RU2151305C1

RU2151305C1 - Internal combustion engine valve hydraulic drive

Info

Publication number: RU2151305C1
Application number: RU98116647/06A
Authority: RU
Inventors: В.Р. Бурячко; С.В. Демихов; Ю.А. Заяц
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: transport engineering and mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: additional amplifier is placed in main line between spool-distributor and hydraulic cylinder which materially reduces energy consumption for driving the hydraulic pump, working liquid pressure in accumulator and load on parts of spool- distributor. To provide serviceability of hydraulic drive in case of leaks of working fluid from high pressure line between amplifier and hydraulic cylinder, compensating valve is used to maintain gauge pressure in line. To prevent striking of valve against piston at failures in drive control system, end of spool-distributor rides the cam of camshaft most of time. EFFECT: increased service life and provision operation reliability of hydraulic drive. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к клапанным механизмам газораспределения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обладающим возможностью управления фазами газораспределения. The invention relates to the field of engine construction, in particular to valve timing of internal combustion engines (ICE) with the ability to control the timing of the valve timing.

Известны гидравлические приводы клапанов ДВС /1-3/, содержащие индивидуальные гидроцилиндры с установленными в них рабочими поршнями, оказывающими силовое воздействие непосредственно на стержень клапана ДВС, приводимыми в действие гидравлическими устройствами, создающими давление рабочей жидкости на рабочий поршень, с электромагнитным или гидромеханическим элементами управления. Known hydraulic valve actuators DVS / 1-3 / containing individual hydraulic cylinders with installed working pistons that exert a direct impact on the valve stem of the internal combustion engine, driven by hydraulic devices that create pressure of the working fluid on the working piston, with electromagnetic or hydromechanical control elements .

В этих устройствах не обеспечен достаточный уровень безотказности, поскольку в случае даже незначительных нарушений в работе элементов управления возможно несанкционированное открытие или запаздывание посадки клапана в седло, вызывающее его ударный контакт с поршнем ДВС в верхней мертвой точке. Кроме этого, не в полной мере достигается эффективность рабочего процесса ДВС, поскольку не предусматривается изменение фаз газораспределения в достаточно широких пределах. In these devices, a sufficient level of reliability is not ensured, since in the case of even minor irregularities in the operation of the control elements, unauthorized opening or delayed seating of the valve in the seat, causing it to strike contact with the ICE piston at top dead center, is possible. In addition, the efficiency of the internal combustion engine working process is not fully achieved, since it is not envisaged to change the gas distribution phases within wide enough limits.

Наиболее близким по технической сущности является гидравлический привод клапанов ДВС /4/, содержащий резервуар с рабочей жидкостью, гидронасос с редукционным клапаном, аккумулятор давления, сообщающийся с напорной магистралью, сливную магистраль, управляемый электромагнитом подпружиненный золотник-распределитель и гидроцилиндр с рабочим поршнем, находящимся в контакте с клапаном ДВС. The closest in technical essence is the hydraulic valve actuator ДВС / 4 /, containing a reservoir with a working fluid, a hydraulic pump with a pressure reducing valve, a pressure accumulator communicating with the pressure line, a drain line, an electromagnet-controlled spring-loaded spool and a hydraulic cylinder with a working piston located in contact with the engine valve.

При эксплуатации указанный привод не обладает требуемой долговечностью и безотказностью. Необходимость поддержания высоких значений давления рабочей жидкости в гидроприводе требует существенных затрат энергии на привод гидронасоса и создает значительную нагрузку на детали золотника-распределителя в процессе работы. Не обеспечивается надежной синхронизации перемещения клапанов с работой кривошипно-шатунного механизма. При возможных сбоях в работе электромагнитов и золотников- распределителей возможны зависание клапана и его ударный контакт с поршнем ДВС в верхней мертвой точке. Устройство не обеспечивает также работоспособности гидропривода в случае утечек рабочей жидкости из магистрали высокого давления, т.к. не предусмотрено их компенсации. During operation, the specified drive does not have the required durability and reliability. The need to maintain high pressure values of the working fluid in the hydraulic drive requires significant energy costs for the drive of the hydraulic pump and creates a significant load on the parts of the spool distributor during operation. Reliable synchronization of valve movement with the operation of the crank mechanism is not provided. In case of possible malfunctions in the operation of electromagnets and valve spools, the valve may hang and its shock contact with the internal combustion engine piston at top dead center. The device also does not ensure the operability of the hydraulic drive in case of leakage of the working fluid from the high-pressure line, because their compensation is not provided.

Технической задачей изобретения является повышение безотказности работы привода клапанов ДВС при регулируемой продолжительности их открытого состояния путем надежного обеспечения синхронности перемещения клапана и работы кривошипно- шатунного механизма, обеспечения работоспособности гидропривода в случае утечек рабочей жидкости из магистрали высокого давления, а также повышение долговечности механизма за счет уменьшения давления рабочей жидкости в аккумуляторе давления и нагрузки на детали золотника-распределителя. An object of the invention is to increase the failure-free operation of the engine valve drive with an adjustable duration of their open state by reliably ensuring synchronized valve movement and the operation of the crank mechanism, ensuring the operability of the hydraulic drive in the event of leakage of the working fluid from the high-pressure line, and also increasing the durability of the mechanism by reducing pressure of the working fluid in the accumulator of pressure and load on the parts of the spool distributor.

Технический результат достигается тем, что в гидравлический привод клапанов ДВС дополнительно введен усилитель, в корпусе которого расположены как минимум два гидроцилиндра с подвижными рабочими поршнями, имеющими между собой жесткую кинематическую связь, а в магистраль высокого давления между усилителем и гидроцилиндром установлен компенсационный клапан, при этом золотник-распределитель своим торцом большую часть времени опирается на кулачок распределительного вала. The technical result is achieved by the fact that an amplifier is additionally introduced into the hydraulic drive of the internal combustion engine valves, in the housing of which there are at least two hydraulic cylinders with movable working pistons with a rigid kinematic connection, and a compensation valve is installed between the amplifier and the hydraulic cylinder in the high-pressure line, while the spool valve with its end most of the time rests on the camshaft cam.

На чертеже представлена общая схема гидравлического привода клапанов ДВС. The drawing shows a General diagram of the hydraulic valve drive ICE.

Гидравлический привод клапанов ДВС содержит резервуар 1 с запасом рабочей жидкости, закачиваемой гидронасосом 2 с редукционным клапаном 3 в аккумулятор давления 4, который сообщается с напорной 5 и подпитывающей (компенсационной) 6 магистралями, первая из которых попеременно со сливной магистралью 7 через выточку в управляемом электромагнитом 8 золотнике-распределителе 9, поджимаемом пружиной 10 к кулачку распределительного вала 11, сообщается через трубопровод низкого 12 с усилителем 14, полость высокого давления которого трубопроводом высокого давления 13 с установленным в нем компенсационным клапаном 15 связана с гидроцилиндром 16, в котором установлен рабочий поршень 17, находящийся в контакте с клапаном 18, имеющим пружину 19. The hydraulic valve actuator of the internal combustion engine contains a reservoir 1 with a supply of working fluid pumped by a hydraulic pump 2 with a pressure reducing valve 3 into a pressure accumulator 4, which communicates with a pressure 5 and feed (compensation) 6 lines, the first of which is alternately with a drain line 7 through a recess in a controlled electromagnet 8 of the spool valve 9, pressed by a spring 10 to the cam of the camshaft 11, communicates via a low-pressure pipe 12 with an amplifier 14, the high-pressure cavity of which is high th 13 with the pressure compensating valve 15 mounted therein is connected with the hydraulic cylinder 16 in which a working piston 17 in contact with valve 18 having a spring 19.

Гидравлический привод клапана ДВС работает следующим образом. The hydraulic valve drive of the engine works as follows.

Гидронасос 2 закачивает рабочую жидкость из резервуара 1 в аккумулятор давления 4, максимальное давление в котором поддерживается редукционным клапаном 3. При этом выход жидкости из аккумулятора давления 4 в трубопровод низкого давления 12 перекрывается золотником-распределителем 9, выточка на котором обеспечивает сообщение полости низкого давления усилителя 14 со сливной магистралью 7, в связи с чем поршни усилителя не оказывают давление на рабочую жидкость в трубопроводе высокого давления 13 и пружина 19 удерживает клапан 18 в закрытом положении. При сбегании ролика золотника-распределителя 9 с кулачка распределительного вала 11 золотник-распределитель перекрывает выход жидкости в сливную магистраль 7 из трубопровода низкого давления 12 и сообщает с ним аккумулятор давления 4. Под действием давления рабочей жидкости происходит перемещение рабочих поршней усилителя 14, за счет разности площадей которых давление рабочей жидкости в магистрали высокого давления 13 достигает давления, превышающего усилие клапанной пружины 19, в результате чего рабочий поршень 17 перемещается, оказывая давление на стержень клапана 18 и вызывая его открытие. The hydraulic pump 2 pumps the working fluid from the reservoir 1 into a pressure accumulator 4, the maximum pressure of which is supported by a pressure reducing valve 3. In this case, the fluid outlet from the pressure accumulator 4 to the low pressure pipe 12 is blocked by a spool distributor 9, a recess on which provides a message to the low-pressure cavity of the amplifier 14 with a drain line 7, in connection with which the pistons of the amplifier do not exert pressure on the working fluid in the high pressure pipe 13 and the spring 19 holds the valve 18 in a closed polo enii. When the roller of the control valve 9 is run off from the camshaft cam 11, the control valve shuts off the liquid outlet to the drain line 7 from the low pressure pipe 12 and communicates with it a pressure accumulator 4. Under the influence of the working fluid pressure, the working pistons of the amplifier 14 move, due to the difference areas of which the pressure of the working fluid in the high-pressure line 13 reaches a pressure exceeding the force of the valve spring 19, as a result of which the working piston 17 moves, providing Adding to the valve stem 18 and causing its opening.

При дальнейшем движении ролик золотника-распределителя 9 набегает на кулачок распределительного вала 11. При этом прекращается сообщение аккумулятора давления 4 с трубопроводом низкого давления 12, который в свою очередь сообщается со сливной магистралью 7. Вследствие резкого падения давления в полости низкого давления усилителя 14 происходит возвратное движение его рабочих поршней, в связи с чем давление рабочей жидкости в трубопроводе высокого давления 13 и в полости гидроцилиндра 16 становится меньше давления клапанной пружины 19 на рабочий поршень 17. В результате этого поршень 17 под действием усилия пружины 19 вытесняет рабочую жидкость из полости гидроцилиндра 16 в полость высокого давления усилителя 14, обеспечивая при этом посадку клапана 18 в свое седло. With further movement, the roller of the spool valve 9 runs onto the cam of the camshaft 11. This stops the pressure accumulator 4 from communicating with the low pressure pipe 12, which in turn communicates with the drain line 7. Due to a sharp pressure drop in the low pressure cavity of the amplifier 14, the return the movement of its working pistons, in connection with which the pressure of the working fluid in the high-pressure pipe 13 and in the cavity of the hydraulic cylinder 16 becomes less than the pressure of the valve spring 19 at work s piston 17. As a result, the piston 17 by the spring 19 force displaces hydraulic fluid from the cavity of the hydraulic cylinder 16 in the high pressure chamber of the amplifier 14, while providing a landing valve 18 in its seat.

При этом в случае утечек рабочей жидкости из трубопровода высокого давления 13 окончательный возврат рабочих поршней усилителя 14 в первоначальное положение обеспечивается за счет сообщения трубопровода высокого давления 13 с подпитывающей магистралью 6 через компенсационный клапан 15. Это обусловлено тем, что давление рабочей жидкости в подпитывающей магистрали 6 выше давления в сливной магистрали 7, но ниже значения усилия клапанной пружины 19, что предотвращает несанкционированное открытие клапана 18. In this case, in the event of leakage of the working fluid from the high-pressure pipe 13, the final return of the working pistons of the amplifier 14 to its original position is ensured by the communication of the high-pressure pipe 13 with the feed line 6 through the compensation valve 15. This is due to the fact that the pressure of the working fluid in the feed line 6 above the pressure in the drain line 7, but below the value of the force of the valve spring 19, which prevents the unauthorized opening of the valve 18.

При изменении режима работы двигателя управление моментами начала подъема и опускания клапана 18, а следовательно, и фазами газораспределения осуществляется путем своевременной подачи напряжения на электромагнит 8 золотника-распределителя 9. Так, при необходимости изменения момента начала подъема клапана 18 с момента начала сбегания ролика золотника-распределителя 9 с кулачка распределительного вала 11 на определенное время подается напряжение на электромагнит 8, в результате чего золотник- распределитель 9 будет продолжать оставаться в положении, обеспечивающем закрытое состояние клапана 18, до момента прекращения подачи электрического напряжения на электромагнит 8, после чего под действием пружины 10 золотник-распределитель 9 переместится в положение, обеспечивающее контакт ролика золотника-распределителя с кулачком распределительного вала 11 и сообщение трубопровода низкого давления 12 с аккумулятором давления 4. When the engine operating mode changes, the moments of the start of raising and lowering the valve 18, and therefore the valve timing, are controlled by the timely supply of voltage to the electromagnet 8 of the spool valve 9. So, if necessary, changing the moment of the start of raising the valve 18 from the moment the spool roller starts to run off- the distributor 9 from the cam of the camshaft 11 for a certain time voltage is applied to the electromagnet 8, as a result of which the spool-distributor 9 will continue to remain in the position ensuring the closed state of the valve 18, until the supply of voltage to the electromagnet 8 is stopped, after which, under the action of the spring 10, the spool valve 9 will move to the position that provides the contact of the spool valve with the cam of the camshaft 11 and the low pressure pipe 12 s pressure accumulator 4.

При необходимости изменения момента посадки клапана 18 в седло электропитание на электромагнит 8 подается до момента начала набегания ролика золотника-распределителя 9 на кулачок распределительного вала, вследствие чего ролик выходит из контакта с поверхностью последнего, и золотник-распределитель сообщает своей выточкой трубопровод низкого давления 12 со сливной магистралью 7, в результате чего происходит посадка клапана 18 в седло. If it is necessary to change the moment the valve 18 is seated in the saddle, power is supplied to the electromagnet 8 until the roller of the spool valve 9 runs up to the camshaft cam, as a result of which the roller comes out of contact with the surface of the camshaft, and the spool valve distributes a low pressure pipe 12 with drain line 7, resulting in the landing of valve 18 in the seat.

Вследствие этого механизм обеспечивает возможность изменения продолжительности открытого состояния клапана в широком диапазоне углов поворота коленчатого вала за счет варьирования моментом подачи напряжения на электромагнит 8, но в пределах, допустимых по условиям исключения ударного контакта клапана 18 с поршнем ДВС и нарушения качества газообмена. Эти пределы задаются профилем и угловым положением кулачка распределительного вала 11. As a result of this, the mechanism makes it possible to change the duration of the valve’s open state in a wide range of crankshaft rotation angles by varying the moment of voltage supply to the electromagnet 8, but within the limits allowed by the conditions for excluding the shock contact of valve 18 with the internal combustion engine piston and impaired gas exchange quality. These limits are set by the profile and angular position of the cam cam 11.

Таким образом, предлагаемый привод обеспечивает повышение эффективности ДВС за счет оптимального управления фазами газораспределения в широком поле эксплуатационных режимов, повышения его энергетических показателей при улучшении формы изменения крутящего момента по внешней скоростной характеристике. В то же время компенсация утечек рабочей жидкости в трубопроводе высокого давления, надежное обеспечение синхронности перемещения клапана и работы кривошипно-шатунного механизма, исключающее ударный контакт клапана с поршнем, а также уменьшение затрат энергии на привод гидронасоса и нагрузки на детали золотника- распределителя гарантированно повысят безотказность и долговечность механизма. Thus, the proposed drive improves the efficiency of the internal combustion engine due to the optimal control of the gas distribution phases in a wide field of operating modes, increasing its energy performance while improving the shape of the change in torque according to the external speed characteristic. At the same time, compensation for leakage of the working fluid in the high-pressure pipe, reliable synchronization of valve movement and the operation of the crank mechanism, eliminating the impact contact of the valve with the piston, as well as reducing the energy costs of the hydraulic pump drive and the load on the parts of the spool valve, will guarantee increased reliability and durability of the mechanism.

Источники использованной информации
1. Гидравлический привод клапанов. Патент США N 4612883, МКИ L9/02.Sources of information used
1. Hydraulic valve drive. U.S. Patent No. 4,612,883, MKI L9 / 02.

2. Механизм гидравлического привода клапанов. Заявка Японии N 63131809 МКИ F 01 L 9/02. 2. The mechanism of the hydraulic valve drive. Japanese Application N 63131809 MKI F 01 L 9/02.

3. Электрогидравлическая система управления клапанами ДВС // Автомобильная промышленность. - N 3, - 1996. - с. 11-12. 3. Electro-hydraulic control system for internal combustion engine valves // Automotive industry. - N 3, - 1996. - p. 11-12.

4. Гидравлический привод клапанов ДВС. Патент Великобритании N 1578019 МКИ F 01 L 9/02 (прототип). 4. The hydraulic valve drive of the internal combustion engine. UK patent N 1578019 MKI F 01 L 9/02 (prototype).

Claims

The hydraulic valve drive of the internal combustion engine, comprising a reservoir with a working fluid, a hydraulic pump with a pressure reducing valve, a pressure accumulator communicating with the pressure line, a drain line, an electromagnetically controlled spring-loaded spool valve and a hydraulic cylinder with a working piston in contact with the internal combustion engine valve, characterized in that an amplifier is additionally introduced into it between the spool valve and the hydraulic cylinder, in the housing of which at least two hydraulic cylinders with movable working pistons are located, having a rigid kinematic connection between each other, and a compensation valve is installed between the amplifier and the hydraulic cylinder in the high-pressure line, while the spool-distributor rests most of the time on the camshaft cam.