная и функционально надежная фиксация, с одной стороны, а также, с другой стороны, обеспечивается функциональная надежность при приподнимании соответственно желаемой области клапанной крышки.
По другому особенно предпочтительному варианту осуществления предлагается, чтобы стержень болта был охвачен втулкой, в частности зажимной втулкой, которая в смонтированном резьбовом соединении опосредствованно или непосредственно зажата между головкой блока цилиндров, с одной стороны, и головкой болта или, соответственно, гайкой болта, с другой стороны. С помощью втулки такого рода может особенно простым образом восприниматься усилие предварительного напряжения.
По одному из альтернативных вариантов осуществления для этого пружинящий элемент может быть зажат соответственно между двумя пружинными тарелками, которые надеты на болт или на стержень болта. Кроме того, пружинные тарелки могут иметь соответственно имеющий форму втулки, вдающийся во внутренний периметр винтовой пружины сжатия направляющий участок и радиально отстоящее опорное кольцо. При этом пружины устойчиво к колебаниям удерживаются в своем положении, причем направляющие участки одновременно могут служить отпружинивающими упорами для клапанной крышки.
Удобным для монтажа образом соответствующий болт может быть жестко ввернут в резьбовое отверстие головки блока цилиндров, при этом пружинная тарелка с винтовой пружиной сжатия соответственно стянуты друг с другом посредством самостопорящейся гайки (применение дополнительной контргайки было бы тоже возможно).
Кроме того, соответственно между нижней пружинной тарелкой и обращенной опорной областью клапанной крышки, например фланцем, клапанной крышки может быть вставлена демпфирующая шайба, которая, наряду с функцией дополнительного уплотнения, при обычной эксплуатации двигателя демпфирует также возбуждение потенциальных колебаний.
Наконец, клапанная крышка по меньшей мере в области по меньшей мере одного снабженного и/или связанного с упруго и/или эластично податливым средством резьбового соединения может быть выполнена эластичной и/или быть изготовлена из материала, эластично деформируемого в определенных или, соответственно, заданных пределах, в частности полимерного материала. Благодаря этому клапанная крышка может быть также целенаправленно рассчитана на небольшие нагрузки давления, так что клапанная крышка в рамках эластичности ее конструктивных элементов и/или в сочетании с эластично и/или упруго податливым средством обеспечивает возможность функции целенаправленного стравливания.
Клапанная крышка предпочтительно выполнена в виде охватывающей всю головку блока цилиндров, состоящей из единого материала и/или цельной крышки, но в принципе могла бы быть также образована несколькими особыми отдельными крышками, которые предусмотрены для одного или нескольких цилиндров.
Уплотнение между головкой блока цилиндров и клапанной крышкой предпочтительно незакрепленно расположено между ними, из-за чего возможно сдувание или, соответственно, повреждение уплотнения при приподнимании клапанной крышки в этой области. По одному из альтернативных этому вариантов осуществления предлагается, чтобы уплотнение в смонтированном основном положении по меньшей мере в области по меньшей мере одного, связанного с упруго и/или эластично податливо действующим средством и/или снабженного им резьбового соединения было жестко соединено с головкой блока цилиндров и/или клапанной крышкой или по меньшей мере закреплено там, так чтобы оно при стравливании картерных газов и при приподнимании клапанной крышки по существу оставалось в основном положении и вместе с тем не ухудшалась или, соответственно, не разрушалась плотная посадка или, соответственно, уплотнение. Уплотнение может быть в этом случае, например, склеено с головкой блока цилиндров или клапанной крышкой или же иным образом закреплено там с материальным, и/или силовым, и/или геометрическим замыканием, например проложено и/или зажато в соответствующих пазовых каналах.
Один из примеров осуществления изобретения пояснен подробнее ниже с дополнительными подробностями. На схематичных чертежах показано:
фиг. 1 - примерный заэскизированный вид головки блока цилиндров и клапанной крышки рядного двигателя внутреннего сгорания по принципу прямоточной продувки, с частично жестким и частично упруго податливым резьбовым соединением на клапанной крышке;
фиг. 2 - одно из упруго податливых резьбовых соединений между головкой блока цилиндров и клапанной крышкой в пространственном изображении;
фиг. 3a - сечение по линии III-III, указанной на фиг. 1, одного из связанных с упруго податливым средством резьбовых соединений с пружинящим элементом сжатия, зажатым между головкой болта и опирающейся на фланец, служащий опорной областью клапанной крышки, шайбой;
фиг. 3b - изображение в соответствии с фиг. 3a с клапанной крышкой, приподнятой в случае избыточного давления;
фиг. 4 - сечение по линии IV-IV, указанной на фиг. 1, одного из связанных с упруго податливым средством резьбовых соединений с зажатой между двумя пружинными тарелками винтовой пружиной сжатия.
На фиг. 1 частично обозначена головка 1 блока цилиндров рядного двигателя внутреннего сгорания, например, с четырьмя цилиндрами. Эта головка 1 блока цилиндров сверху закрыта клапанной крышкой 2. Головка 1 блока цилиндров и клапанная крышка 2 на виде сверху имеют примерно прямоугольную форму, с двумя продольными сторонами 3, 4 и двумя поперечными сторонами 5, 6.
В головке 1 блока цилиндров у каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания не изображенным образом предусмотрены впускные клапаны и выпускные клапаны, которые соединены с впускными и выпускными каналами и приводятся в действие не изображенным клапанным распределением. Расположение газораспределительных клапанов и указанных впускных и выпускных каналов выбрано так, что газораспределение происходит по принципу прямоточной продувки; то есть от продольной стороны 3, являющейся впускной стороной (=холодная сторона двигателя), к продольной стороне 4, являющейся выпускной стороной (=горячая сторона двигателя), в соответствии с изображенными на фиг. 1 стрелками 15 и 16.
К впускным каналам известным образом подсоединены воздухораспределительная труба, трубопроводы воздуха для сгорания, наддувочные трубопроводы и пр., в то время как к выпускным каналам подсоединены колена отработавших газов, трубопроводы отработавших газов, при необходимости турбина газотурбинного наддува и пр.
Не изображенный подробно двигатель внутреннего сгорания имеет вентиляцию картера, снабженную по меньшей мере одним внутренним соединением от картера цилиндров к головке 1 блока цилиндров, через которое картерные газы известным образом отводятся к всасывающей системе.
Клапанная крышка 2 из полимерного материала имеет выступающий наружу кольцевой фланец 2a, служащий опорной областью клапанной крышки, снабженный соответствующими отверстиями, посредством которого она с промежуточным использованием уплотнения 7 (фиг. 3) плотно закреплена на плоской опоре 1a головки 1 блока цилиндров посредством нескольких, жестких резьбовых соединений 8 (на фиг. 1 обозначены крестом) и с помощью связанных с эластично и/или упруго податливым средством резьбовых соединений 9.
Жесткие резьбовые соединения 8 (фиг. 1) образованы известными крепежными средствами, такими как, например, ввернутые в резьбовые отверстия головки 1 блока цилиндров болты, или жесткими болтами и навернутыми гайками с промежуточным использованием прокладочных шайб (не изображено). Жесткие резьбовые соединения 8 расположены на «горячей» продольной стороне 4 (на продольной стороне, обращенной к газоотводным каналам в головке 1 блока цилиндров) и на торцевых или, соответственно, поперечных сторонах 5 и 6 в таком количестве и на таких расстояниях друг от друга, что обеспечено плотное, равномерное прилегание клапанной крышки 2 к головке 1 блока цилиндров.
На «холодной» продольной стороне 3 (на продольной стороне впускных каналов) предусмотрены упруго податливые резьбовые соединения 9, которые описаны подробнее ниже.
На фиг. 3a, 3b показан один из особенно предпочтительных вариантов осуществления снабженного или, соответственно, связанного с упруго податливым средством резьбового соединения 9, которое по существу состоит из пружины, выполненной здесь в качестве примера в виде винтовой пружины 11 сжатия, и жестко вставленного или, соответственно, ввернутого в головку 1 блока цилиндров болта 12. Болт 12 имеет головку 17 болта, снабженную кольцевым буртиком 18 головки болта. Начинаясь от головки 17 болта или, соответственно, кольцевого буртика 18, стержень 19 болта, который имеет концевую резьбовую часть, проходит через выполненную здесь в виде фланца 2a опорную область клапанной крышки 2, а также уплотнение 7 до головки 1 блока цилиндров. Чтобы при завертывании болта 12 можно было приложить определенное усилие предварительного напряжения, стержень 19 болта охвачен зажимной втулкой 20 или, соответственно, болт 12 своим стержнем 19 болта проходит через эту зажимную втулку 20, которая опирается между кольцевым буртиком 18 головки 17 болта и краевой областью вокруг резьбового отверстия 1b.
Вокруг зажимной втулки 20 расположена, кроме того, шайба 21, которая предпочтительно выполнена в виде плоской, ровной шайбы, а также предпочтительно опирается в плоскостном контактном соединении на фланец 2a.
Между шайбой 21 и нижней стороной кольцевого буртика 18 головки 17 болта проходит винтовая пружина 11 сжатия, которая, таким образом, в показанном на фиг. 3a смонтированном состоянии прижимает фланец 2a с определенным прижимным усилием, являющимся усилием предварительного напряжения, в направлении опорной поверхности 1a головки 1 блока цилиндров.
Если теперь внутри клапанной крышки 2 установится определенное избыточное давление, клапанная крышка 2 в области резьбовых соединений 9 на холодной продольной стороне 3 может, действуя в качестве предохранительного клапана, приподниматься от опорной поверхности 1a головки 1 блока цилиндров против усилия винтовой пружины 11 сжатия, благодаря чему образуется зазор 22 (фиг. 3b) между клапанной крышкой 2 или, соответственно, фланцем 2a этой крышки, через который газы 23 могут улетучиваться с целью стравливания давления. Это только схематично и примерно изображено на фиг. 3b.
Это стравливание давления приводит к тому, что могут предотвращаться крупные повреждения двигателя внутреннего сгорания, такие как, например, растрескивание клапанной крышки 2, и связанные с этим последствия. Чтобы обеспечить возможность этого приподнимания, предпочтительно предусмотрено, что клапанная крышка 2 выполнена также с возможностью эластичной деформации в определенной мере. Здесь также следует упомянуть, что уплотнение 7, в случае незакрепленно уложенного уплотнения 7, также не может или только частично может приподниматься с головки 1 блока цилиндров, и тогда соответственно может быть также образован зазор 22 между уплотнением 7 и клапанной крышкой 2. Уплотнение 7, в случае такого рода незакрепленно уложенного уплотнения 7, обычно сдувается, так что уплотнение 7 для его фиксации в надлежащем положении при необходимости также в области клапанной крышки 2 или головки блока цилиндров по меньшей мере в отдельных областях может быть закреплено и/или зафиксировано, например, любым надлежащим материальным, и/или силовым, и/или геометрическим замыканием.
В соответствии с показанным на фиг. 4 одним из альтернативных вариантов осуществления резьбовое соединение 9, снабженное и/или связанное с упруго податливым средством, состоит по существу из зажатой между двумя пружинными тарелками 10 винтовой пружины 11 сжатия из пружинной стали с определенным модулем упругости и жестко вставленного в головку 1 блока цилиндров болта 12 с навернутой, выполненной самостопорящейся гайкой 13.
Пружинные тарелки 10 в поперечном сечении (фиг. 3) выполнены в форме шляпы и имеют здесь имеющий форму втулки направляющий участок 10a и радиально отстоящее опорное кольцо 10b. Направляющий участок 10a установлен на стержне болта 12 по существу с геометрическим замыканием или, соответственно, на расстоянии определенного кольцевого зазора и одновременно образует наружную направляющую для охватывающей его винтовой пружины 11 сжатия.
Болт 12 жестко ввернут в резьбовое отверстие 1b, выполненное в головке блока цилиндров на ее опорной поверхности 1a, и имеет отстоящий вверх стержень, на который в ходе монтажа после укладки уплотнения 7 (которое при необходимости по меньшей мере в отдельных областях резьбовых соединений 9 жестко склеивается с головкой 1 блока цилиндров или закрепляется там иным образом с геометрическим, и/или материальным, и/или силовым замыканием) и надевания клапанной крышки 2 с фланцем 2a надвинуты демпфирующая шайба 14, нижняя пружинная тарелка 10 с направленным вверх направляющим участком 10a, винтовая пружина 11 сжатия и верхняя пружинная тарелка 10 с отстоящим вниз направляющим участком 10a. После этого устанавливается гайка 13.
Гайка 13 этого резьбового соединения 9 навертывается так, что при определенном предварительном напряжении винтовой пружины 11 сжатия еще остается осевое расстояние s между направляющими участками 10a пружинной тарелки 10, которое допускает приподнимание продольной стороны 3 клапанной крышки 2 при определенном избыточном давлении внутри клапанной крышки 2. Обращенные друг к другу торцевые стороны направляющих участков 10a могут при необходимости служить отпружинивающим упором.
В результате при указанном определенном избыточном давлении «горячая» продольная сторона 4 и по существу поперечные стороны 5 и 6 клапанной крышки 2 остаются сомкнутыми, в то время как клапанная крышка 2 на «холодной» продольной стороне 3 приподнимается, действуя в качестве предохранительного клапана, и осуществляет снижение давления, которое способствует тому, что предотвращаются крупные повреждения двигателя внутреннего сгорания, такие как, например, растрескивание клапанной крышки 2, и связанные с этим последствия. Для этого клапанная крышка 2 выполнена с возможностью эластичной деформации в определенной мере.
Изобретение не ограничено описанными примерами осуществления. Напротив, для специалиста возможны свободные модификации в рамках пунктов формулы изобретения.
Например, в случае снабженного упруго податливым средством резьбового соединения 9, показанного на фиг. 4, вместо самостопорящейся гайки 13 может применяться простая гайка и вторая контргайка. Вместо жесткого болта 12 могли бы быть также применены самостопорящиеся или дополнительно застопоренные болты соответствующей длины.
Наряду с предпочтительным применением винтовых пружин 11 сжатия, в описанных выше вариантах осуществления могли быть бы также применены обладающие эластичностью резины пружинящие элементы, пакеты тарельчатых пружин или иные пружинящие элементы, которые обеспечивают возможность целенаправленного приподнимания указанной продольной стороны 3 клапанной крышки 2.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Головка блока цилиндров
1a Опорная поверхность
1b Резьбовые отверстия
2 Клапанная крышка
2a Фланец
3 «Холодная» продольная сторона
4 «Горячая» продольная сторона
5 Поперечная сторона
6 Поперечная сторона
7 Уплотнение
8 Жесткие резьбовые соединения
9 Резьбовые соединения, связанные с упруго податливыми средствами
10 Пружинная тарелка
10a Направляющие участки
10b Опорное кольцо
11 Винтовая пружина сжатия
12 Болт
13 Гайка
14 Демпфирующая шайба
15 Стрелка впуска
16 Стрелка выпуска
17 Головка болта
18 Кольцевой буртик
19 Стержень болта
20 Зажимная втулка
21 Шайба
22 Зазор
23 Картерные газы