Направляющая втулка клапана двигателя внутреннего сгорания

1021793 2. Втулка по п, 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что расширяющийся участок расположен со. стороны коромысла,3, Втулка по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ .а я с я тем, что поверхность усеченного конуса сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью через переходной конус. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано,например, в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания.Известны направляющие втулки клапанов двигателя внутреннего сгорания со сквозным отверстием, содержащие цилиндрическую поверхность срасширяющимся участком в виде усеченного конуса (,1),Однако при перекосе стержня клапана в направляющей втулке от экс. центрично приложенной радиальной нагрузки возникает еще одна радиальная нагрузка, являющаяся равнодействующей силы давления от диаметрально противоположного тачке контакта масляного клина и сил присасывания к точке контакта иэ-эа ограничения поступления смазки и ее отсоса из ,зоны контакта через расширяющийся книзу клин. Таким образом, эонаконтакта оказывается под большимудельным давлением с минимальнымслоем смазки (возможно и разрушение смазочного слоя) и зоной интенсивного теплоподвода от сил трения. Неудовлетворительный теплоотвод из зоны контакта приводит к повышенному износу направляющей втулки.Целью изобретения является повышение работоспособности направляющей втулки.Цель достигается тем, что в направляющей втулке клапана двигателя внутреннего сгорания со сквозным отверстием, содержащей внутреннюю цилиндрическую поверхность срасширяющимся участком в виде усеченного конуса, максимальный наклонпод углом о образующей усеченногоконуса к оси направляющей втулки ограничен пределами0,0004 сФф 0,02.Причем расширяющийся участок расположен со стороны коромысла.Кроме того, поверхность усеченного конуса сопряжена с внутренней 4. Втулка по п. 3, о т .л и ч а ю= щ а я с я тем, что поверхность переходного конуса сопряжена с поверхностью усеченного конуса по радиусу.5, Втулка по пн. 3 и 4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что поверхность переходного конуса сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью по радиусу.1 2цилиндрической поверхностью черезпереходной конус.При этом поверхность переходногоконуса сопряжена с поверхностью усеченного конуса по радиусу.К тому же поверхность конуса со-пряжена с внутренней цилиндрическойповерхностью по радиусу,Это позволяет уменьшить величиныудельных давлений эа счет увеличенияи ускорения развития площади контакта, обеспечить постоянную гидродина,мическую смазку поверхностей контактаза счет образования гидродинамичес-,кого клина в зоне контакта и эфФективное охлаждение поверхностейконтакта путем периодической сменыгидродинамического масляного клинав зоне контакта.На фиг. 1 представлена направля 20 ющая втулка в сборе со стержнемклапана и коромыслом, продольныйразрез на фиг. 2 - направляьщаявтулка, продольный разрез; на фиг.3схема сил, приложенных к стержню25 клапанав начале его перемещениявниз.Направляющая втулка 1 имеет наружную поверхность 2 и сквозное отверстие 3 с продольной осью, содержащее цилиндрическую поверхность 4 ирасширяющийся участок в виде усеченного конуса 5, расположенного со сто.роны коромысла 6 клапана. 1З 5 Сквозное отверстие 3 схватываетстержень 7 клапана с торцем 8, контактирующим с коромыслом 6. Образующая конуса 5 контактирует в точке 9 со стержнем 7 клапана и наклонена к продольной оси сквозного отверстия 3 под уголом ц Минимальная величина угла с. выб.рана такой, что в любой момент (от 45 .начала приработки и до конца эксплу,атации) равна или больше угла, величина тангенса которого равнагде э - внутренний диаметр цилиндрической поверхностисквозного отверстия;д - наружный .диаметр стержняклапана;- длина направляющей втулки;и - высота усеченного конусасквозного отверстия направ- .ляющей втулки.При этом выполнение усеченного конуса 5 с таким углом обеспечива ет наличие масляного клина с оптимальным профилем.Экспериментально найденные величины угла с,обеспечивающие получение заметного эффекта при испытани ях двигателя Д, лежат в пределах 0,001 рИ 0,02, при этом оптимум для зазора по чертежам двигателя находится в.пределах 0,0035-0,0085. Направляющая втулка 1 на фиг. 2 вклю О чает те же элементы, что и на фиг. 1 Усеченный конус 5 сопрягается с цилиндрической поверхностью 4 сквозного отверстия 3 переходным конусом10, при этом поверхность каждого усеченного конуса плавно сопряженас остальными участками сквозногоотверстия по радиусу.Направляющая втулка работает следующим образом.Направляющая .втулка 1 клапана за, Фиксирована на поверхности 2 в головке блока цилиндров. Стержень 7 клапана, приводимого от распределительного вала через толкатель, штан-, гу и коромысло б, начинает перемещаться вниз, преодолевая осевую силу Р сопротивленияСила Р складывается в основном иэ сил инерции клапана в сборе с пружинами, тарелкой и . сухарями, силы от разности давлений 40 газа снизу исверху тюльпана клпана, сил трения и сил сжатия клапанных . пружин. Величина силы Р изменяется по углу поворота распределительного вала и от других обстоятельств (например фазы начала открытия клапана, качества смазки сопряжения и пр,) в широких, пределах. Боек коромысла б., передающий осевое усилие Р на торец3 стержня 7, перемещается в радиаль О ном направлении по плоскости торца 8, Это приводит к возникновению и передаче стержню 7 клапана радиального усилия Зб-ХР( ."- коэффициент трения), величина которого изменяется как по величине, так и по направ.- лению.Начало перемещения вниз стержня 7 сопряжено с его поворотом в сторону действия силы %8 . При полном отсут ствии смазки стержень 7 в точке 9 60 контактирует с направляющей, втулкой 1 перемещаясь относительно нее. Поскольку угол й. равен или больше угла, равного Огс 1 у в в в , то стерВ-дГ-Ь65 жень 7 или ляжет своей образующей на образующую усеченного конуса 5, или между ними будет иметь место раскрывающийся кверху (в сторону бойка коромысла) воздушный клин. В пер. вом случае исходная поверхность кон-. такта сразу же достаточна, чтобы удельное давление стало допустимьи, в другом случае имеет место приработка. Но приработка данной направля" ющей втулки 1 происходит при более интенсивном развитии площади контакта и при значительно меньшем.сня" тии с нее материала, при более бла-гоприятной против износа форме контактирующей в точке 9 кромки на направляющей втулке 1 и при наличии . вентиляции воздуха около контактных зон, обеспечиваемой силами сцепления с воздухом стержня, подкачивающим эФфектом тарелки клапана и наличием между поверхностями стержня 7 и усеченного конуса 5 клина, раскрытого навстречу перемещению стержня.При наличии (без принудительной ее подачи) смазки в зазоре между направляющей втулкой 1 и стержнем 7 работа сопряжения существенно изменяется. При движении стержня 7 вниз и перекосе его в плоскости качания коромысла от радиальной нагрузки Кэ между сопрягаемыми поверхностями втулки 1 и стержня 7 образуются клиновые эоны инжекции и эжекции смазки. Т.е. при каждом ходе клапана между контактирующими под углом поверхностями усеченного конуса 5 и стержня 7 (за счет сил сцепления и скорости перемещения стержня 7 относительно втулки 1) вгоняется и при обратном ходе выбрасывается масляный клин. Так со стороны, диаметрально противоположной контакту в точке 9, имеет место инжектируемый масляный клин, создающий дополнительную радиальную нагрузку К . в направлении площади контакта; со стороны контакта в точке 9 между поверхностью 4 цилиндра и стержнем 7 образуется. клиновая эона, расширяющаяся в направлении движения стержня 7, из которой смазка уносится, и поэтому возникает раз- . режение, обеспечивакхцее присасывающее усилие йц в направлении контакта 9. Поскольку величина радиально возмущающей силы (1 й и скоростьперемещения стержня 7 относительно направляющей втулки 1 изменяются по величине и направлению во время хода клапана, гидродинамические масляные клинья и сила также изменяются, вызывая усиление или ослабление действия радиально возмущающей силы,Однако одновременно с проявлением сил В , ( и кв сопряжении с втулками известных конструкций ваказ 3998/2 3 Тираж 535ВНИИПИ ГосудаРпо делам изо113035, Москва, Ж Подписного комитета СССй и открытийушская наб., д,твен рете 35,Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 предлагаемой направляющей втулке 1эа счет предусмотренной клиновойэоны между поверхностями стержня 7и усеченного конуса 5 возникает гидродинамическая сила ЮГА,имеющая направление, противоположное силе ЯА,и уравновешивающая все силы,.действующие в направлении контакта, что обеспечивает наличие масляного слоя между поверхностями стержня 7 и направляющей втулки 1 при движениистержня 7 вниз,Кроме того, наличие давления внадконтактной зоне и разрежения вподконтактной зоне создают условиядля смены смазки в зоне контакта, а 15 значит исключают возможность выгорания смазки, и обеспечивают охлав. дение эоны контакта. Движение клапана вверх не рассматривается, так как не влияет на работоспособность направляющей втулки.Стендовые ускоренные испытания направляющих втулок двигателя Д, выполненных таким образом, показали, что величины их износов на базовом режиме специально разработанной методики были ниже более, чем в 20 раз, в сравнении с втулками известной конструкции из того же материала (антнфрикционный серый чугун марки АСЧ).