Гидрокомпенсатор зазора клапанного механизма

 

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет минимизировать размеры клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания, повысить его надежность и долговечность, удешевить производство и эксплуатацию. Гидрокомпенсатор зазора в клапанном механизме состоит из корпуса и подпружиненного составного штока с запорным клапаном, в котором ход штока вниз ограничен пакетом стопорных колец, установленных в технологической канавке под выход шлифовального инструмента, причем нижний виток конусной (параболической) пружины может входить в данный пакет. В штоке установлен фильтрующий элемент, фиксатор которого одновременно является ограничителем хода штока вверх. Ограничительная канавка в корпусе выполнена с конусностью вниз. Шток выполнен без проточек в рабочей части. Запорный клапан выполнен в виде обратной тяги совместно с пружинкой и упорной быстросъемной шайбой. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Данное изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), в частности, на двигателях с приводом клапанов газораспределительного механизма (ГРМ) дополнительными рычагами.

Известен гидрокомпенсатор зазора (патент США №4840153), содержащий окно в верхней части составного плунжера для выхода воздуха и смазки, а также клапан для перекрытия данного окна для предотвращения засасывания воздуха.

Недостатками данного устройства являются высокая трудоемкость изготовления с дополнительным клапаном и возможность выхода из строя из-за попадания посторонних частиц в зазор между запорным клапаном и его седлом.

Известен гидрокомпенсатор зазора (патент США №4378675), содержащий в верхней части корпуса стопорное кольцо для ограничения хода плунжера вверх.

Недостатками данного устройства являются высокие контактные напряжения и изгибающий момент на плунжер вследствие установки стопорного кольца в зоне максимальных нагрузок.

Известен гидрокомпенсатор зазора (патент РФ №2057950), содержащий резьбовую втулку с плунжером, ввернутую в головку двигателя, обратный клапан и канал для подвода масла. Объем питающего канала в пределах от запорной поверхности обратного клапана до низшего гидростатического уровня масла в канале при стоянке двигателя с полностью открытым двигательным клапаном выполнен по меньшей мере равным объему масла, покидающего гидрокомпенсатор при перемещении плунжера полностью открытым двигательным клапаном.

Недостатком данного устройства являются значительные габариты, большая вероятность попадания посторонних частиц в зону обратного клапана, малый ресурс пары сопряжения "опора рычага - шаровая головка плунжера" из-за масляного голодания.

Поставлена задача создать компактный, долговечный гидрокомпенсатор (ГК), технологичный в изготовлении.

Поставленная цель достигается за счет того, что в гидрокомпенсаторе, состоящем из корпуса и подпружиненного составного штока с запорным клапаном, согласно изобретению, шток выполнен без проточек в рабочей части; в штоке установлен фильтрующий элемент, фиксатор которого служит ограничителем хода штока вверх, причем ограничительная канавка в корпусе выполнена с конусностью вниз; ход штока вниз ограничен пакетом стопорных колец, установленных в технологической канавке под выход шлифовального инструмента, причем нижний виток конусной (параболической) пружины может входить в данный пакет; запорный клапан выполнен в виде обратной тяги совместно с пружинкой и упорной быстросъемной шайбой.

Данное устройство представлено на чертеже.

Гидрокомпенсатор состоит из корпуса 1, который монтируется в корпусе двигателя (не показан). Внутри корпуса 1 размещен шток 2 с шаровой опорой 3 под рычаг газораспределительного механизма (не показан). Шток 2 может состоять из двух частей для снижения вероятности заклинивания. В шаровой опоре 3 выполнено отверстие для подвода смазки в место контакта рычага газораспределительного механизма и кулачка распределительного вала.

В корпусе 1 снаружи выполнена цилиндрическая проточка и отверстие для подвода давления масла от системы смазки двигателя.

Обратная тяга 4 поджата к седлу клапана на уступе штока 2 пружинкой 5, которая удерживается на обратной тяге 4 упорной быстросъемной шайбой 6. В совокупности обратная тяга 4, пружинка 5 и упорная быстросъемная шайба 6 вместе образуют запорный клапан, хотя его конструкция может быть и любой другой. Данная конструкция может быть использована в запорном клапане вместо привычных стаканчика с пружинкой и шариком для возможности уменьшения области высокого давления и всего гидрокомпенсатора в целом.

Запорный клапан разделяет внутренний объем гидрокомпенсатора на области высокого и низкого давления рабочей жидкости (масла). В области высокого давления установлена силовая пружина 7, которая может быть выполнена цилиндрической, конической либо параболической в зависимости от компоновочных задач.

С целью повышения надежности гидрокомпенсатора в данной конструкции применен фильтрующий элемент 8 в штоке 2, фиксатор 9 которого служит ограничителем хода вверх штока 2. Причем ограничительная канавка в корпусе 1 выполнена с конусностью вниз для свободного прохода пакета стопорных колец 10, которые являются ограничителем хода штока 2 вниз. Нижний виток конической (параболической) пружины 7 может входить в данный пакет для более полного использования рабочего хода пружины и уменьшения количества стопорных колец 10, а также для минимизации области высокого давления и всего ГК в целом. Шток 2 выполнен без проточек в рабочей части, чтобы предотвратить вероятность заклинивания и упростить процесс шлифования штока 2. Для исключения вероятности зацепления фиксатора 9 маслоподводящие отверстия в корпусе 1 и штоке 2 разнесены по вертикали без наложения в любом положении.

Работа гидрокомпенсатора зазора состоит в поддержании беззазорного сопряжения клапана ГРМ и его рычага. Это достигается за счет постоянного поджатия штока 2 гидрокомпенсатора к рычагу клапана с помощью усилия силовой пружины 7 и давления масла в системе смазки двигателя.

Давление масла подводится от системы смазки двигателя через наружную проточку и отверстие в корпусе 1 гидрокомпенсатора. Далее, через конусный паз в корпусе 1 и отверстие в штоке 2 масло подается во внутреннюю полость штока 2, которая при закрытом запорном клапане разделяется на области высокого и низкого давления.

Через отверстие в шаровой опоре 3 рычага клапана масло подается в место контакта рычага клапана и кулачка распределительного вала.

При неработающем двигателе шток 2 садится до упора в пакет стопорных колец 10 под действием возвратных пружин клапана ГРМ (на рисунке не показаны), если соответствующий кулачок распределительного вала удерживает клапан ГРМ в открытом состоянии. Благодаря этому снижается усадка и увеличивается ресурс возвратных пружин ГРМ.

Использование конической (параболической) пружины 7 обусловлено компоновочными моментами: высота такой пружины в сжатом состоянии значительно меньше (на 20...30%) подобной цилиндрической с одинаковым количеством витков и толщиной проволоки. Нелинейность усилия сжатия конической (параболической) пружины 7 также положительно сказывается на основных функциях гидрокомпенсатора: поднятие штока 2 при начале работы двигателя осуществляется с большим усилием, чем у аналогичной цилиндрической пружины, а дальнейшее прижатие рычага клапана к распределительному валу и к клапану - с меньшим усилием, что снижает износ.

Установка конической (параболической) пружины 7 большим диаметром вниз позволяет использовать ее нижний опорный виток в составе пакета стопорных колец 10, чем снижается металлоемкость и высота области высокого давления и всего ГК в целом.

Использование пакета стопорных колец 10 в канавке под выход шлифовального инструмента позволяет уменьшить высоту ГК по сравнению с прототипами.

Установка пакета стопорных колец 10 облегчается благодаря конусному пазу в корпусе 1 гидрокомпенсатора. Во избежание подклинивания штока 2 в этом конусном пазу от попадания в зазор между штоком 2 и корпусом 1 посторонних частиц из масла, шток 2 выполнен без проточек в рабочей своей части, кромки которых в прототипах образуют вторую конусную поверхность.

Применение обратной тяги 4 совместно с пружинкой 5 и быстросъемной упорной шайбой 6 в клапане вместо привычных стаканчика с пружинкой обусловлено возможностью уменьшения области высокого давления и всего гидрокомпенсатора в целом. Одновременно снижается трудоемкость изготовления деталей.

Фильтрующий элемент 8 установлен для предотвращения попадания посторонних частиц из масла в зазор между седлом запорного клапана в штоке 2 и обратной тягой 4, вследствие чего в прототипах происходит разгерметизация области высокого давления и выход ГК из строя. Форма фильтрующего элемента 8 может быть любой, важно, чтобы он не перекрывал маслоподводящее отверстие в штоке 2, т.к. через него ведется постоянная подача смазки в зону контакта рычага клапана и кулачка распредвала. В этой ситуации область низкого давления ГК выступает в роли своеобразного фильтра-отстойника, т.к. масло движется с небольшой скоростью, и взвешенные частицы оседают в зоне запорного клапана (у прототипов).

Фиксатор 9 выполняет двоякую функцию, как и большинство других деталей в данном устройстве: он удерживает фильтрующий элемент 8 в среднем положении внутри штока 2 при всевозможных колебаниях давления масла и воздействии массы осевших из масла частиц износа, а также фиксатор 9 является ограничителем хода штока 2 вверх, что необходимо при транспортировке устройства до установки в двигатель.

Линейный размер фиксатора 9 меньше диаметра конусной проточки в корпусе 1, а отверстие под него в штоке 2 выполнено таким образом, чтобы ни при каких ситуациях не происходило даже частичного совпадения данного отверстия и маслоподводящего отверстия в корпусе 1.

Подобная компоновочная схема позволяет максимально использовать рабочую высоту гидрокомпенсатора без опасения заклинивания штока 2 от попадания посторонних частиц в зазор между ним и корпусом 1.

Размещение основных элементов запорного клапана со стороны области низкого давления одновременно с использованием технологической проточки под выход шлифовального инструмента в виде гнезда под пакет стопорных колец 10 и нецилиндрической силовой пружины 7 обусловлено минимизацией размеров гидрокомпенсатора.

При начале работы двигателя кулачок распределительного вала через рычаг клапана периодически воздействует на шаровую опору 3 штока 2. Данное усилие через составные части штока 2 передается на масло в области высокого давления. При этом масло начинает просачиваться в область низкого давления через зазоры между нижней частью штока 2 и корпуса 1, а также между седлом запорного клапана в штоке 2 и обратной тягой 4.

После прекращения воздействия кулачка распредвала силовая пружина 7 и частично давление в системе смазки поднимают шток 2, выбирая зазоры в клапанном механизме. При этом в области высокого давления создается разрежение, и разность давлений приоткрывает запорный клапан: пружинка 5 сжимается, обратная тяга отрывается от седла на уступе штока 2, и масло начинает засасываться из области низкого давления в область высокого давления.

Область низкого давления пополняется маслом из системы смазки двигателя, а в область высокого давления масло попадает, проходя через фильтрующий элемент 8. В полости над фильтрующим элементом 8 происходит постоянная конвектация масла, т.к. масло расходуется на смазку места контакта рычага клапана и кулачка распредвала.

Таким образом, исключается попадание взвешенных частиц в зону запорного клапана и разгерметизация данного узла. В результате повышается долговечность и надежность гидрокомпенсатора при максимальной минимизации его размеров.

Формула изобретения

1. Гидрокомпенсатор зазора в клапанном механизме, состоящий из корпуса и подпружиненного составного штока с запорным клапаном, отличающийся тем, что ход штока вниз ограничен пакетом стопорных колец, установленных в технологической канавке под выход шлифовального инструмента, причем нижний виток конусной (параболической) пружины может входить в данный пакет.

2. Гидрокомпенсатор по п.1, отличающийся тем, что в штоке установлен фильтрующий элемент.

3. Гидрокомпенсатор по п.2, отличающийся тем, что фиксатор фильтрующего элемента одновременно является ограничителем хода штока вверх, причем ограничительная канавка в корпусе выполнена с конусностью вниз.

4. Гидрокомпенсатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что шток выполнен без проточек в рабочей части.

5. Гидрокомпенсатор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что запорный клапан выполнен в виде обратной тяги совместно с пружинкой и упорной быстросъемной шайбой.

РИСУНКИ

Рисунок 1