Электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к клапанным механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающим возможностью управления фазами газораспределения в зависимости от скоростного режима работы двигателя, и может быть использовано в двигателестроении. Изобретение направлено на повышение долговечности и безотказности работы электрогидравлической системы управления клапанами ДВС путем принудительного замедления перемещения клапана на заключительном этапе посадки его в седло. Электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания включает 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. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к клапанным механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающим возможностью управления фазами газораспределения в зависимости от скоростного режима работы двигателя, и может быть использовано в двигателестроении.

Известна электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания (Соковников В.К., Арустамов Л.Х. Электрогидравлическая система управления клапанами ДВС. //Автомобильная промышленность. N 3.- 1996. - с. 11-13), которая содержит масляную нагнетательную магистраль, гидронасос, перепускной и переливной гидравлические клапаны, гидроцилиндр с корпусом, крышкой и поршнем с юбкой, опирающимся на управляемый им клапан механизма газораспределения двигателя, а также электромеханический гидрораспределитель- преобразователь. В указанном устройстве корпусом гидроцилиндра может служить головка цилиндров, где размещаются впускные и выпускные клапаны механизма газораспределения, а крышка гидроцилиндра выполнена заодно (совмещена) с корпусом гидрораспределителя, в котором перемещается подвижный капиллярный элемент, жестко соединенный со штоком-золотником гидрораспределителя, и выполнено выпускное (сливное) отверстие.

В качестве недостатка прототипа необходимо отметить следующее. При эксплуатации указанная система не обладает достаточной (требуемой) долговечностью и безотказностью (сроком службы), так как в процессе работы двигателя вследствие высокоскоростного характера движения клапанов периодически (при их посадке в седло) происходит удар головки клапана о седло (в момент закрытия клапана).

Предлагаемое изобретение направлено на повышение долговечности и безотказности работы электрогидравлической системы управления клапанами ДВС путем принудительного замедления перемещения клапана на заключительном этапе посадки его в седло.

Решение отмеченной технической задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве 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, причем максимальная площадь сечения - у основания паза, минимальная - у верхнего края корпуса, а ширина паза имеет линейную или квадратичную зависимость от глубины паза.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электрогидравлической системы управления клапанами двигателя внутреннего сгорания.

Предложенная система управления клапанами ДВС включает в себя масляную нагнетательную магистраль 1, гидронасос 2, перепускной гидравлический клапан 3, переливной гидравлический клапан 4, гидроцилиндр 5, электромеханический гидроусилитель - преобразователь 6.

Гидроцилиндр 5 состоит из корпуса 7, поршня 8 с юбкой 9, а также крышки 10.

Корпус 7 гидроцилиндра 5 конструктивно может быть совмещен с головкой блока цилиндров, в которой устанавливаются управляемые впускные и выпускные клапаны 11 механизма газораспределения.

В корпусе 7 выполнено впускное отверстие (сверление) 12 для подсоединения штуцера нагнетательной магистрали 1, которая подсоединена через клапан 3 к гидронасосу 2, а последний, в свою очередь, - к главной масляной магистрали 13. Через отверстия 14 в поршне 8 в его внутреннюю полость может поступать масло из главной магистрали 13.

Клапан 4 служит для возврата масла в главную магистраль 13 при прекращении подачи масла гидронасосом 2 в гидроцилиндр 5.

Крышка 10 гидроцилиндра 5 выполнена заодно с корпусом гидрораспределителя 6.

Гидрораспределитель 6 содержит шток-золотник 15, жестко соединенный с подвижным капиллярным элементом 16, перемещающимся в корпусе 10. Внутренние силовые полости 17 и 18 гидрораспределителя 6 заполнены жидким тяжелым металлом, к которому через контакты может подаваться напряжение.

В корпусе 10 выполнено выпускное отверстие 19 для слива масла из внутренней полости поршня 8. Выпускное отверстие 19 гидрораспределителя смещено за пределы пятна контакта юбки 9 поршня 8 гидроцилиндра 5 во внешнюю сторону от оси симметрии поршня 8. В корпусе 7 гидроцилиндра (в верхней его части) со стороны внутренней полости выполнен продольный паз 21, посредством которого внутренняя полость поршня 8 может сообщаться с выпускным отверстием 19.

Поршень 8 опирается на шток 20 клапана 11 цилиндра двигателя.

Продольный паз 21 располагается вдоль оси симметрии (направления перемещения) штока-золотника 15 до совпадения с отверстием 19.

Паз 21 имеет переменную площадь горизонтального сечения. Причем максимальная площадь будет у основания 22 паза, а минимальная - у верхнего края (среза) корпуса 7, т.е. в верхней части паза 21. Ширина паза 21 изменяется в зависимости от глубины его по линейной или квадратичной зависимости.

Сечение паза 21 в вертикальной плоскости, как варианты, может иметь в плане форму равнобедренной трапеции или равнобедренного треугольника.

В процессе работы устройства поршень 8 может занимать два крайних положения: верхнее (см. по схеме - поршень находится у верхнего края корпуса 7, при этом клапан 11 находится в седле в положении "закрыто") и нижнее (поршень переместился вниз, сжал пружину 23 клапана 11, клапан находится в положении "открыто полностью").

В первом случае (в верхнем положении поршня 8) осуществляется подача масла из магистрали 13 гидронасосом 2 через открытый клапан 3, нагнетательную магистраль 1 и отверстие 12 во внутреннюю полость поршня 8, что ведет к его перемещению вниз. Происходит это тогда, когда выпускное отверстие 19 закрыто штоком-золотником 15.

Во втором случае отверстие 19 (вследствие перемещения штока-золотника 15) и паз 21 открыты, поэтому поршень 8 под действием пружины 23 клапана 11 перемещается вверх. Происходит это в нижнем положении поршня 8, когда перекрыто отверстие 12, а клапан 4 прекращает доступ масла из магистрали 13.

Таким образом, положение поршня 8 и штока 20 клапана 11 цилиндра двигателя зависит от положения штока- золотника 15 и будет определяться положением поршня капиллярного элемента 16.

Электрогидравлическая система управления клапанами ДВС работает следующим образом.

На контакты гидрораспределителя 6 осуществляют подачу напряжения U= -0.7 В. При этом поверхностное натяжение жидкого металла увеличивается, и он по капиллярам элемента 16 поступает в сторону полости 18. В ней давление возрастает, а в объеме 17 электролита - снижается. Элемент 16 вместе со штоком-золотником 15, переместившись влево, перекрывает отверстие 19.

Гидронасос 1 закачивает рабочую жидкость (масло) из главной магистрали 13 во внутреннюю полость поршня 8. В этом случае (поршень 8 находится в верхнем положении) паз 21 будет закрыт юбкой 9 поршня 8, а отверстие 19 также закрыто штоком- золотником 15.

Под давлением поступающей рабочей жидкости происходит перемещение поршня 8, который, преодолевая усилие пружины 23, открывает клапан 11. При этом открывается и паз 21.

Поршень 8 занимает нижнее положение, перекрывая отверстие 12. Клапан 4 прекращает подачу рабочей жидкости из гидронасоса 2 в гидроцилиндр 5. Масло из гидронасоса 2 поступает через клапан 3 в главную масляную магистраль 13.

На контакты гидрораспределителя 6 подается напряжение U=-1,2 В. Поверхностное натяжение жидкого металла уменьшается, и он через капиллярный элемент 16 поступает в сторону полости 17 гидрораспределителя 6. Давление в этой полости возрастает, а в соседней полости 18, соответственно, снижается. В этой связи, элемент 16 перемещается в осевом направлении и шток- золотник 15 открывает отверстие 19.

Под воздействием пружины 23 клапан 11 вместе с поршнем 8 движется вверх в направлении закрытия (т.е. в сторону седла). При этом рабочая жидкость из внутренней полости поршня 8 гидроцилиндра 5 вытесняется через паз 21 и отверстие 19, имеющие соответствующие сечения, обеспечивающие требуемую скорость закрытия клапана 11. Так продолжается до момента, пока верхняя кромка поршня 8 не достигнет основания 22 паза 21. Дальнейшее перемещение поршня 8 вверх вызывает уменьшение проходного сечения паза 21. Проходное сечение паза 21, выполненное, например, в виде равнобедренной трапеции или треугольника, изменяется быстрее, чем объем рабочей полости под поршнем 8. За счет прогрессирующего возрастания давления в указанном объеме происходит значительное уменьшение скорости движения поршня 8, а следовательно, и клапана 11 при посадке его в седло. Благодаря этому обеспечивается плавная и безударная посадка клапана 11 в седло при его закрытии на заключительном этапе движения поршня 8 вверх.

Далее процесс, связанный с открытием и закрытием клапана 11, повторяется.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности работы ДВС за счет оптимального управления фазами газораспределения в широком диапазоне эксплуатационных режимов, улучшения его энергетических показателей при улучшении формы кривой изменения крутящего момента по внешней скоростной характеристике, а также возрастания долговечности работы газораспределительного механизма (продления срока службы).

Снижение скорости движения клапана 11 на заключительном этапе его перемещения при посадке в седло исключает тем самым ударный контакт его головки с седлом и гарантированно повышает долговечность и безотказность работы газораспределительного механизма.

Формула изобретения

1. Электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания, 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, отличающийся тем, что выпускное отверстие гидрораспределителя смещено во внешнюю сторону за пределы пятна контакта юбки поршня гидроцилиндра с крышкой, а в верхней части корпуса гидрораспределителя с внутренней стороны вдоль оси симметрии штока-золотника в направлении выпускного отверстия гидрораспределителя выполнен продольный паз с переменной площадью горизонтального сечения, причем максимальная площадь сечения - у основания паза, минимальная - у верхнего края корпуса, а ширина паза имеет линейную и квадратичную зависимость от глубины паза.

2. Электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что сечение паза в вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии паза, имеет в плане форму равнобедренной трапеции.

3. Электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что сечение паза в вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии паза, имеет в плане форму равнобедренного треугольника.

РИСУНКИ

Рисунок 1