RU2561933C1

RU2561933C1 - Device of hydraulic actuator of valve of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2561933C1
Application number: RU2014122830/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Максимов; Алексей Борисович Березовский; Наил Абдуллович Гатауллин; Лариса Александровна Зимина; Александр Петрович Сосновский; Рустам Фаридович Сафин; Ирек Флорович Гумеров; Андрей Сергеевич Куликов; Ринат Хурамшич Хафизов
Original assignee: Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-09-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: device of a hydraulic actuator of a valve of an internal combustion engine includes housing (1) of a hydraulic cylinder, which is fixed on the head of the cylinder block of the engine, in the cavity of which piston (2) is installed with a possibility of back-and-forth movement and connected to valve (3) of the internal combustion engine, feed passage (8) and drain passage (7) of the working medium. In the upper part of housing (1) of the hydraulic cylinder there are at least two rows of holes (4) and (5) connecting the cavity of the hydraulic cylinder to drain passage (7) of the working medium. At least one row of holes (5) is located above location of piston (2) at the upper dead point.

EFFECT: reduction of noise; lower wear of the valve and the seat.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в приводе впускного или выпускного клапанов газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to engine building and can be used in the drive of the intake or exhaust valves of the gas distribution of an internal combustion engine (ICE).

Известен механизм привода клапанов ДВС, с возможностью возвратно-поступательного движения впускных или выпускных клапанов, под давлением жидкости гидравлической системы (патент US №5694893А, МПК F01L 9/02, опубл. 1997), в котором клапан приводится в движение поршнем исполнительного механизма под воздействием усилия, развиваемого давлением жидкости гидравлической системы, и пружиной. Герметичное уплотнение полости цилиндра двигателя достигается применением в исполнительном механизме дополнительного клапана, предназначенного для передачи давления, возникающего в цилиндре двигателя, в гидравлическую полость исполнительного механизма, а также применением подпружиненного седла клапана. Точное позиционирование клапана при приближении его к седлу, а также регулировка его скорости достигается внешним управлением подачей жидкости в гидравлическую полость исполнительного механизма. Для снижения нагрузок, возникающих при встрече клапана с седлом, служит подпружиненное седло, что, во-первых, не избавляет от удара, а лишь снижает его последствия, во-вторых, такое взаимодействие клапана с седлом создает повышенный уровень шума и вибраций, в-третьих, такое решение сложно и дорого в производстве и недостаточно надежно.A known valve actuator mechanism of internal combustion engines, with the possibility of reciprocating movement of the intake or exhaust valves, under pressure of a hydraulic fluid (US patent No. 5694893A, IPC F01L 9/02, publ. 1997), in which the valve is driven by the piston of the actuator under the influence the force developed by the hydraulic fluid pressure and the spring. A tight seal of the cavity of the engine cylinder is achieved by using an additional valve in the actuator designed to transfer the pressure arising in the engine cylinder to the hydraulic cavity of the actuator, as well as by using a spring-loaded valve seat. The exact positioning of the valve as it approaches the seat, as well as the adjustment of its speed is achieved by external control of the fluid supply to the hydraulic cavity of the actuator. To reduce the loads that occur when the valve meets the seat, a spring-loaded seat is used, which, firstly, does not relieve impact, but only reduces its consequences, secondly, such interaction of the valve with the seat creates an increased level of noise and vibration, thirdly, such a solution is difficult and expensive to manufacture and not reliable enough.

Известна электрогидравлическая система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания (патент №2171898, МПК F01L 9/02, опубл. 10.08.2001), 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, 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.Known electro-hydraulic valve control system of an internal combustion engine (patent No. 2171898, IPC F01L 9/02, publ. 08/10/2001), including an oil discharge line, hydraulic pump, bypass and overflow hydraulic valves, a hydraulic cylinder with a housing, a cover and a piston with a skirt, electromechanical a control valve comprising a housing, a spool rod, a movable capillary element and an outlet opening rigidly connected to the rod, the hydraulic cylinder housing being located in the cylinder head of the engine and the hydraulic cylinder cover is aligned with the valve body, while the valve outlet is displaced externally beyond the contact spot of the cylinder piston skirt with the cover, and a longitudinal axis is made in the upper part of the cylinder body from the inner side along the axis of symmetry of the valve stem in the direction of the valve outlet groove with a variable horizontal sectional area.

Известен клапанный газораспределительный механизм и способ клапанного газораспределения двигателя внутреннего сгорания (патент RU №2251005, МПК F01L 9/02, опубл. 27.04.2005), в котором клапаны приводятся в движение поршнем исполнительного механизма под воздействием усилия, развиваемого давлением жидкости гидравлической системы. Герметичное уплотнение полости цилиндра двигателя достигается давлением жидкости гидравлической системы, а также перекрытием гидравлических магистралей. Регулировка скорости движения клапана осуществляется внешним управлением подачей жидкости в гидравлический цилиндр исполнительного механизма, торможение клапана при его подсадке в седло обеспечивают гидравлические тормоза. Известные устройства не решают проблем плавной безударной посадки клапана в седло. Гидравлический тормоз начинает действовать в непосредственной близости клапана от седла и для того, чтобы погасить кинетическую энергию системы «поршень исполнительный механизм (И.М.) - устройство соединения - клапан», имеет очень высокую степень замедления, кроме того, он действует резко, т.е. торможение начинается единовременно без постепенного нарастания усилия, что практически, при работе механизма, приводит к резкому изменению скорости системы и, как следствие, гидравлическому удару в деталях самого тормоза и динамическим ударам в системе «поршень И.М. - устройство соединения - клапан» - это приводит к нежелательным резонансным колебаниям, снижению качества торможения и ресурса механизма. Гидравлический тормоз уменьшает энергию удара при взаимодействии клапана с седлом, но в то же время, сам, являясь источником повышенных нагрузок, не решает задачу плавной безударной посадки клапана. Кроме того, гидравлический тормоз обладает узким рабочим диапазоном, т.е. эффективное замедление клапана, он способен осуществить только для конкретной скорости движения клапана, на которую он настроен, при изменении скорости, будет происходить либо недотормаживание с сокращением времени посадки клапана в седло и соответствующим увеличением нагрузок, либо перетормаживание с увеличением времени посадки клапана в седло, что при работе двигателя накладывает существенные ограничения на возможность регулирования фаз газораспределения.Known valve timing and valve timing of the internal combustion engine (patent RU No. 22251005, IPC F01L 9/02, publ. 04/27/2005), in which the valves are driven by the piston of the actuator under the influence of the force developed by the fluid pressure of the hydraulic system. A tight seal of the cylinder cavity of the engine is achieved by the fluid pressure of the hydraulic system, as well as by shutting off the hydraulic lines. The speed of the valve is controlled by external control of the fluid supply to the hydraulic cylinder of the actuator; hydraulic brakes provide valve braking when it is inserted into the seat. Known devices do not solve the problems of smooth shock-free valve seating in the seat. The hydraulic brake begins to act in the immediate vicinity of the valve from the seat and, in order to absorb the kinetic energy of the "piston actuator (IM) - connection device - valve" system, has a very high degree of deceleration, in addition, it acts sharply, t .e. braking starts at the same time without a gradual increase in effort, which practically during the operation of the mechanism leads to a sharp change in the speed of the system and, as a result, a hydraulic shock in the parts of the brake itself and dynamic shocks in the IM piston system - connection device - valve ”- this leads to undesirable resonant vibrations, lowering the quality of braking and the resource of the mechanism. The hydraulic brake reduces the impact energy during the interaction of the valve with the seat, but at the same time, being a source of increased loads, it does not solve the problem of a smooth, shock-free valve fit. In addition, the hydraulic brake has a narrow operating range, i.e. effective deceleration of the valve, it can only be carried out for the specific speed of the valve that it is tuned to, when the speed changes, there will either be a lack of braking with a reduction in the time of valve seating in the saddle and a corresponding increase in loads, or over-braking with an increase in the time of valve seating in the saddle, which when the engine is running, it imposes significant restrictions on the ability to control the valve timing.

Известна заявка ЕР №0652355, МПК F01L 9/02, опубл. 1994, в которой исполнительный механизм привода клапана (впускного или выпускного) ДВС содержит закрепленный на головке блока цилиндров двигателя гидравлический цилиндр, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном, и в полости цилиндра установлены гидравлические демпферы, каждый демпфер содержит камеру сжатия, состоящую из двух частей и сообщенную с полостью гидравлического цилиндра посредством каналов и клапанов.Known application EP No. 0652355, IPC F01L 9/02, publ. 1994, in which the actuator of the valve actuator (intake or exhaust) of the internal combustion engine contains a hydraulic cylinder fixed to the cylinder head of the engine, in the cavity of which a piston is connected with the valve with the possibility of reciprocating movement, and hydraulic dampers are installed in the cylinder cavity, each damper contains a compression chamber, consisting of two parts and communicated with the cavity of the hydraulic cylinder through channels and valves.

Известен исполнительный механизм привода клапана двигателя внутреннего сгорания и способ управления скоростью движения клапана (патент №2338075, МПК F01L 9/02, опубл. 10.04.2006), наиболее близкий к заявляемому, и принятый за прототип, содержащий закрепленный на головке блока цилиндров двигателя гидравлический цилиндр, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном. В полости цилиндра установлены гидравлические демпферы. Каждый демпфер содержит камеру сжатия, состоящую из двух частей и сообщенную с полостью гидравлического цилиндра посредством каналов и клапанов. Демпфер содержит сопла, выполненные с возможностью направления потока жидкости вдоль оси поршня или под углом к ней. При этом стенки сопл отклонены под углом относительно радиуса окружности поршня привода. Однако известное устройство не решает задачу плавной безударной посадки клапана, что повышает износ клапана и седла и повышает уровень шума при работе двигателя.A known actuator actuator for an internal combustion engine valve and a method for controlling the valve speed (patent No. 2338075, IPC F01L 9/02, publ. 04/10/2006), closest to the claimed one, and adopted for the prototype, comprising a hydraulic cylinder mounted on the cylinder head a cylinder, in the cavity of which a reciprocating piston is connected with the valve. Hydraulic dampers are installed in the cylinder cavity. Each damper contains a compression chamber, consisting of two parts and communicated with the cavity of the hydraulic cylinder through channels and valves. The damper comprises nozzles configured to direct fluid flow along the axis of the piston or at an angle to it. In this case, the nozzle walls are deflected at an angle relative to the radius of the circumference of the actuator piston. However, the known device does not solve the problem of smooth, shockless valve seating, which increases the wear of the valve and seat and increases the noise level during engine operation.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в уменьшении шума при работе двигателя, снижение износа и повышение долговечности рабочей фаски, клапана и седла.The technical result to which the invention is directed is to reduce noise during engine operation, reduce wear and increase the durability of the working bevel, valve and seat.

Технический результат достигается тем, что в устройстве гидравлического привода клапана ДВС, содержащем закрепленный на головке блока цилиндров двигателя корпус гидроцилиндра, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень, связанный с клапаном ДВС, питающий канал и канал слива рабочего тела, новым является то, что в верхней части корпуса гидроцилиндра выполнены по меньшей мере два ряда отверстий, сообщающих полость гидроцилиндра с каналом слива рабочего тела, по меньшей мере один из которых расположен выше положения поршня в верхней мертвой точке.The technical result is achieved by the fact that in the device of the hydraulic drive of the internal combustion engine valve containing the cylinder body mounted on the cylinder head of the engine, in the cavity of which a piston is connected with the possibility of reciprocating movement, connected to the internal combustion engine valve, the supply channel and the discharge channel of the working fluid are new the fact that at least two rows of holes are made in the upper part of the hydraulic cylinder body, communicating the hydraulic cylinder cavity with the working fluid drain channel, at least one of which It located above the position of the piston at top dead center.

В верхней части корпуса гидроцилиндра выполнена кольцевая полость, охватывающая ряды отверстий и сообщенная с каналом слива.An annular cavity is made in the upper part of the hydraulic cylinder body, covering rows of holes and communicated with the drain channel.

На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке в момент начала открытия клапана ДВС.In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an internal combustion engine valve hydraulic actuator device with a piston position at top dead center at the start of an internal combustion engine valve opening.

На фиг. 2 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в нижней мертвой точке в момент начала закрытия клапана ДВС.In FIG. Figure 2 shows a longitudinal section through the device of the hydraulic drive of the internal combustion engine valve when the piston is in the bottom dead center position at the moment when the internal combustion engine valve closes.

На фиг. 3 представлен продольный разрез устройства гидравлического привода клапана ДВС при положении поршня в верхней мертвой точке в момент конца закрытия клапана ДВС.In FIG. Figure 3 shows a longitudinal section through the device of the hydraulic drive of the internal combustion engine valve when the piston is in top dead center at the end of the internal combustion engine valve closure.

Устройство гидравлического привода клапана ДВС содержит корпус 1, полость которого образует гидроцилиндр. Корпус 1 закреплен на головке блока цилиндров двигателя (не показан). В полости гидроцилиндра с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень 2, связанный с клапаном 3 ДВС. Верхняя мертвая точка поршня 2 гидроцилиндра соответствует закрытому клапану 3 ДВС. Нижняя мертвая точка поршня 2 гидроцилиндра соответствует максимально открытому клапану 3 ДВС. В верхней части корпуса 1 гидроцилиндра выполнены два ряда отверстий 4 и 5, расположенных равномерно по окружности. Отверстия 4 расположены ниже положения верхнего торца поршня 2 в верхней мертвой точки и перекрываются им при его максимальном подъеме. Отверстия 5 расположены выше положения поршня 2 в верхней мертвой точке и не перекрываются им. Отверстия 4 и 5 сообщают полость гидроцилиндра с кольцевой полостью слива 6, охватывающей верхнюю часть корпуса 1 гидроцилиндра и соединенной с каналом слива 7 рабочего тела (масла). В верхней части гидроцилиндр соединен с питающим каналом 8. Нижняя часть поршня 2 имеет цилиндрический толкатель для контакта с клапаном 3 ДВС.The hydraulic drive device of the engine valve comprises a housing 1, the cavity of which forms a hydraulic cylinder. The housing 1 is mounted on the cylinder head of the engine (not shown). In the cavity of the hydraulic cylinder with the possibility of reciprocating movement, a piston 2 is installed, connected with the valve 3 of the internal combustion engine. The top dead center of the piston 2 of the hydraulic cylinder corresponds to the closed valve 3 of the internal combustion engine. The bottom dead center of the piston 2 of the hydraulic cylinder corresponds to the maximum open valve 3 of the internal combustion engine. In the upper part of the cylinder body 1, two rows of holes 4 and 5 are arranged uniformly around the circumference. The holes 4 are located below the position of the upper end of the piston 2 at the top dead center and overlap with it at its maximum rise. The holes 5 are located above the position of the piston 2 at top dead center and do not overlap them. Holes 4 and 5 communicate the cavity of the hydraulic cylinder with an annular drain cavity 6, covering the upper part of the housing 1 of the hydraulic cylinder and connected to the drain channel 7 of the working fluid (oil). In the upper part, the hydraulic cylinder is connected to the supply channel 8. The lower part of the piston 2 has a cylindrical pusher for contact with the valve 3 of the engine.

Работает устройство гидравлического привода клапана ДВС следующим образом.The device operates the hydraulic drive of the engine valve as follows.

При положении поршня 2 гидроцилиндра в верхней мертвой точке (фиг. 1) рабочее тело, например масло, по питающему каналу 8 поступает в гидроцилиндр. Давление рабочего тела в полости гидроцилиндра возрастает, в результате чего поршень 2 перемещается вниз. Поршень 2 посредством толкателя воздействует на клапан ДВС 3, открывая его. Питающий канал 8 соединяется с резервуаром (не показан), в котором рабочее тело находится с высоким давлением. Длительность соединения определяется режимом работы электромагнитного питающего клапана (не показан).When the position of the piston 2 of the hydraulic cylinder at top dead center (Fig. 1), the working fluid, such as oil, enters the hydraulic cylinder through the supply channel 8. The pressure of the working fluid in the cavity of the hydraulic cylinder increases, as a result of which the piston 2 moves down. The piston 2 by means of a pusher acts on the valve of the engine 3, opening it. The feed channel 8 is connected to a reservoir (not shown) in which the working fluid is at high pressure. The duration of the connection is determined by the operating mode of the electromagnetic feed valve (not shown).

Для остановки поршня 2 гидроцилиндра питающий канал 8 отсекается от резервуара с высоким давлением рабочего тела посредством, например, электромагнитного питающего клапана.To stop the piston 2 of the hydraulic cylinder, the feed channel 8 is cut off from the reservoir with a high pressure of the working fluid through, for example, an electromagnetic feed valve.

При положении поршня 2 гидроцилиндра в нижней мертвой точке (фиг. 2) кольцевая полость слива 6, через канал слива 7 рабочего тела (масла), посредством, например, электромагнитного сливного клапана соединяется с полостью низкого давления, которой является полость головки блока цилиндров ДВС (не показаны). Через ряды отверстий 4 и 5 рабочее тело (масло) вытекает из полости гидроцилиндра в кольцевую полость 6 и по каналу слива 7 рабочего тела далее в полость с низким давлением.When the piston 2 of the hydraulic cylinder is at bottom dead center (Fig. 2), the annular discharge cavity 6, through the drain channel 7 of the working fluid (oil), is connected, for example, with an electromagnetic drain valve to the low-pressure cavity, which is the head cavity of the engine block ( not shown). Through the rows of holes 4 and 5, the working fluid (oil) flows from the cavity of the hydraulic cylinder into the annular cavity 6 and through the drain channel 7 of the working fluid further into the cavity with low pressure.

Поршень 2 гидроцилиндра поднимается и перекрывает нижний ряд 4 сливных отверстий, при этом верхний ряд отверстий 5 остается открытым, и рабочее тело сливается только через него (фиг. 3). Ограничение расхода рабочего тела приводит к увеличению давления в полости гидроцилиндра, что приводит к торможению поршня 2 гидроцилиндра. В результате скорость движения поршня 2 гидроцилиндра, а следовательно, и связанного с ним клапана 3 ДВС снижается, что приводит к плавной безударной посадке клапана 3 ДВС на свое седло, при этом снижается шум при работе двигателя и повышается надежность и долговечность работы клапана 3 ДВС.The piston 2 of the hydraulic cylinder rises and overlaps the lower row of 4 drain holes, while the upper row of holes 5 remains open, and the working fluid merges only through it (Fig. 3). Limiting the flow rate of the working fluid leads to an increase in pressure in the cavity of the hydraulic cylinder, which leads to inhibition of the piston 2 of the hydraulic cylinder. As a result, the speed of movement of the piston 2 of the hydraulic cylinder and, consequently, of the internal combustion engine valve 3 associated with it decreases, which leads to a smooth, shock-free landing of the internal combustion engine valve 3 on its saddle, while the noise during engine operation is reduced and the reliability and durability of the internal combustion engine valve 3 are increased.

Claims

1. The device of the hydraulic actuator valve of an internal combustion engine, comprising a hydraulic cylinder body fixed to the cylinder head of the engine, in the cavity of which a piston is connected with the possibility of reciprocating movement, connected to the valve of the internal combustion engine, a supply channel and a discharge channel for the working fluid, characterized in that at least two rows of openings are made in the upper part of the hydraulic cylinder body, communicating the hydraulic cylinder cavity with the working medium drain channel, at least one a number of holes are located above the position of the piston at top dead center.

2. The device for the hydraulic valve drive of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that an annular cavity is made in the upper part of the hydraulic cylinder body, covering rows of holes and communicated with the drain channel.