Гидравлический привод газоподающих клапанов двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с гидравлическим приводом и может быть использовано для регулирования фаз газораспределения двух- и четырехтактных ДВС. Изобретение направлено на повышение эффективности работы ДВС за счет обеспечения возможности изменения момента закрытия газоподающего клапана в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя в процессе работы ДВС. Гидравлический привод газоподающих клапанов двигателя внутреннего сгорания включает подпружиненный газоподающий клапан, толкатель клапана, плунжерный насос с трубопроводом подпитки и компенсирующую емкость, в корпусе которой размещен подвижный орган, соединенные между собой трубопроводом высокого давления, при этом в верхней части компенсирующей емкости размещен управляемый электромагнитный золотник, через который внутренняя полость компенсирующей емкости соединена с трубопроводом высокого давления, а подвижный орган установлен в корпусе компенсирующей емкости на пружине, причем модуль упругости пружины подвижного органа меньше модуля упругости пружины газоподающего клапана. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с гидравлическим приводом, и может быть использовано для регулирования фаз газораспределения двух- и четырехтактных ДВС.

Известен гидравлический привод газоподающих клапанов ДВС, содержащий подпружиненный газоподающий клапан, толкатель клапана, плунжерный насос с трубопроводом подпитки и компенсирующую емкость, в корпусе которой размещен подвижный орган, соединенные между собой трубопроводом высокого давления (авт. свид. СССР N 878982 МПК F 01 L 9/02, 1981, -прототип).

Известный гидравлический привод обладает определенными недостатками, в частности, он не в полной мере обеспечивает эффективность рабочего процесса ДВС, поскольку не позволяет регулировать фазы газораспределения газоподающих клапанов в процессе работы двигателя в зависимости от характера изменения его скоростного режима (частоты вращения коленчатого вала).

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности работы ДВС за счет обеспечения возможности изменения момента закрытия газоподающего клапана в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя в процессе его работы.

Решение отмеченной технической задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве в верхней части компенсирующей емкости выполнен управляемый электромагнитный золотник, через который внутренняя полость компенсирующей емкости соединена с трубопроводом высокого давления, а подвижный орган установлен в корпусе компенсирующей емкости подпружинено, причем модуль упругости пружины подвижного органа меньше модуля упругости пружины газоподающего клапана.

На фиг. 1 изображен гидравлический привод газоподающих клапанов ДВС. На фиг. 2 представлен ориентировочный закон управления механизмом начала закрытия газоподающих клапанов.

Гидравлический привод газоподающих клапанов ДВС содержит плунжерный насос 1, внутри которого размещается подпружиненный плунжер 2, соединенный с роликом 3, который соприкасается с кулачком 4. Надплунжерная полость 5 плунжерного насоса 1 соединена с трубопроводом 6 высокого давления, а через трубопровод 7 подпитки и фильтр 8 - с насосом 9, соединенным с баком 10, в котором находится рабочая жидкость.

Трубопровод 6 высокого давления соединяет надплунжерную полость 5 насоса 1 с полостью 11 корпуса толкателя 12 и, через управляемый электромагнитом 13 золотник 14, с полостью 15 компенсирующей емкости 16, которая образована ее корпусом 17. Внутри корпуса 17 в виде своеобразного поршня размещен подвижный орган 18, имеющий тарированную пружину 19. Толкатель 12 своим нижним концом упирается в клапан 20, также оснащенный пружиной 21. Причем подбор пружин осуществлен таким образом, что модуль упругости пружины 19 подвижного органа 18 меньше, чем модуль упругости пружины 21 газоподающего клапана 20.

Предлагаемый гидравлический привод газоподающих клапанов ДВС работает следующим образом.

Рабочая жидкость из бака 10 подается насосом 9 через фильтр 8 и трубопровод 7 подпитки в надплунжерную полость 5 плунжерного насоса 1, и далее - в трубопровод 6 высокого давления и полость 11 корпуса толкателя 12. После этого, система подпитки, работающая в безрасходном режиме, поддерживает постоянное количество жидкости в надплунжерной полости 5 плунжерного насоса 1, трубопроводе 6 высокого давления и полости 11 толкателя 12, что в целом обеспечивает стабильную и надежную работу газоподающего клапана его гидропривода в установившемся режиме (при отсутствии изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя).

Верхняя кромка плунжера 2 при его нижнем положении совпадает с нижней кромкой трубопровода 7 подпитки. При повороте кулачка 4 под его действием ролик 3 вместе с плунжером 2 поднимается вверх и перекрывает канал трубопровода 7 подпитки в корпусе плунжерного насоса 1. При дальнейшем движении плунжера 2 вверх будет происходить повышение давления рабочей жидкости в надплунжерной полости 5, трубопроводе 6 высокого давления и полости 11 толкателя 12.

При достижении определенной величины давления в полости 11 толкатель 12, преодолевая сопротивление пружины 21, опускается вниз вместе с газоподающим клапаном 20 и открывает канал подачи для прохода газа в цилиндр двигателя.

При частоте вращения коленчатого вала двигателя от номинального значения и выше после прохождения выступом кулачка 4 оси плунжера 2 под действием пружины 21 газоподающий клапан 20 будет подниматься вверх, перемещая толкатель 12, который, воздействуя на рабочую жидкость в полости 11, будет стараться вытеснить ее в трубопровод 6 высокого давления и полость 5 плунжерного насоса 1. Вследствие этого плунжер 2 будет опускаться и возвращаться в первоначальное положение.

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя, когда возникает необходимость в уменьшении фазы впуска газа в цилиндр (т.е. целесообразно более раннее закрытие газоподающего клапана 20), управление моментом начала закрытия газоподающего клапана 20 осуществляется путем своевременной подачи (по определенному закону) напряжения на электромагнит 13 золотника 14. Ориентировочный закон управления моментом начала запирания клапана 20 представлен на фиг. 2.

Так, при частоте вращения коленчатого вала двигателя, близкой к режиму максимального крутящего момента, за определенное количество градусов поворота коленчатого вала (п.к.в.) до момента начала сбегания ролика 3 плунжера 2 с кулачка 4 распределительного вала на электромагнит 13 золотника 14 производится подача соответствующего напряжения, вызывающего перемещение последнего в положение, обеспечивающее сообщение трубопровода 6 высокого давления с полостью 15 компенсирующей емкости 16. Вследствие того, что усилие пружины 19 меньше, чем усилие пружины 21, под действием последней клапан 20 начнет закрываться, перемещая толкатель 12.

Толкатель 12, воздействуя на рабочую жидкость в полости 11, будет вытеснять ее в трубопровод 6 высокого давления и через канавку золотника 14 - в полость 15 компенсирующей емкости 16, в которой рабочая жидкость, преодолевая сопротивление пружины 19, будет стараться переместить подвижный орган 18, выполненный в виде своеобразного поршня, вниз. В момент начала сбегания ролика 3 с кулачка 4 распределительного вала двигателя подача напряжения на электромагнит 13 прекращается и золотник 14, возвращаясь в свое первоначальное положение, отсоединяет компенсирующую емкость 15 от трубопровода 6 высокого давления.

Дальнейшее закрытие клапана 20 происходит за счет вытеснения жидкости из полости 11 под действием пружины 21 через трубопровод 6 высокого давления в полость 5 плунжерного насоса 1. Вследствие этого плунжер 2 будет опускаться в соответствии с профилем кулачка 4 распределительного вала.

В момент посадки клапана 20 в седло происходит подача напряжения на электромагнит 13, вследствие чего золотник 14, изменяя предшествующее свое положение, обеспечивает под воздействием пружины 19 подвижного органа 18 подачу рабочей жидкости из полости 15 компенсирующей емкости 16 через трубопровод 6 высокого давления в полость 5, предотвращая тем самым разрыв сплошности потока в трубопроводе 6 и обеспечивая возвращение плунжера 2 в свое первоначальное положение. После окончательного сбегания ролика 3 с кулачка 4 распределительного вала подача напряжения на электромагнит 13 золотника 14 продолжается еще некоторое время, необходимое для выравнивания давления в полостях 5, 11, 15 и трубопроводе 6 высокого давления. После этого подача напряжения на электромагнит 13 прекращается.

Таким образом, предлагаемый гидравлический привод газоподающих клапанов ДВС обеспечивает повышение эффективности работы двигателя за счет оптимизации процесса управления моментом начала закрытия клапанов в широком диапазоне эксплуатационных режимов. Это, в свою очередь, позволяет улучшить энергетические показатели работы двигателя. При этом оптимизируется форма кривой зависимости изменения крутящего момента двигателя по его внешней скоростной характеристике. В конечном итоге, это способствует более рациональному и экономичному расходу топлива в процессе работы ДВС на различных эксплуатационных режимах.

Формула изобретения

Гидравлический привод газоподающих клапанов двигателя внутреннего сгорания, содержащий подпружиненный газоподающий клапан, толкатель клапана, плунжерный насос с трубопроводом подпитки и компенсирующую емкость, в корпусе которой размещен подвижный орган, соединенные между собой трубопроводом высокого давления, отличающийся тем, что в верхней части компенсирующей емкости размещен управляемый электромагнитный золотник, через который внутренняя полость компенсирующей емкости соединена с трубопроводом высокого давления, а подвижный орган установлен в корпусе компенсирующей емкости подпружинено, причем модуль упругости пружины подвижного органа меньше модуля упругости пружины газоподающего клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2