Направляющая втулка клапана двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в двигателях внутреннего сгорания стационарных и передвижных установок.
Известна направляющая втулка клапана двигателя внутреннего сгорания, содержащая уплотнительные канавки на поверхности отверстия под стержень клапана, последние заполнены веществом, представляющим продукт нагарообразования в двигателях внутреннего сгорания или близким к нему по химическому составу (SU 1754912 Al, F01L 3/08, F01M 9/10, опубл. 15.08.1992 г.).
Недостатками известной направляющей втулки является то, что масло попадает в пару трения втулка-стержень клапана хаотически самотеком из надклапанной полости головки цилиндра в связи, с чем нет возможности контролировать объем подаваемого масла; нагар, образующийся в канавках втулки, сильно ухудшает процесс теплоотдачи тепла от стержня к втулке, т.к. нагарообразование имеет очень низкую теплопроводность, что приводит к сильному тепловому расширению стержня клапана и уменьшению гарантированного рабочего зазора между втулкой и стержнем клапана.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является головка цилиндров теплонагруженного двигателя, содержащая выпускной клапан с направляющей втулкой, в нижней части которой имеется расширительная полость, сообщенная с воздухоподводящей магистралью, в верхней части стержня клапана в зоне торца направляющей втулки выполнена дополнительно маслоприемная кольцевая проточка, пересекаемая плоскостью верхнего торца направляющей втулки, а полость кольцевой проточки сообщена посредством выполненной на стержне клапана продольной винтовой канавки с расширительной полостью в нижней части направляющей втулки, причем объем продольной канавки составляет приблизительно 0,1 объема расширительной полости (RU 2005892, F01L 3/08, F01M 9/10, 26.08.1991 г.).
Недостатки данной конструкции
масло подается под действием циклической механической работы газораспределительного механизма в связи, с чем увеличивается нагрузка на весь газораспределительный механизм;
масло по длине втулки распространяется не по всей поверхности, а только по спиральной канавке на стержне клапана;
нет полости для выхода масла из втулки, вследствие чего происходит термическое разложение масла (нагар) в спиральной канавке на стержне клапана;
нагар, образующийся в канавке втулки, сильно ухудшает процесс теплоотдачи от стержня к втулке, т.к. нагарообразование имеет очень низкую теплопроводность, что приводит к сильному тепловому расширению стержня и уменьшению гарантированного рабочего зазора между втулкой и стержнем клапана.
Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в уменьшении износа пары трения втулка-стержень клапана за счет длительного сохранения изначально установленного зазора в паре трения в пределах 0,06-0,09 мм путем эффективного охлаждения и смазки стержня клапана.
Технический результат достигается тем, что в направляющей втулке клапана двигателя внутреннего сгорания, содержащей в нижней части расширительную полость, выполненную на внутренней поверхности отверстия втулки, причем на внутренней поверхности отверстия в зоне между расширительный полостью и верхним торцем направляющей втулки выполнена канавка трапециевидной формы, сопряженная с радиальным отверстием подачи масла от общей маслосистемы двигателя, а диаметрально противоположно отверстию подачи масла на внешней поверхности направляющей втулки в осевом направлении от сквозного радиального отверстия выполнен канал для отвода масла в надклапанную полость двигателя; расширительная полость выполнена в виде кольца прямоугольной формы; при этом направляющая втулка клапана двигателя внутреннего сгорания выполнена из чугуна.
Устройство поясняется фигурами, где
фиг. 1 - общий вид направляющей клапана двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
фиг. 3 - вид Б на фиг. 1;
фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.
Направляющая втулка 1 клапана 2 двигателя внутреннего сгорания 3 (ДВС) содержит в нижней части расширительную полость 4, выполненную на внутренней поверхности отверстия 5, и кольцевую канавку 6 трапециевидной формы, расположенную между расширительной полостью 4 и верхним торцем 7 направляющей втулки 1, которая сопряжена с радиальным отверстием 8 подачи масла 9 от общей маслосистемы 10 двигателя внутреннего сгорания 3 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4). Диаметрально противоположно радиальному отверстию 8 подачи масла 9 на внешней поверхности 11 направляющей втулки 1 в осевом направлении от сквозного радиального отверстия 12 (фиг. 2, Фиг. 4), сопряженного с расширительной полостью 4 до верхнего торца 7 направляющей втулки 1, выполнен продольно выпускной канал 13 для отвода масла 9 в надклапанную полость (на схеме условно не показано) ДВС 3.
Кольцевая канавка 6 трапециевидной формы для равномерной подачи масла 9 спрофилирована с целью более равномерного формирования масляной пленки 14 (фиг. 1, фиг. 3) в зазоре пары трения направляющей втулки 1 стержень 15 клапан 2. Расширительная полость 4 сбора масла 9 выполнена в виде кольца в сечении, имеющем прямоугольную форму для более эффективного сбора масла 9 со стержнем 15 клапана 2 и отвода его в продольный выпускной канал 13 (фиг. 4). Диаметр радиального отверстия 8 и радиального отверстия 12, а также размеры продольно выпускного канала 13 рассчитаны на необходимый наиболее эффективный расход масла 9.
Позиционирование радиального отверстия 8 и радиального отверстия 12 по длине направляющей втулки 1 также и их взаимно диаметральное расположение обусловлено и рассчитано для максимально эффективного распространения масла 9 по всей рабочей плоскости пары трения втулка 1-стержень 15 клапана 2. При этом направляющая втулка 1 выполнена из чугуна.
2
Устройство работает следующим образом. Выпускной клапан 2 приводится в движение с распределительным механизмом (не показан) в соответствие с фазами газораспределения. Масло 9, подаваемое из маслосистемы 10 двигателя внутреннего сгорания 3, под давлением через отверстие 8 попадает в кольцевую канавку 6 и равномерно распределяется по всему диаметру стержня 15 клапана 2. Возвратно-поступательное движение стержня 15 равномерно распределяет масло 9 по всей поверхности пары трения втулка 1-стержень 15 клапана 2. Масло скапливается в расширительный бак, под действием существующего давления через отводное радиальное отверстие 12 поступает в продольно выпускной канал 13 и свободно вытекает в надклапанную полость головки цилиндра (условно не показано). При этом происходит принудительная прокачка (обновление) масла 9 в паре трения втулка 1-стержень 15 клапана 2, которое обеспечивает эффективный отвод тепла от стержня 15 вследствие постоянного движения масла 9 (с давлением (4,0-6,0) кгс/см), которое помимо смазывающего действия осуществляет еще и эффективное охлаждение стержня 15 и направляющей втулки 1. Продольно выпускной канал 13 свободно связан с надклапанной полостью головки цилиндра, имеющей атмосферное давление, тогда и давление масла 9 в кольцевой канавке 6 также падает до атмосферного, что исключает попадания масла 9 из расширительной полости 4 в выпускную систему двигателя.
Так как данная конструкция направляющей втулки 1 применима только для выпускных клапанов 2, где со стороны камеры сгорания присутствует постоянное избыточное давление выхлопных газов двигателя и соответственно постоянно существует газодинамический подпор нижнего торца 16 направляющей втулки 1, что полностью исключает попадания масла 9 из расширительной полости 4 в выпускную систему двигателя и расход масла 9 на угар отсутствует.