Гидравлический привод клапанов двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для совершенствования характеристик двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортного и промышленного назначения. Гидравлический привод содержит гидронасос и аккумулятор давления, напорную и сливную магистрали, которые с помощью управляемого электромагнитом золотника-распределителя попеременно сообщаются с исполнительным гидроцилиндром, поршень которого воздействует на клапан ДВС с целью его открытия. С целью исключения ударного контакта клапана с поршнем ДВС при возможных сбоях в системе управления привода предусмотрен дополнительный плунжер-золотник, перемещаемый кулачком распределительного вала, обеспечивающий полную синхронность работы клапанного и кривошипно-шатунного механизмов. Для четкого ограничения максимального подъема клапана и обеспечения плавной посадки клапана в седло в гидроцилиндре выполнена демпфирующая камера, образованная кольцевой выточкой в гидроцилиндре и кольцевым выступом на его поршне. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к клапанным механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающим возможностью перенастройки фаз газораспределения.

Известны гидравлические приводы клапанов ДВС [1-14], содержащие индивидуальные гидроцилиндры с установленными в них рабочими поршнями, оказывающими силовое воздействие непосредственно на стержень клапана ДВС, приводимыми в действие гидравлическими устройствами, создающими давление рабочей жидкости на рабочий поршень, с электромагнитными и гидромеханическими элементами управления.

В этих устройствах не обеспечен достаточный уровень безотказности, поскольку максимальное перемещение рабочего поршня вместе с клапаном ДВС, определяемое соотношением усилия клапанной пружины и кинетической энергии подвижных частей, не является постоянным и может вызвать недопустимую перегрузку клапанной пружины и избыточный подъем клапана. Кроме этого, не в полной мере достигается эффективность рабочего процесса ДВС, поскольку не предусматривается изменение фаз газораспределения в достаточно широких пределах.

Известен гидравлический привод клапанов ДВС [15], содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС.

Однако указанный привод также не обладает требуемой безотказностью и долговечностью. В нем не предусмотрено четкого ограничения максимального хода рабочего поршня в пределах допустимой нагрузки на клапанную пружину. Не обеспечивается надежной синхронизации перемещения клапанов с работой кривошипно-шатунного механизма (КШМ). При возможных сбоях в работе электромагнитов и золотников-распределителей возможны зависание клапана и его ударный контакт с поршнем ДВС в верхней мертвой точке (ВМТ). Устройство не обеспечивает также плавной безударной посадки клапанов в свои седла.

Технической задачей изобретения является повышение безотказности работы гидравлического привода клапанов ДВС при регулируемой продолжительности открытого состояния клапанов путем ограничения максимального хода рабочего поршня, надежного обеспечения синхронности перемещения клапана и работы КШМ, исключающей ударный контакт клапанов с поршнем, а также повышение долговечности механизма за счет достижения плавной безударной посадки клапана в свое седло.

Технический результат достигается тем, что в устройство "Гидравлический привод клапанов ДВС", содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС, в напорную и сливную магистрали дополнительно встроен подпружиненный плунжер-золотник, опирающийся на кулачок распределительного вала ДВС.

Кроме этого на внутренней поверхности гидроцилиндра выполнена кольцевая выточка, а на наружной поверхности рабочего поршня в ее центральной части образован кольцевой поясок, наружный диаметр которого равен большему диаметру кольцевой выточки гидроцилиндра. Высота последней равна сумме высоты кольцевого пояска на поршне и максимального хода клапана ДВС, причем в верхней и нижней частях кольцевой выточки гидроцилиндра выполнены каналы диаметром, равным части хода клапана ДВС, сообщающиеся со сливной магистралью.

В стенке рабочего поршня по обе стороны от кольцевого пояска на расстоянии, соответствующем максимальному ходу клапана ДВС, образованы по меньшей мере по одному дросселирующему отверстию.

На чертеже представлен гидравлический привод клапана ДВС, содержащий резервуар 3 с запасом рабочей жидкости, гидронасос 2 с редукционным клапаном 3, аккумулятор давления 4, который сообщается с напорной магистралью 5, сливную магистраль 6, соединенную с резервуаром 1, управляемый электромагнитом 7 золотник-распределитель 8, гидроцилиндр 9, в котором установлен рабочий поршень 10, находящийся в контакте с клапаном 31.

На наружной поверхности рабочего поршня образован кольцевой поясок 12, а на внутренней поверхности гидроцилиндра выполнена кольцевая выточка 13, причем в верхней и нижней частях кольцевой выточки гидроцилиндра выполнены каналы 14, сообщающие ее со сливной магистралью 6. В стенке пустотелого рабочего поршня 10 имеются дросселирующие отверстия 15.

Напорная 5 и сливная 6 магистрали подключены к подпружиненному плунжеру-золотнику 16, опирающемуся на кулачок распределительного вала 17, имеющего жесткую кинематическую связь с коленчатым валом ДВС. Клапан ДВС 11 имеет пружину 18.

Гидравлический привод клапанов ДВС работает следующим образом.

Приводимый от ДВС гидронасос 2 закачивает рабочую жидкость из резервуара 1 в аккумулятор давления 4, максимальное давление в котором поддерживается редукционным клапаном 3. При этом выход жидкости из аккумулятора давления 4 к золотнику-распределителю 8 перекрывается подпружиненным плунжером-золотником 16, а выточка на плунжере-золотнике обеспечивает сообщение полости гидроцилиндра 9 со сливной магистралью 6, в связи с чем пружина 18 удерживает клапан 11 в закрытом состоянии. При набегании кулачка распределительного вала 17 на плунжер-золотник 16 последний перекрывает один из выходов жидкости из гидроцилиндра 9 в сливную магистраль 6, и золотник-распределитель 8 сообщается с аккумулятором давления 4 через напорную магистраль 5. При подаче синхронизированного с положением КШМ электропитания в обмотку электромагнита 7, золотник-распределитель 8 полностью изолирует гидроцилиндр 9 от сливной магистрали 6 и соединяет его только с напорной магистралью 5, в которую подана жидкость из аккумулятора давления 4. Под действием давления жидкости рабочий поршень 10 перемещается и, воздействуя на клапан 11, открывает его. При этом рабочая жидкость через дросселирующие отверстия 15 заполняет полости между кольцевым пояском 12 на рабочем поршне и кольцевой выточкой 13 в гидроцилиндре 9. В связи с тем, что эти полости сообщаются со сливной магистралью через каналы 14, диаметр которых существенно больше диаметра дросселирующих отверстий 15, то давление в этих полостях остается близким к давлению в сливной магистрали и не препятствует перемещению рабочего поршня.

При прекращении электропитания электромагнита 7 подпружиненный золотник-распределитель 8 перекрывает подачу высокого давления в гидроцилиндр 9 и сообщает его со сливной магистралью 6. Рабочий поршень 10 вместе с клапаном 11 продолжает двигаться по инерции, за счет чего перекрывается нижнее дросселирующее отверстие 15, а кольцевой поясок 12 начинает перекрывать каналы 14. Последнее вызывает интенсивное повышение давления в полости кольцевой выточки 13, оказывающее демпфирующее действие на подвижные массы и определяющее плавное, но четкое ограничение максимального перемещения рабочего поршня в установленных пределах.

После гашения кинетической энергии подвижных масс и остановки клапана 11 пружина 18 обеспечивает возвратное его движение, вытесняя рабочую жидкость через золотник-распределитель 8 в сливную магистраль 6. При этом нарастающее сопротивление выходу жидкости из уменьшающего объема верхней демпфирующей полости кольцевой выточки гидроцилиндра, обусловленное перекрытием каналов 14, вызывает рост давления в ней и обеспечивает плавную безударную посадку клапана 11 в свое седло.

На завершающей стадии работы привода кулачок повернувшегося распределительного вала 17 дает возможность подпружиненному плунжеру-золотнику 16 переместиться вниз, что обеспечивает перекрытие напорной магистрали 5 и сообщение полости гидроцилиндра 9 со сливной магистралью 6, определяющее гарантированную посадку клапана 11 в свое седло.

В данном приводе открывание клапана 11 осуществляется только при одновременном открытии прохода жидкости по напорной магистрали 5 в гидроцилиндр 9 плунжером-золотником 16 и золотником-распределителем 8, т. е. по логической схеме И. В то же время посадка клапана определяется использованием принципа ИЛИ, т. е. по сигналу любого из управляющих элементов - золотника-распределителя 8 или плунжера- золотника 16. Нормально продолжительность открытого состояния клапана 11 определяется моментом прекращения электропитания электромагнита 7, синхронизированным с положением КШМ, и возвращением золотника-распределителя 8 в исходное положение, при котором гидроцилиндр 9 сообщается со сливной магистралью 6. В случае, если срабатывание золотника-распределителя запаздывает, то сообщение гидроцилиндра 9 со сливной магистралью происходит за счет плунжера-золотника 16, жестко управляемого профилем кулачка распределительного вала 17.

Вследствие этого механизм обеспечивает возможность изменения продолжительности открытого состояния клапана в широком диапазоне углов поворота коленчатого вала за счет варьирования моментом подачи напряжения на электромагнит 7, но в пределах, допустимых по условиям исключения ударного контакта 11 с поршнем ДВС и нарушения качества газообмена. Эти пределы задаются профилем и угловым положением кулачка 17.

Таким образом, предлагаемый привод обеспечивает повышение эффективности ДВС за счет оптимального управления фазами газораспределения в широком поле эксплуатационных режимов, повышения его энергетических показателей при улучшении формы изменения кривой крутящего момента по внешней скоростной характеристике. В то же время четкое ограничение максимального открытия клапана, надежное обеспечение синхронности перемещения клапана и работы КШМ, исключающее ударный контакт клапана с поршнем, а также достижение плавной посадки клапана в свое седло гарантированно повысят безотказность и долговечность механизма.

ИСТОЧНИКИ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ИНФОРМАЦИИ 1. Гидравлический привод клапанов. Заявка ФРГ N 2840445, МКИ F 01 L 9/02.

2. Гидравлический механизм газораспределения. Заявка ФРГ N 3511820, МКИ F 01 L 9/02, F 01 L/12.

3. Гидромеханический привод клапанов ДВС. Заявка ФРГ N 3025664, МКИ F 01 L 9/02.

4. Гидропривод газораспределительного механизма. Заявка ФРГ N 3806969, МКИ F 01 L 9/02, F 15 B 9/09.

5. Гидравлический привод клапанов ДВС. Заявка ФРГ N 3815668, МКИ F 01 L 1/12, F 02 L 1/24.

6. Механизм газораспределения с гидравлическим приводом. Патент США N 4188925, МКИ F 01 L 9/02.

7. Гидравлический механизм привода клапанов. Патент США N 4612883, МКИ F 01 L 9/02.

8. Гидравлическая система привода механизма газораспределения ДВС. Патент США N 4901684, МКИ F 01 L 1/34.

9. Гидравлический привод клапанов. Патент США N 4664070, МКИ F 02 D 13/04.

10. Гидравлический привод клапанов ДВС. Патент США N 4724801, МКИ L 9/02.

11. Электрогидравлическое устройство управления клапанами ДВС. АС СССР N 756054, МКИ F 01 L 11/00.

12. Гидравлический привод клапана. Заявка Японии N 63111209, МКИ F 01 L 9/02.

13. Механизм гидравлического привода клапанов. Заявка Японии N 63131809, МКИ F 01 L 9/02.

14. Электрогидравлическая система управления клапанами ДВС // Автомобильная промышленность.- N 3. -1996. - С. 11-12.

15. Гидравлический привод клапанов ДВС. Патент Великобритании N 1578019, МКИ F 01 L 9/02.

Формула изобретения

1. Гидравлический привод клапанов ДВС, содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС, отличающийся тем, что в напорную и сливную магистрали дополнительно встроен подпружиненный плунжер-золотник, опирающийся на кулачок распределительного вала ДВС.

2. Гидравлический привод клапанов ДВС по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности гидроцилиндра выполнена кольцевая выточка, а на наружной поверхности рабочего поршня в ее центральной части образован кольцевой поясок, наружный диаметр которого равен большому диаметру кольцевой выточки гидроцилиндра, а высота последней равна сумме высоты кольцевого пояска на поршне и максимального хода клапана, причем в верхней и нижней частях кольцевой выточки гидроцилиндра выполнены каналы диаметром, равным части хода клапана ДВС, сообщающиеся со сливной магистралью.

3. Гидравлический привод клапанов ДВС по п.1, отличающийся тем, что в стенке рабочего поршня по обе стороны от кольцевого пояска на расстоянии, соответствующем максимальному ходу клапана ДВС, образованы по меньшей мере по одному дросселирующему отверстию.

РИСУНКИ

Рисунок 1