УСТРОЙСТВО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
ICE VALVE FLUID CONTROL DRIVE (VERSIONS)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в приводе впускного или выпускного клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания.
Известен механизм привода клапанов ДВС с возможностью возвратно-поступательного движения впускных или выпускных клапанов, под давлением жидкости гидравлической системы (патент US №5694893 A, 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 кроме того, 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.
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 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 устройству 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 имеет сложную конструкцию, 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 повышении надежности работы двигателя за счет исключения удара клапана о поршень ДВС и снижения шума при работе двигателя.
Технический результат (вариант 1) 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 поршень представляет собой цилиндр с перемычкой меньшего диаметра в средней его части и имеет внутреннюю полость, открытую в верхней части, в перемычке выполнены радиальные окна, сообщающие внутреннюю полость поршня с питающим каналом, при расположении поршня в нижней мертвой точке его верхняя цилиндрическая часть перекрывает питающий канал.
В средней части корпуса гидроцилиндра выполнена кольцевая полость, охватывающая радиальные окна и сообщенная с питающим каналом.
Технический результат (вариант 2) 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 поршень представляет собой цилиндр, имеет внутреннюю полость, открытую в верхней части, в его средней по высоте части выполнены радиальные окна, сообщающие внутреннюю полость поршня с питающим каналом, при расположении поршня в нижней мертвой точке радиальные окна сообщают питающий канал с полостью головки блока цилиндров ДВС.
В средней части корпуса гидроцилиндра имеется кольцевая полость, охватывающая радиальные окна и сообщенная с питающим каналом.
На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке (вариант 1).
На фиг. 2 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в нижней мертвой точке (вариант 1).
На фиг. 3 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке (вариант 2).
На фиг. 4 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в нижней мертвой точке (вариант 2).
Устройство гидравлического привода клапана ДВС содержит корпус 1, полость которого образует гидроцилиндр. Корпус 1 закреплен на головке блока цилиндров двигателя (на фигуре 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 гидроцилиндр сообщен с каналом слива рабочего тела (масла) 4. В средней части корпуса 1 гидроцилиндра имеется кольцевая полость питания 5, соединенная с питающим каналом 6.
По первому варианту поршень 2 выполнен с переменным по высоте диаметром и состоит из верхнего и нижнего цилиндров одинакового диаметра, в средней части соединенных цилиндрической перемычкой меньшего диаметра. Поршень 2 имеет внутреннюю полость 7, открытую в верхней части. В цилиндрической перемычке поршня 2 выполнены радиальные окна 8, сообщающие кольцевую полость питания 5 с внутренней полостью 7 поршня 2. Нижняя часть поршня 2 имеет цилиндрический толкатель 9 для контакта с клапаном 3 ДВС. При расположении поршня 2 в нижней мертвой точке его верхняя цилиндрическая часть перекрывает кольцевую полость питания 5 и, следовательно, питающий канал 6. Это достигается за счет того, что расстояние между нижним торцом верхней цилиндрической части поршня 2 и нижней границей полости питания 5 гидроцилиндра при положении поршня 2 в верхней мертвой точке равно ходу L клапана 3 ДВС. Такое взаимное положение элементов гидроцилиндра корпуса 1 и поршня 2 обеспечивает перекрытие канала питания 6 и полости питания 5 при положении поршня в нижней мертвой точке в момент достижения клапаном 3 ДВС максимального подъема, равного ходу L клапана 3 ДВС.
По второму варианту поршень 2 представляет собой цилиндр и имеет внутреннюю полость 7, открытую в верхней части. В средней части поршня 2 выполнены радиальные окна 8, сообщающие питающий канал 6 через кольцевую полость питания 5 с внутренней полостью 7 поршня 2. При расположении поршня 2 в нижней мертвой точке радиальные окна 8 сообщают питающий канал 6 с полостью головки блока цилиндров ДВС. Это достигается тем, что расстояние между нижней кромкой окна 8 и нижнем торцом гидроцилиндра корпуса 1 при положении поршня 2 в верхней мертвой точке равно ходу L клапана 3 ДВС. Такое взаимное положение элементов гидроцилиндра корпуса 1 и поршня 2 обеспечивает соединение внутренней полости 7 поршня 2 через радиальные окна 8 с полостью низкого давления головки блока цилиндров (на рисунке не показано) в нижней мертвой точке.
Работает устройство гидравлического привода клапана ДВС следующим образом.
Питающий канал 6 соединяется с резервуаром (на фигуре не показан), в котором рабочее тело находится с высоким давлением. Длительность соединения определяется режимом работы электромагнитного питающего клапана (на фигуре не показан). При положении поршня 2 гидроцилиндра в верхней мертвой точке (фиг. 1 и фиг. 3) рабочее тело, например масло, по питающему каналу 6 поступает в кольцевую полость питания 5, далее через радиальные окна 8 во внутреннюю полость 7 поршня 2. Давление рабочего тела в полости гидроцилиндра возрастает, в результате чего поршень 2 перемещается вниз. Поршень 2 посредством толкателя 9 воздействует на клапан ДВС 3, открывая его.
В положении поршня 2 в нижней мертвой точке (фиг. 2 вариант 1) верхняя цилиндрическая часть поршня 2 перекрывает кольцевую полость питания 5 и питающий канал 6, в результате подача рабочего тела (масла) в гидроцилиндр прекращается, что приводит к остановке поршня 2 в момент максимального открытия клапана 3 ДВС, когда между клапаном 3 ДВС и поршнем ДВС (на фигуре не показан) остается гарантированный зазор, что предотвращает механический контакт этих элементов и приводит к повышению надежности и долговечности работы гидравлического привода клапана 3 ДВС.
После остановки поршня 2 гидроцилиндра в нижней мертвой точке питающий канал 6 посредством, например, электромагнитного питающего клапана отсекается от резервуара с высоким давлением рабочего тела. Для осуществления движения поршня 2 к верхней мертвой точке канал слива 4 сообщается с полостью низкого давления головки блока цилиндров ДВС посредством, например, электромагнитного сливного клапана.
Особенность работы устройства гидравлического привода клапана 3 ДВС по второму варианту заключается в следующем (фиг. 4). При движении поршня 2 в нижнюю мертвую точку радиальные окна 8 сообщают питающий канал 6 через внутреннюю полость 7 с полостью низкого давления головки блока цилиндров ДВС, при этом осуществляется слив рабочего тела (масла) в полость головки блока цилиндров ДВС. Давление в полости гидроцилиндра снижается, что ограничивает ход поршня 2 гидроцилиндра, при этом клапан 3 ДВС не ударяется о поршень двигателя, что также приводит к повышению надежности и долговечности работы поршня и клапана 3 ДВС.