BR112014020534B1 - GAS EXCHANGE VALVE ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
ARRANJO DE VÁLVULA DE TROCA DE GASES PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA. O arranjo de válvula de troca de gases para um motor de combustão interna compreende uma válvula de troca de gases (1, 1'), uma câmara de pressurização (9), um êmbolo reciprocante (7) que se projeta para dentro da câmara de pressurização (9), uma câmara de recepção (5, 5') que está disposta em torno da haste de válvula (1b, 1b') da válvula de troca de gases (1, 1'), e um conduto de fluido hidráulico (6, 6') para conectar a câmara de pressurização (9) a câmara de recepção (5, 5'). Uma superfície de êmbolo (1d, 1d') está disposta na câmara de recepção (5, 5') em conexão com a haste de válvula (1b, 1b), e uma segunda superfície de êmbolo (1e, 1e') está disposta em conexão com a haste de válvula (1b, 1b') e exposta à pressão no conduto de troca de gases (2) para facilitar o fechamento da válvula de troca de gases (1, 1'). A invenção também se refere a uma válvula de troca de gases (1, 1').GAS EXCHANGE VALVE ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE. The gas exchange valve arrangement for an internal combustion engine comprises a gas exchange valve (1, 1'), a pressurizing chamber (9), a reciprocating piston (7) projecting into the gas chamber. pressurization (9), a receiving chamber (5, 5') which is arranged around the valve stem (1b, 1b') of the gas exchange valve (1, 1'), and a hydraulic fluid conduit ( 6, 6') to connect the pressurizing chamber (9) to the receiving chamber (5, 5'). A piston surface (1d, 1d') is arranged in the receiving chamber (5, 5') in connection with the valve stem (1b, 1b), and a second piston surface (1e, 1e') is arranged at connection to the valve stem (1b, 1b') and exposed to pressure in the gas exchange conduit (2) to facilitate closing of the gas exchange valve (1, 1'). The invention also relates to a gas exchange valve (1, 1').
Description
[001] A presente invenção se refere a um arranjo de válvula de troca de gases para um motor de combustão interna de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A invenção também se refere a uma válvula de troca de gases de acordo com outra reivindicação independente.[001] The present invention relates to a gas exchange valve arrangement for an internal combustion engine according to the preamble of
[002] Válvulas de trocas de gases de motores de combustão interna são mais frequentemente operadas por eixos de comando rotativos, mas também sistemas operados hidraulicamente são conhecidos. Sistemas de abertura de válvula hidráulicos são utilizados especialmente em grandes motores de combustão interna, onde eles podem proporcionar os benefícios da abertura da válvula de troca de gases e tempos de fechamento variáveis. Ambos mecanismos de abertura de válvula mecânico e hidráulico muitas vezes são volumosos e requerem um grande espaço sobre as cabeças dos cilindros. Grandes molas de válvulas são necessárias para permitir o fechamento rápido das válvulas de troca de gases.[002] Gas exchange valves of internal combustion engines are most often operated by rotary camshafts, but also hydraulically operated systems are known. Hydraulic valve opening systems are used especially in large internal combustion engines, where they can provide the benefits of gas exchange valve opening and variable closing times. Both mechanical and hydraulic valve opening mechanisms are often bulky and require a large amount of space over the cylinder heads. Large valve springs are required to allow quick closing of gas exchange valves.
[003] Um objetivo da presente invenção é prover um arranjo de válvula de troca de gases aperfeiçoado para um motor de combustão interna. Os aspectos que caracterizam o arranjo de acordo com a presente invenção são apresentados na parte caracterizante da reivindicação 1. Outro objetivo da invenção é o de prover uma válvula de troca de gases aperfeiçoada para um motor de combustão interna. Os aspectos que caracterizam a válvula de troca de gases de acordo com a presente invenção são apresentados na parte caracterizante da outra reivindicação independente.[003] An object of the present invention is to provide an improved gas exchange valve arrangement for an internal combustion engine. The aspects that characterize the arrangement according to the present invention are presented in the characterizing part of
[004] A arranjo da válvula de troca de gases, de acordo com a invenção, compreende pelo menos uma válvula de troca de gases para a abertura e fechamento da comunicação de fluxo entre um conduto de troca de gases e um cilindro do motor, a válvula de troca de gases compreendendo uma cabeça da válvula e uma haste de válvula, uma câmara de pressurização, para pressurizar o fluido hidráulico, um êmbolo reciprocante que se projeta para dentro da câmara de pressurização, uma câmara receptora que está disposta em torno da haste de válvula da válvula de troca de gases, e um conduto de fluido hidráulico para a conexão da câmara de pressurização à câmara de recepção. A superfície do êmbolo está disposta na câmara de recepção em conexão com a haste de válvula para abrir a válvula de troca de gases. O arranjo compreende adicionalmente uma segunda superfície do êmbolo que está disposta em conexão com a haste de válvula e exposta à pressão no conduto de troca de gases para facilitar o fechamento da válvula de troca de gases.[004] The gas exchange valve arrangement, according to the invention, comprises at least one gas exchange valve for opening and closing the flow communication between a gas exchange conduit and an engine cylinder, the gas exchange valve comprising a valve head and valve stem, a pressurizing chamber for pressurizing hydraulic fluid, a reciprocating piston projecting into the pressurizing chamber, a receiving chamber that is disposed around the stem valve for the gas exchange valve, and a hydraulic fluid conduit for connecting the pressurizing chamber to the receiving chamber. The surface of the piston is disposed in the receiving chamber in connection with the valve stem to open the gas exchange valve. The arrangement further comprises a second surface of the piston which is disposed in connection with the valve stem and exposed to pressure in the gas exchange conduit to facilitate closing of the gas exchange valve.
[005] A construção de acordo com a invenção é muito compacta, uma vez que os meios para a abertura das válvulas de troca de gases estão dispostos em torno das hastes das válvulas. O fluido hidráulico também lubrifica as guias de válvulas e hastes de válvulas. Devido a segunda superfície do êmbolo que está exposta à pressão no conduto de troca de gases, molas de válvula menores podem ser utilizadas.[005] The construction according to the invention is very compact, since the means for opening the gas exchange valves are arranged around the valve stems. Hydraulic fluid also lubricates valve guides and valve stems. Due to the second surface of the piston which is exposed to pressure in the gas exchange conduit, smaller valve springs can be used.
[006] A válvula de troca de gases de acordo com a invenção compreende uma cabeça de válvula e uma haste de válvula, e uma superfície de êmbolo que está em conexão com a haste de válvula e sobre a qual a pressão hidráulica pode ser aplicada para a abertura da válvula de troca de gases. A válvula de troca de gases compreende adicionalmente uma segunda superfície do êmbolo que está disposta em conexão com a haste de válvula e exposta à pressão em um conduto de troca de gases para facilitar o fechamento da válvula de troca de gases. As superfícies do êmbolo podem ser nas extremidades de uma projeção que está disposta em torno da haste de válvula. A projeção pode ser uma parte integrante da haste de válvula, ou uma luva que é disposta em torno da haste de válvula. Se a projeção é uma luva, ela pode ser feita de um material diferente do que o resto da válvula de troca de gases.[006] The gas exchange valve according to the invention comprises a valve head and a valve stem, and a piston surface which is in connection with the valve stem and over which hydraulic pressure can be applied to opening the gas exchange valve. The gas exchange valve further comprises a second surface of the piston which is disposed in connection with the valve stem and exposed to pressure in a gas exchange conduit to facilitate closing of the gas exchange valve. The surfaces of the plunger can be at the ends of a projection that is arranged around the valve stem. The projection can be an integral part of the valve stem, or a sleeve that is arranged around the valve stem. If the projection is a sleeve, it may be made of a different material than the rest of the gas exchange valve.
[007] De acordo com uma concretização da invenção, no arranjo de válvula de troca de gases a segunda superfície do êmbolo está disposta no conduto de troca de gases.[007] According to an embodiment of the invention, in the gas exchange valve arrangement the second surface of the piston is arranged in the gas exchange conduit.
[008] De acordo com uma concretização da invenção, o arranjo compreende uma mola que está disposta em torno da haste de válvula para o fechamento da válvula de troca de gases e a câmara de recepção está disposta abaixo da mola.[008] According to an embodiment of the invention, the arrangement comprises a spring that is arranged around the valve stem for closing the gas exchange valve and the receiving chamber is arranged below the spring.
[009] De acordo com uma concretização da invenção, a câmara de pressurização compreende uma primeira porção com um primeiro diâmetro e uma segunda porção com um segundo diâmetro, e o arranjo compreende um primeiro conduto de fluido hidráulico para conectar a primeira porção da câmara de pressurização com uma câmara de recepção de uma primeira válvula de troca de gases e um segundo conduto de fluido hidráulico para conectar a segunda porção a uma câmara de recepção de uma segunda válvula de troca de gases, e o êmbolo compreende uma primeira superfície de pressão para a pressurização do fluido hidráulico na primeira porção da câmara de pressurização e uma segunda superfície de pressão para a pressurização do fluido hidráulico na segunda porção da câmara de pressurização. De acordo com outra concretização da invenção, a primeira superfície de pressão está disposta na extremidade do êmbolo, e a segunda superfície de pressão é um ombro (“elbow”) que é disposto a uma distância a partir da extremidade do êmbolo. De acordo com outra concretização da invenção, o arranjo compreende uma câmara de pressurização e um êmbolo para cada válvula de troca de gases.[009] According to an embodiment of the invention, the pressurization chamber comprises a first portion with a first diameter and a second portion with a second diameter, and the arrangement comprises a first hydraulic fluid conduit for connecting the first portion of the pressure chamber. pressurization with a receiving chamber of a first gas exchange valve and a second hydraulic fluid conduit for connecting the second portion to a receiving chamber of a second gas exchange valve, and the piston comprises a first pressure surface for pressurizing hydraulic fluid in the first portion of the pressurizing chamber and a second pressure surface for pressurizing hydraulic fluid in the second portion of the pressurizing chamber. According to another embodiment of the invention, the first pressure surface is disposed at the end of the piston, and the second pressure surface is an elbow that is disposed at a distance from the end of the piston. According to another embodiment of the invention, the arrangement comprises a pressurizing chamber and a piston for each gas exchange valve.
[010] Quando o arranjo de troca gases é provido com meios separados para a pressurização do fluido hidráulico para cada uma das válvulas de troca de gases, a mesma quantidade de fluido hidráulico pode ser fornecida ao mesmo tempo para cada uma das válvulas. As válvulas abrem assim ao mesmo tempo, e o levantamento da válvula é igual para cada válvula.[010] When the gas exchange arrangement is provided with separate means for pressurizing the hydraulic fluid to each of the gas exchange valves, the same amount of hydraulic fluid can be supplied at the same time to each of the valves. The valves open like this at the same time, and the valve lift is the same for each valve.
[011] A câmara de pressurização pode ser disposta, por exemplo, na cabeça do cilindro. A invenção pode ser aplicada tanto para as válvulas de admissão e as válvulas de escape. O êmbolo reciprocante pode ser movido por um eixo de comando rotativo, mas também outros meios podem ser utilizados para a deslocamento do êmbolo.[011] The pressurization chamber can be arranged, for example, in the cylinder head. The invention can be applied to both the intake valves and the exhaust valves. The reciprocating piston can be moved by a rotary camshaft, but other means can also be used for moving the piston.
[012] A figura 1 mostra um arranjo de válvula de troca de gases de acordo com uma concretização da invenção; e[012] Figure 1 shows a gas exchange valve arrangement according to an embodiment of the invention; and
[013] A figura 2 mostra o arranjo de válvula de troca de gases da figura 1 com as válvulas de troca de gases fechadas.[013] Figure 2 shows the gas exchange valve arrangement of figure 1 with the gas exchange valves closed.
[014] As concretizações da invenção serão agora descritas em mais detalhe com referência aos desenhos anexos.[014] Embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[015] Nas figuras 1 e 2 é mostrado um arranjo de válvula de troca de gases para um motor de combustão interna de acordo com uma concretização da invenção. O motor é um grande motor de combustão interna que pode ser utilizado, por exemplo, como um motor principal ou auxiliar de um navio ou em uma estação de produção de eletricidade. O motor pode compreender qualquer número razoável de cilindros, e cada cilindro é provido com uma própria cabeça de cilindro 3.[015] In figures 1 and 2 is shown a gas exchange valve arrangement for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. The engine is a large internal combustion engine that can be used, for example, as a main or auxiliary engine on a ship or in an electricity generation station. The engine can comprise any reasonable number of cylinders, and each cylinder is provided with its own cylinder head 3.
[016] O arranjo de válvula de troca de gases compreende uma primeira válvula de troca de gases 1 e uma segunda válvula de troca de gases 1’, que são utilizadas para a abertura e fechamento da comunicação de fluxo entre um conduto de troca de gases 2 e um cilindro do motor. As válvulas de troca de gases 1, 1’ estão dispostas na cabeça do cilindro 3. Na figura 1 as válvulas de troca de gases 1, 1’ estão abertas, e na figura 2 as válvulas 1, 1’ estão fechadas. Na concretização das figuras, o conduto de troca de gases 2 é um conduto de admissão, e as válvulas de troca de gases 1, 1’ são válvulas de admissão. No entanto, o motor pode ser provido com um arranjo idêntico ou semelhante para os condutos de escape e válvulas de escape. Na concretização das figuras, o número de válvulas de admissão 1, 1’ em cada um dos cilindros é dois, mas também um número diferente de válvulas de admissão 1, 1’ poderia ser utilizado. Cada uma das primeira válvula de admissão 1 e a segunda válvula de admissão 1’, compreende uma haste de válvula lb, lb’ e uma cabeça de válvula la, la’, isto é, em cooperação com uma sede de válvula 4, 4’. As válvulas de admissão 1, 1’ são fechadas e mantidas fechadas através de molas 12, 12’ em uma maneira convencional. No entanto, ao contrário de molas helicoidais convencionais, por exemplo, molas pneumáticas podem ser utilizadas. Na concretização das figuras, as molas 12, 12’ estão dispostas em torno das hastes de válvula lb, lb’, parcialmente dentro da cabeça do cilindro 3, e parcialmente sobre a cabeça do cilindro 3. O movimento das válvulas de admissão 1, 1’ é guiado pelas guias de válvulas 15, 15’, as quais são luvas que estão dispostas em torno das hastes de válvula lb, lb’.[016] The gas exchange valve arrangement comprises a first
[017] As válvulas de admissão 1, 1’ são abertas hidraulicamente. Para pressurizar o fluido hidráulico que é utilizado para a abertura das válvulas de admissão 1, 1’, o arranjo de válvula é provido com uma câmara de pressurização 9. Na concretização das figuras, a câmara de pressurização 9 está disposta dentro da cabeça do cilindro 3. No entanto, a câmara de pressurização 9 poderá também ser disposta em qualquer outra parte do motor. Um êmbolo reciprocante 7 é disposto de modo a sobressair no interior da câmara de pressurização 9. O êmbolo 7 está conectado a uma unidade seguidora de excêntrico 11 que compreende uma roda do excêntrico 11a. A roda do excêntrico 11a segue a superfície de um eixo de comando de rotação 10, e quando a roda do excêntrico 11a contata o lóbulo 10a do eixo de comando 10, o êmbolo 7 é movido em direção a extremidade superior da câmara de pressurização 9, isto é, afastado do eixo geométrico de rotação do eixo de comando 10. Ao contrário do eixo de comando de rotação 10, o arranjo pode ser provido com alguns outros meios para a condução do êmbolo 7. Uma câmara de recepção 5, 5’ é disposta em torno da haste de válvula lb, lb’ da válvula de admissão 1, 1’. A câmara de recepção 5, 5’ está abaixo da mola 12, 12’.[017]
[018] A porção central da haste de válvula lb, lb’ da válvula de admissão 1, 1’ é provida com uma projeção lc, lc’. A projeção lc, lc’ tem uma primeira extremidade que é disposta na câmara de recepção 5, 5’, e uma segunda extremidade que está localizada mais próxima do cilindro, ou seja, entre a primeira extremidade da projeção lc, lc’ e a cabeça da válvula la, la’ da válvula de admissão 1, 1’. Na concretização das figuras, a projeção lc, lc’ é uma parte integrante da haste de válvula lb, lb’, mas a projeção lc, lc’ pode também ser uma luva que está disposta em torno da haste de válvula lb, lb’. Uma vantagem de uma luva separada é que material diferente pode ser utilizado do que da válvula 1, 1’. Combinações diferentes de luva e válvula podem ser utilizadas de acordo com os requisitos de cada aplicação onde a invenção é utilizada. A primeira extremidade da projeção lc, lc’ forma uma primeira superfície de êmbolo 1d, 1d’, a qual delimita a câmara de recepção 5, 5’. A câmara de recepção 5, 5’ é conectada à câmara de pressurização 9 através de um conduto de fluido hidráulico 6, 6’. Quando o fluido hidráulico na câmara de pressurização 9 é pressurizado pelo êmbolo 7, o fluido escoa no conduto de fluido hidráulico 6, 6’ dentro da câmara de recepção 5, 5’ acima da projeção lc, lc’. A pressão na câmara de recepção 5, 5’ atua sobre a primeira superfície do êmbolo 1d, 1d’ e empurra a válvula de admissão 1, 1’ para baixo e abre a válvula 1, 1’. A construção de acordo com a invenção é muito compacta, uma vez que os meios para a abertura das válvulas de troca de gases estão dispostos em torno da haste da válvula. O fluido hidráulico também lubrifica as guias de válvula 15, 15’ e as hastes de válvula lb, lb’. A segunda extremidade da projeção lc, lc’ forma uma segunda superfície de êmbolo le, le’. A segunda superfície de êmbolo le, le’ está localizada no conduto de admissão 2, e é assim exposto à pressão no conduto de admissão 2. A pressão facilita o fechamento da válvula de admissão 1, 1’, e uma mola da válvula menor 12, 12’ pode assim ser utilizada.[018] The center portion of the valve stem lb, lb’ of
[019] Para garantir que tanto a primeira válvula de admissão 1 e a segunda válvula de admissão 1’ abre simultaneamente, e a elevação de válvula é igual em ambas as válvulas 1, 1’, o arranjo de válvula de troca de gases é provido com uma própria superfície de pressão 8, 8’, e conduto de fluido hidráulico 6, 6’ para cada uma das válvulas 1, 1’. Além disso, a câmara de pressurização 9 compreende uma primeira porção e uma segunda porção. Um primeiro conduto de fluido hidráulico 6 se conecta a primeira porção da câmara de pressurização 9 à câmara de recepção 5 da primeira válvula de admissão 1. Um segundo conduto de fluido hidráulico 6’ se conecta a segunda porção da câmara de pressurização 9 à câmara de recepção 5’ da segunda válvula de admissão 1’. O êmbolo 7 é provido com uma primeira superfície de pressão 8 para pressurizar o fluido hidráulico na primeira porção da câmara de pressurização 9, e com uma segunda superfície de pressão 8’ para a pressurização do fluido hidráulico na segunda porção da câmara de pressurização 9. A primeira porção da câmara de pressurização 9 está disposta na extremidade da câmara de pressurização 9 e tem um primeiro diâmetro. A segunda porção da câmara de pressurização 9 é concêntrica com a primeira porção e tem um segundo diâmetro que é maior do que o primeiro diâmetro. A primeira superfície de pressão 8 do êmbolo 7 é disposta na extremidade do êmbolo 7 e pressuriza assim o fluido hidráulico na primeira porção da câmara de pressurização 9. A segunda superfície de pressão 8’ é um ombro do êmbolo 7 e pressuriza o fluido hidráulico na segunda porção da câmara de pressurização 9. As áreas das primeira e segunda superfícies de pressão 8, 8’ são iguais, e a mesma quantidade de fluido hidráulico é assim fornecida dentro das câmaras de recepção 5, 5’ das primeira e a segunda válvulas de admissão 1, 1’. Ao contrário de uma câmara de pressão 9 com diferentes porções para a primeira válvula de admissão 1 e uma segunda válvula de admissão 1’, o arranjo pode ser provido com câmaras de pressão separadas 9 para cada uma das válvulas 1, 1’.[019] To ensure that both the
[020] Quando a roda do excêntrico 11a entra no declive descendente do lóbulo 10a do eixo de comando 10, é permitido ao êmbolo 7 mover-se para baixo na câmara de pressurização 9. A força da mola 12, 12’ empurra a válvula de admissão 1, 1’ para cima, e, consequentemente, o fluido hidráulico é empurrado através do conduto de fluido hidráulico 6, 6’ de volta para a câmara de pressurização 9. A câmara de pressurização 9 é provida com entradas de fluido hidráulico 13, 13’ para a introdução adicional de fluido hidráulico para dentro da câmara de pressurização 9 para compensar fugas do sistema. As entradas de fluido hidráulico 13, 13’ são providas com válvulas de retenção 14, 14’ para permitir que o fluxo para dentro da câmara de pressurização 9, mas impedindo o fluxo na direção oposta.[020] When the cam wheel 11a enters the downward slope of the
[021] Será apreciado por um técnico no assunto que a invenção não está limitada às concretizações acima descritas, mas pode variar dentro do escopo das reivindicações anexas. Por exemplo, o arranjo pode ser provido com um sistema para o momento de fechamento da válvula variável entre a unidade seguidora de excêntrico e o êmbolo. Além disso, a construção das superfícies do êmbolo pode ser diferente da construção mostrada nas figuras.[021] It will be appreciated by one skilled in the art that the invention is not limited to the embodiments described above, but may vary within the scope of the appended claims. For example, the arrangement can be provided with a system for variable valve closing moment between the cam follower unit and the piston. Also, the construction of the piston surfaces may differ from the construction shown in the figures.
Claims (13)
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FI20125250 | 2012-03-09 |
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