Направляющая втулка клапана двигателя внутреннего сгорания

 

1. НАПРАВЛЯЩАЯ ВТУЛКА КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО сквозным отверстием,содержащая внутреннюю цилиндрическую поверхность с расширякмцимся участком в виде усеченного конуса, отличающаяся тем, что, с целью повышения работоспособности, максимальный наклон под углом oL образующей усеченного конуса к оси направляющей втулки ограничен пределами 0,0004 -tgo(iO,02. to | CD оо

а9) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(5П Г О1 1. 3 ОВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2818856/25-Об (25) 32&5921 (22) 28.08.79 (46) 07.06.83. Бюл. Ф 21 (72) И.Я. Воробьев, Д.П. Банников и А ° А ° Петухов (53) 621.431.3(088.8) (56) 1. Автомобильные и тракторные двигатели (теория, системы питания, конструкции и расчет). Под. ред. проф. И.М. Ленина. М., Высшая школа, 1969, с. 572, рис ° 404.

Г- -"...:—

ТЕНИЯ " (54) (57) 1. НАПРАВЛЯЮЩАЯ ВТУЛКА КуудщНА

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ сО сквозным отверстием, содержащая внутреннюю цилиндрическую поверхность с расширяющимся участком в виде усеченного конуса, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения работоспособности, максимальный наклон под углом с(.образующей усеченного конуса к оси направляющей втулки ограничен пределами

0,0004 т+ЯЪ(0,02

1021793

2.Втулкапоп.1,отличаю щ а я с я тем, что расширяющийся участок расположен со. стороны коромысла.

3. Втулка по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ .а я с я тем, что поверхность усеченного конуса сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью через переходной конус.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания.

Известны направляющие втулки клапанов двигателя внутреннего сгорания со сквозным отверстием, содержащие цилиндрическую поверхность с расширяющимся участком в виде усеченного конуса (1) .

Однако при перекосе стержня клапана в направляющей втулке от экс. центрично приложенной радиальной нагрузки возникает еще одна радиальная нагрузка, являющаяся равнодействующей силы давления от диаметрально противоположного тачке контакта масляного клина и сил присасывания к точке контакта иэ-эа ограничения поступления смазки и ее отсоса из ,зоны контакта через расширяющийся книзу клин. Таким образом, эона контакта оказывается под большим удельным давлением с минимальным слоем смазки (возможно и разрушение смазочного слоя) и зоной интенсивного теплоподвода от сил трения. Неудовлетворительный теплоотвод из зоны контакта приводит к повышенному износу направляющей втулки.

Целью изобретения является повышение работоспособности направляющей втулки.

Цель достигается тем, что в направляющей втулке клапана двигателя внутреннего сгорания со сквозным отверстием, содержащей внутреннюю цилиндрическую поверхность с расширяющимся участком в виде усеченного конуса, максимальный наклон под углом о образующей усеченного конуса к оси направляющей втулки ограничен пределами

О, 0004 с Фф(0, 02.

Причем расширяющийся участок расположен со стороны коромысла.

Кроме того, поверхность усеченного конуса сопряжена с внутренней

4. Втулка по п. 3, о т. л и ч а ю= щ а я с я тем, что поверхность переходного конуса сопряжена с поверхностью усеченного конуса по радиусу.

5. Втулка по пн. 3 и 4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что поверхность переходного конуса сопряжена с внут-. ренней цилиндрической поверхностью по радиусу.

2 цилиндрической поверхностью через переходной конус.

При этом поверхность переходного конуса сопряжена с поверхностью усеченного конуса по РадиусуК тому же поверхность конуса со- пряжена с внутренней цилиндрической поверхностью по радиусу.

Это позволяет уменьшить величины удельных давлений эа счет увеличения и ускорения развития площади контакта, обеспечить постоянную гидродина.мическую смазку поверхностей контакта за счет образования гидродинамичес-, кого клина в зоне контакта и эффективное охлаждение поверхностей контакта путем периодической смены гидродинамического масляного клина в зоне контакта.

На фиг. 1 представлена направля2() ющая втулка в сборе со стержнем клапана и коромыслом, продольный разрезу на фиг. 2 — направляьщая втулка, продольный разреэ1 на фиг.3 схема сил, приложенных к стержню 5 клапана в начале его перемещения вниз.

Направляющая втулка 1 имеет наружную поверхность 2 и сквозное отверстие 3 с продольной осью, содержащее цилиндрическую поверхность 4 и расширяющийся участок в виде усеченного конуса 5, расположенного со стороны коромысла 6 клапана.

З5 Сквозное отверстие 3 схватывает стержень 7 клапана с торцем 8 контактирующим с коромыслом 6. Odpaэующая конуса 5 контактирует в точке .9 со стержнем 7 клапана и наклонена к продольной оси сквозного отверстия 3 под уголом ц .

Минимальная величина угла с . выб.рана такой, что в любой момент (от

45 .начала приработки и до конца эксплу .атации) равна или больше угла, величина тангенса которого равна

1021793 где о — внутренний диаметр цилиндрической поверхности сквозного отверстия; д - наружный .диаметр стержня клапана;

- длина направляющей втулки; и — высота усеченного конуса сквозного отверстия направ-ляющей втулки.

При этом выполнение усеченного конуса 5 с таким углом обеспечива- 10 ет наличие масляного клина с оптимальным профилем.

Экспериментально найденные величины угла Q, обеспечивающие получение заметного эффекта при испытани- 35 ях двигателя Д-240, лежат в пределах

0,001<4цсИ0,02, при этом оптимум для зазора по чертежам двигателя находится в.пределах 0,0035-0,0085. Направляющая втулка 1 на фиг. 2 вклю- ;щ чает те же элементы, что и на фиг. 1

Усеченный конус 5 сопрягается с цилиндрической поверхностью 4 сквозного отверстия 3 переходным конусом

10, при этом поверхность каждого усеченного конуса плавно сопряжена с остальными участками сквозного отверстия по радиусу.

Направляющая втулка работает следующим образом.

Направляющая .втулка 1 клапана за. Фиксирована на поверхности 2 в головке блока цилиндров. Стержень 7 клапана, приводимого от распределительного вала через толкатель, штан-. гу и коромысло 6, начинает перемещаться вниз, преодолевая осевую силу Р сопротивления ° Сила Р складывается в основном иэ сил инерции клапана в сборе с пружинами, тарелкой и . сухарями, силы от разности давлений 40 газа снизу и сверху тюльпана клпана, сил трения и сил сжатия клапанных . пружин. Величина силы Р изменяется по углу поворота распределительного вала и от других обстоятельств (например фазы начала открытия клапана, качества смазки сопряжения и пр, ) в широких .пределах. Боек коромысла б, передающий осевое усилие Р на торец

3 стержня 7, перемещается в радиаль- о ном направлении по плоскости торца .8.

Это приводит к возникновению и передаче стержню 7 клапана радиального усилия% -У ° Р(f- коэффициент трения), величина которого изменяется как по величине, так и по направ.лению.

Начало перемещения вниз стержня

7 сопряжено с его поворотом в сторону действия силы RB . При полном отсут ствии смазки стержень 7 в точке 9 контактирует с направляющей, втулкой

1, перемещаясь относительно нее. Поскольку угол й. равен или больше угла, равного Огс1д ††вЂ, то стерВ-d

-Г-Ь 65 жень 7 или ляжет своей образующей на образующую усеченного конуса 5, или между ними будет иметь место раскрывающийся кверху (в сторону бойка коромысла) воздушный клин. В первом случае исходная поверхность кон-. такта сразу же достаточна, чтобы удельное давление стало допустимыи, в другом случае имеет место приработка. Но приработка данной направляющей втулки 1 происходит при более интенсивном развитии площади контакта и при значительно меньшем.снятии с нее материала, при более бла- гоприятной против износа форме контактирующей в точке 9 кромки на направляющей втулке 1 и при наличии . вентиляции воздуха около контактных зон, обеспечиваемой силами сцепления с воздухом стержня, подкачивающим эффектом тарелки клапана и наличием между поверхностями стержня 7 и усеченного конуса 5 клина, раскрытого навстречу перемещению стержня.

При наличии (без принудительной ее подачи) смазки в зазоре между направляющей втулкой l и стержнем 7 работа сопряжения существенно изменяется. При движении стержня 7 вниз и перекосе его в плоскости качания коромысла от радиальной нагрузки R> между сопрягаемыми поверхностями втулки 1 и стержня 7 образуются клиновые эоны инжекции и эжекции смазки. Т.е. при каждом ходе клапана между контактирующими под углом поверхностями усеченного конуса 5 и стержня 7 (за счет сил сцепления и скорости перемещения стержня 7 относительно втулки 1) вгоняется и при обратном ходе выбрасывается масляный клин. Так со стороны, диаметрально противоположной контакту в точке 9, имеет место инжектируемый масляный клин, создающий дополнительную радиальную нагрузку К . в направлении площади контакта; со стороны контакта в точке 9 между поверхностью 4 цилиндра и стержнем 7 образуется. клиновая эона, расширяющаяся в направлении движения стержня 7, из которой смазка уносится, и поэтому возникает- раз- . режение, обеспечивакхцее присасывающее усилие Rä в направлении контакта 9. Поскольку величина радиально возмущающей силы (1й и скорость перемещения стержня 7 относительно направляющей втулки 1 изменяются по величине и направлению во время хода клапана, гидродинамические масляные клинья и сила также изменяются, вызывая усиление или ослабление действия радиально возмущающей силы.

Однако одновременно с проявлением сил Кэ, (и к „ в сопряжении с втулками известных конструкций в

1Q21793

Составитель В. Анфимов

Редактор В. Данко Техред N.Тепер Корректор В. Бутяга

Заказ 3998/23 Тираж 535 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 предлагаемой -направляющей втулке 1 за счет предусмотренной клиновой эоны между поверхностями стержня 7 и усеченного конуса 5 возникает гидродинамическая сила 11ГА,имеющая на- 5 правление, противоположное силе К А, и уравновешивающая все силы, действующие в направлении контакта, что обес. печивает наличие масляного слоя между поверхностями стержня 7 и направляющей втулки 1 при движении стержня 7 вниз.

Кроме того, наличие давления в надконтактной зоне и разрежения в подконтактной зоне создают условия для смены смазки в зоне контакта, а 15 значит исключают возможность выгорания смазки, и обеспечивают охлаждение эоны контакта. Движение клапана вверх не рассматривается, так как не влияет на работоспособность направляющей втулки.

Стендовые ускоренные испытания направляющих втулок двигателя Д-240, выполненных таким образом, показали, что величины их износов на базовом режиме специально разработанной методики были ниже более, чем в 20 раз, в сравнении с втулками известной конструкции из того же материала (антнфрикционный серый чугун марки АСЧ-2).