Уплотнение для клапана двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, а именно к уплотнениям для клапана двигателя внутреннего сгорания. Уплотнение (1) для клапана (2) двигателя (3) внутреннего сгорания, причем клапан (2) содержит направляющий элемент (7), образующий сквозное седло, и шток (8), выполненный с возможностью скользящего перемещения в указанном седле. Уплотнение (1) содержит упругодеформируемый уплотняющий элемент (12), имеющий кольцеобразную форму вокруг оси (А) и предназначенный для установки снаружи на указанном клапане (2), чтобы взаимодействовать как с указанным направляющим элементом (7), так и с указанным штоком (8). Опорный элемент (13) имеет кольцеобразную форму, установлен коаксиально по меньшей мере на части указанного уплотняющего элемента (12) таким образом, что уплотняющий элемент зажимается в радиальном направлении между указанным опорным элементом (13) и указанным клапаном (2). Указанный опорный элемент (13) содержит первую часть (25) для взаимодействия с указанным уплотняющим элементом (12) и вторую часть (26) для позиционирования при эксплуатации указанного уплотнения (1) на указанном двигателе (3). Первая (25) и вторая (26) части опорного элемента (13) представляют собой часть соответственно первого компонента (25) и второго компонента (26), которые являются отдельными друг от друга компонентами и установлены коаксиально при помощи быстродействующего соединительного средства (27). В радиальном направлении второй компонент (26) установлен в наиболее удаленном положении относительно первого компонента (25) и образует седло (34) для вмещения данного первого компонента (25). Второй компонент (26) содержит цилиндрическую основную часть (33), образующую внутри по меньшей мере одну осевую опорную поверхность для осевого концевого участка (29) указанного первого компонента (25), и кольцеобразный фланец (35), выступающий радиально наружу из одного конца указанной основной части (33) и предназначенный для установки в фиксированном положении относительно клапана (2). Быстродействующее соединительное средство (27) содержит множество стопорных выступов (40), расположенных на указанном втором компоненте (26), в недеформированном состоянии проходящих параллельно указанной оси (А) и выступающих из торцевой кромки (37) основной части (33) напротив фланца (35), распределенных по угловому положению вокруг указанной оси (А) и выполненных с возможностью упругого изгиба от первого компонента (25) и к нему для быстрого соединения с опорной частью (28) данного первого компонента (25). Технический результат заключается в снижении общего веса, а также предотвращении нежелательного скольжения металлических материалов относительно друг друга во время сборки и увеличении удерживающей силы с низкими нагрузками, возникающими при сборке. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Данное изобретение относится к уплотнению для клапана двигателя внутреннего сгорания.

Из уровня техники известны двигатели внутреннего сгорания для транспортных средств, содержащие головку, служащую опорой для одного или большего количества цилиндров, внутри которых происходит рабочий цикл двигателя, и которые соединены с соответствующими камерами сгорания данного двигателя. Кроме того, в вышеупомянутой головке предусмотрены соответствующие седла, предназначенные для обеспечения соединения камеры сгорания с каналами, предназначенными для подвода в указанную камеру смеси несгоревшего топлива и воздуха (впускные каналы) и удаления из указанной камеры сгорания отработавших газов (выпускные каналы).

Потоки, идущие от каждой камеры сгорания и к каждой камере сгорания, управляются соответствующими клапанами, действующими на вышеупомянутых седлах. В частности, каждый клапан по существу содержит направляющий элемент, закрепленный в полости головки двигателя, и шток, выполненный с возможностью скользящего движения в противоположных направлениях через сквозное седло, образованное направляющим элементом, и на одном конце имеет открывающую/закрывающую часть для перекрытия соединения между соответствующим впускным или выпускным каналом и соответствующей камерой сгорания.

Противоположный конец штока клапана выступает в осевом направлении из соответствующего направляющего элемента и предназначен для восприятия управляющих усилий от соответствующего устройства управления, например, от распределительного вала.

В осевом направлении, в направлении перекрытия соединения между соответствующим впускным или выпускным каналом и соответствующей камерой сгорания, шток клапана нагружен цилиндрической винтовой пружиной.

В частности, пружина установлена коаксиально вокруг клапана, и в осевом направлении установлена между неподвижной поверхностью, выполненной на головке двигателя, и крышкой, прикрепленной к штоку клапана вблизи или на конце данного штока, взаимодействующего с устройством управления.

Обычно на клапанах вышеописанного типа установлены герметизирующие уплотнения для смазочного масла, как правило, циркулирующего в двигателях. В одной из наиболее широко известных форм такие уплотнения содержат опорный или упрочняющий элемент, который имеет по существу трубчатую форму и выполнен из одного куска металлического материала, и кольцеобразный уплотняющий элемент, выполненный из эластомерного материала и установленный между опорным элементом и клапаном.

В частности, уплотняющий элемент обычно содержит первую часть, предназначенную для взаимодействия через свою внутреннюю цилиндрическую поверхность с наружной цилиндрической поверхностью той части направляющего элемента, которая при эксплуатации обращена к вышеупомянутому устройству управления, и вторую часть, предназначенную для взаимодействия непосредственно со штоком клапана.

Уплотнения вышеописанного типа широко применяются во всех двигателях внутреннего сгорания для регулирования количества смазочного масла, текущего из области распределения к камерам сгорания. Чрезмерный поток смазочного масла, кроме очевидного чрезмерного расхода самого масла, приводит к снижению коэффициента полезного действия двигателя и ухудшению параметров каталитического дожигателя выхлопных газов транспортного средства. С другой стороны, недостаточный поток вызывает увеличение износа и шум клапанов, сопровождаемый наличием локальных пиков температуры. Это явление может стать причиной преждевременного повреждения клапанов в результате заедания штока данных клапанов в направляющем элементе.

Известные уплотнения, действуя на направляющий элемент соответствующего клапана при помощи первой части уплотняющего элемента, обеспечивают уплотнение статического типа, посредством же второй части уплотняющего элемента они взаимодействуют со штоком, обеспечивая уплотнение динамического типа. В частности, статическое уплотнение должно обеспечить определенную степень радиального сжатия на направляющем элементе, чтобы предотвратить утечку смазочного масла в направлении камер сгорания и в то же время удержать в соответствующем положении само уплотнение, тогда как динамическое уплотнение предназначено для обеспечения минимального потока масла, необходимого для смазывания соединения между штоком и направляющим элементом.

Опорный элемент содержит:

- по существу цилиндрическую основную часть;

- первый кольцеобразный фланец, вытянутый радиально внутрь от осевого конца основной части и частично вставленный в кольцеобразное седло уплотняющего элемента; и

- второй кольцеобразный фланец, вытянутый радиально наружу от противоположного осевого конца основной части и предназначенный для давления на вышеупомянутую неподвижную поверхность головки двигателя посредством пружины, действующей на шток клапана.

На практике, второй кольцеобразный фланец опорного элемента образует опорную поверхность для осевого конца пружины и воспринимает от пружины нормальную рабочую нагрузку.

Кроме того, второй кольцеобразный фланец обеспечивает возможность приведения в действие уплотнения в требуемом положении на клапане.

В данной области техники существует потребность в наличии уплотнений, которые могут эффективно регулировать поток смазочного масла к камерам сгорания, но в то же время имеют более низкую цену, меньший вес и более простую конструкцию по сравнению с существующими решениями, в особенности в случае применения в двигателях больших размеров.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить уплотнение для клапана двигателя внутреннего сгорания, которое отличается простой конструкцией и невысокой ценой и отвечает по меньшей мере одному из вышеупомянутых требований.

Данная задача решена посредством данного изобретения, поскольку оно относится к уплотнению для клапана двигателя внутреннего сгорания, определенному в п. 1 формулы изобретения.

Для лучшего понимания данного изобретения ниже описан предпочтительный вариант его осуществления, приведенный лишь в качестве не ограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 в аксонометрии показан вид с частичным поперечным разрезом части двигателя внутреннего сгорания, снабженного уплотнением с осевой симметрией для клапана, выполненного в соответствии с идеей данного изобретения;

на фиг. 2 в аксонометрии показан вид в разобранном состоянии в увеличенном масштабе уплотнения, показанного на фиг. 1; и

на фиг. 3 и 4 показаны разрезы вдоль различных диаметральных плоскостей уплотнения, показанного на фиг. 1.

На прилагаемых чертежах номером позиции 1 в целом обозначено уплотнение согласно изобретению для клапана 2 двигателя 3 внутреннего сгорания. Само по себе это уплотнение известно, на фиг. 1 оно показано только в такой мере, которая необходима для понимания данного изобретения.

Более подробно, на фиг. 1 показана только часть двигателя 3, а именно, часть 4 головки 5, известным образом образующая камеру сгорания (на фиг. 1 камера сгорания не видна, но она установлена под частью 5 показанной головки 4), в которой при наличии воздуха для горения окисляется топливо, чтобы преобразовать химическую энергию, содержащуюся в топливе, в энергию давления.

Через свое отверстие камера сгорания известным образом получает смесь, содержащую топливо и воздух для горения, а в конце процесса отработавший газ и воздух через еще одно отверстие выходят из камеры сгорания.

Потоки, идущие из камеры сгорания и в камеру сгорания, регулируются соответствующими клапанами 2 вышеназванного типа, которые действуют на вышеупомянутых отверстиях данной камеры сгорания.

В следующем описании для упрощения ссылки даются только на один клапан 2, хотя очевидно, что описанными характеристиками обладает любой из клапанов того типа, который применяется в двигателе 3.

Как показано на фиг. 1, 3 и 4, клапан 2 расположен в сквозном седле 6, выполненном в части 5 головки 4 и обычно содержит смазочное масло.

Клапан 2 содержит трубчатый направляющий элемент 7, посаженный с натягом в седле 6, и шток 8, выполненный с возможностью скользящего перемещения в противоположных направлениях по оси А внутри направляющего элемента 7.

Более подробно, шток 8 выступает с противоположных сторон направляющего элемента 7 и содержит на своих противоположных осевых концах, соответственно, открывающий/закрывающий элемент 9, предназначенный для герметичного ввода в соответствующее отверстие камеры сгорания, и исполнительный элемент или крышку 10, предназначенную для восприятия управляющих усилий от механизма управления, который сам по себе известен и на чертежах не показан, например, от распределительного вала.

Снаружи осевой концевой части направляющего элемента 7, из которой выступает конец штока 8, оснащенного крышкой 10, установлено соответствующее уплотнение 1 согласно изобретению, коаксиально окружающее как направляющий элемент 7, так и шток 8.

Кроме того, клапан 2 содержит пружину 11, в данном случае винтовую пружину, которая на своих противоположных осевых концах взаимодействует с крышкой 10 и с той частью уплотнения 1 (более подробно описанной ниже), которая в осевом направлении прижата к неподвижной кольцеобразной поверхности 4а оси А части 4 головки 5.

Пружина 11 предназначена для создания упругой восстанавливающей силы на штоке 8, чтобы постоянно сохранять его контакт с механизмом управления в положении, соответствующем открывающему/закрывающему элементу 9.

В частности, как показано на фиг. 2-4, уплотнение 1 имеет кольцеобразную форму вокруг оси, которая в собранном положении совпадает с осью А.

Более конкретно, уплотнение 1 по существу содержит уплотняющий элемент 12, имеющий кольцеобразную форму и выполненный из эластомерного материала, и опорный элемент 13, установленный коаксиально уплотняющему элементу 12, чтобы в радиальном направлении относительно оси А прижимать его к направляющему элементу 7 и штоку 8 клапана 2. На практике, уплотняющий элемент 12 установлен коаксиально между опорным элементом 13 и клапаном 2.

Вдоль оси А, в направлении открывающего/закрывающего элемента 9 штока 8 уплотняющий элемент 12 образует, во-первых, уплотнение 14 динамического типа, предназначенное для того, чтобы обеспечить возможность прохождения минимального потока масла, необходимого для смазывания соединения между штоком 8 и направляющим элементом 7, и, во-вторых, уплотнение 15 статического типа для предотвращения протекания масла в направлении камеры сгорания.

Более подробно, уплотняющий элемент 12 ограничен двумя дискообразными секциями 16, 17, расположенными на осевых концах друг против друга, внутренней периферийной поверхностью 18, предназначенной для взаимодействия частично со штоком 8 и частично с направляющим элементом 7, чтобы обеспечить наличие уплотнений 14 и 15, и наружной периферийной поверхностью 19, предназначенной для соединения с опорным элементом 13 и упругим кольцом 20, чтобы прижимать внутреннюю периферийную поверхность 18 к штоку 8.

В собранном состоянии секция 16 обращена в сторону механизма управления, и через нее проходит шток 8; в собранном состоянии секция 17 обращена в сторону камеры сгорания, и через нее проходит как шток 8, так и направляющий элемент 7.

В положении рядом с секцией 16 внутренняя периферийная поверхность 18 уплотняющего элемента 12 содержит секцию 21 минимального диаметра, предназначенную для прижима к штоку 8 в радиальном направлении посредством упругого кольца 20, чтобы определить периферийную уплотняющую линию динамического типа (уплотнение 14), что благодаря скользящему соединению с данным штоком обеспечивает возможность выхода минимального потока масла.

Кроме того, в положении рядом с секцией 17 внутренняя периферийная поверхность 18 уплотняющего элемента 12 содержит по существу цилиндрическую часть 22, имеющую небольшие неровности поверхности и предназначенную для прижима посредством опорного элемента 13 в радиальном направлении к направляющему элементу 7, чтобы образовать цилиндрическую уплотняющую поверхность статического типа (уплотнение 15).

Наружная периферийная поверхность 19 содержит первую по существу цилиндрическую часть 23, расположенную противоположно части 22 внутренней периферийной поверхности 18 и предназначенную для взаимодействия с опорным элементом 13, и вторую часть 24, которая выходит из опорного элемента 13 и взаимодействует с упругим кольцом 20.

Опорный элемент 13 предпочтительно образован из двух отдельных друг от друга кольцеобразных компонентов 25, 26, установленных коаксиально друг другу посредством быстродействующего соединительного средства 27.

В частности, внутренний, если смотреть в радиальном направлении, компонент 25 взаимодействует с уплотняющим элементом 12 так, чтобы прижать его в радиальном направлении к направляющему элементу 7 клапана 2, тогда как компонент 26 установлен на компоненте 25 в наиболее удаленном в радиальном направлении от центра положении и предназначен для расположения при эксплуатации на неподвижной поверхности 4а части 4 головки 5 двигателя 3 благодаря действию пружины 11 клапана 2.

На практике, компонент 25 определяет часть взаимодействия опорного элемента 13 с уплотняющим элементом 12, тогда как компонент 26 определяет часть позиционирования данного опорного элемента 13 на части 4 головки 5 двигателя 3 и относительно направляющего элемента 7 клапана 2. Компонент 26 предназначен для восприятия при эксплуатации нагрузок от пружины 11 клапана 2 и установки уплотнения 1 в требуемом положении на клапане 2.

Компонент 25 предпочтительно выполнен из металла и имеет по существу цилиндрическую форму, вытянутую вдоль оси А; в частности, компонент 25 взаимодействует с частью 23 наружной периферийной поверхности 19 уплотняющего элемента 12 и по существу содержит:

- осевой концевой участок 28, слегка изогнутый радиально наружу относительно оси А, из которого выступает часть 24 наружной периферийной поверхности 19 уплотняющего элемента 12;

- противоположный осевой концевой участок 29, изогнутый в направлении оси А так, чтобы в осевом направлении удержать уплотняющий элемент 12 в определенном положении относительно его секции 17;

- первый цилиндрический участок 30, проходящий от осевого концевого участка 28; и

- второй цилиндрический участок 31, проходящий от осевого концевого участка 29, имеющий меньший наружный диаметр, чем наружный диаметр цилиндрического участка 30, и закругленный к участку 30 посредством конического соединительного участка 32.

На практике, компонент 25 представляет собой радиальное препятствие, увеличивающееся в размере вдоль оси А, от своего концевого осевого участка 29 к своему противоположному концевому осевому участку 28.

Компонент 26 выполнен из пластикового материала. Предпочтительно, компонент 26 может быть выполнен из высокоэффективного термопластичного материала, имеющего превосходные механические свойства и термостойкость, который в статических и динамических применениях способен взять на себя функции металлических материалов. Термопластичный материал, из которого образован компонент 26, может быть, но не обязательно, усилен соответствующими добавками, например, органического или неорганического типа.

Компонент 26 по существу содержит основную цилиндрическую часть 33, предназначенную для образования седла 34 для принятия в себя компонента 25, и плоский кольцеобразный концевой фланец 35, выступающий радиально наружу из основной части 33 и предназначенный для взаимодействия в результате опирания на неподвижную поверхность 4а части 4 головки 5 двигателя 3 при осевом давлении, создаваемом пружиной 11 клапана 2.

Основная часть 33 имеет множество выступов 36, которые выступают радиально внутрь и вблизи торцевой кромки 37 собственно основной части 33, напротив фланца 35 имеют соответствующие заплечики 38, предназначенные для образования соответствующих опорных поверхностей для осевого концевого участка 29 компонента 25.

Быстродействующее соединительное средство 27 образовано множеством, в данном описанном случае тремя, стопорными выступами 40, которые в недеформированном положении выступают из торцевой кромки 37 основной части 33 в направлении, параллельном оси А, установлены вокруг данной оси А на одинаковом угловом расстоянии друг от друга и выполнены с возможностью упругого изгиба в направлении от компонента 25 и к нему, чтобы застопорить или, при необходимости, освободить его.

В частности, на свободном конце каждого стопорного выступа 40 имеется зубец 41, предназначенный для быстродействующего соединения с осевым концевым участком 28 компонента 25.

Наконец, компонент 26 содержит средство 42 позиционирования компонента 25 в его собственном седле 34. Средство 42 позиционирования по существу содержит множество, в данном описанном случае три, выступа 43, которые, начиная с торцевой кромки 37, выступают из основной части 33 как радиально внутрь данной основной части 33, так и в направлении параллельно оси А. В осевом направлении высота выступов 43 меньше высоты стопорных выступов 40, и.вокруг оси А выступы 43 установлены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Кроме того, по угловому положению относительно оси А каждый выступ 43 установлен между двумя стопорными выступами 40.

Выступы 43 предназначены для взаимодействия при эксплуатации с цилиндрическим участком 31 компонента 25.

Из рассмотрения характеристик уплотнения 1, предложенного в соответствии с идеей данного изобретения, становятся очевидными его преимущества.

В частности, благодаря тому факту, что две основные функции опорного элемента 13, то есть функция взаимодействия с уплотняющим элементом 12 и давления на него и функция позиционирования головки 4 двигателя 3, осуществляются посредством отдельных друг от друга компонентов 25, 26, компонент 26, выполняющий функцию фиксации, может быть выполнен из пластикового материала.

Таким образом, по сравнению с уплотнениями известного типа получают существенное снижение общего веса и стоимости уплотнения 1, а также большую гибкость в отношении геометрической конфигурации компонента 26, выполненного из пластикового материала.

Более подробно, может быть предусмотрено применение по существу одинакового компонента 25, действующего на уплотняющем элементе 12, в различных типах двигателей 3, и изменение вместо этого конфигурации другого компонента 26, выполненного из пластикового материала, в соответствии со специфической геометрией двигателя 3, на котором необходимо установить уплотнение 1. Именно благодаря применению пластикового материала возможна определенная простота формовки вышеупомянутого компонента в большом диапазоне форм, что, как правило, невозможно в случае использования металлических материалов. Таким образом, получена широкая возможность адаптации к различным двигателям, прежде всего, к двигателям больших размеров.

Кроме того, благодаря обеспечению крепления между компонентами 25 и 26 посредством быстродействующего соединительного средства 27 предотвращается любое нежелательное скольжение металлических материалов относительно друг друга во время сборки, которое может привести к браку.

Наконец, благодаря быстродействующему соединительному средству 27 возможны большие удерживающие силы с низкими нагрузками, возникающими при сборке.

Наконец, очевидно, что в отношении описанного и проиллюстрированного здесь уплотнения 1 могут быть выполнены модификации и изменения без выхода за пределы объема правовой охраны данного изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

В частности, компонент 25 также может быть выполнен из пластикового материала.

1. Уплотнение (1) для клапана (2) двигателя (3) внутреннего сгорания, причем указанный клапан (2) содержит направляющий элемент (7), образующий сквозное седло, и шток (8), выполненный с возможностью скользящего перемещения в указанном седле, причем указанное уплотнение (1) содержит:

- упругодеформируемый уплотняющий элемент (12), имеющий кольцеобразную форму вокруг оси (А) и предназначенный для установки снаружи на указанном клапане (2), чтобы взаимодействовать как с указанным направляющим элементом (7), так и с указанным штоком (8); и

- опорный элемент (13), имеющий кольцеобразную форму, установленный коаксиально по меньшей мере на части указанного уплотняющего элемента (12) таким образом, что уплотняющий элемент зажимается в радиальном направлении между указанным опорным элементом (13) и указанным клапаном (2);

причем указанный опорный элемент (13) содержит первую часть (25) для взаимодействия с указанным уплотняющим элементом (12) и вторую часть (26) для позиционирования при эксплуатации указанного уплотнения (1) на указанном двигателе (3);

причем указанные первая и вторая части указанного опорного элемента (13) представляют собой часть соответственно первого компонента (25) и второго компонента (26), которые являются отдельными друг от друга компонентами и установлены коаксиально при помощи быстродействующего соединительного средства (27);

причем указанное уплотнение (1) отличается тем, что в радиальном направлении указанный второй компонент (26) установлен в наиболее удаленном положении относительно первого компонента (25) и образует седло (34) для вмещения данного первого компонента (25); тем, что указанный второй компонент (26) содержит, по существу, цилиндрическую основную часть (33), образующую внутри по меньшей мере одну осевую опорную поверхность для осевого концевого участка (29) указанного первого компонента (25), и кольцеобразный фланец (35), выступающий радиально наружу из одного конца указанной основной части (33) и предназначенный для установки в фиксированном положении относительно указанного клапана (2); и тем, что указанное быстродействующее соединительное средство (27) содержит множество стопорных выступов (40), расположенных на указанном втором компоненте (26), в недеформированном состоянии проходящих параллельно указанной оси (А) и выступающих из торцевой кромки (37) указанной основной части (33) напротив указанного фланца (35), распределенных по угловому положению вокруг указанной оси (А) и выполненных с возможностью упругого изгиба от первого компонента (25) и к нему для быстрого соединения с опорной частью (28) данного первого компонента (25).

2. Уплотнение по п. 1, в котором по меньшей мере один из указанных первого и второго компонентов (25, 26) выполнен из пластикового материала.

3. Уплотнение по п. 1, в котором указанный второй компонент (26) выполнен из пластикового материала и предназначен для восприятия при эксплуатации рабочих нагрузок указанного клапана (2) и установки указанного уплотнения (1) в требуемом положении относительно данного клапана (2).

4. Уплотнение по п. 1, в котором указанный первый компонент (25) имеет, по существу, цилиндрическую форму и полностью взаимодействует по меньшей мере с одной частью (23) указанного уплотняющего элемента (12).

5. Уплотнение по п. 4, в котором указанный первый компонент (25) выполнен из металлического материала.

6. Уплотнение по п. 1, в котором указанные стопорные выступы (40) на своих свободных концах снабжены фиксирующими зубцами (41), при этом указанная опорная часть образована кромкой (28), выступающей в направлении наружной стороны указанного первого компонента (25).

7. Уплотнение по п. 6, в котором указанная выступающая кромка образует осевой концевой участок (28) указанного первого компонента (25), расположенный напротив осевого концевого участка (29), лежащего на указанной основной части (33) указанного второго компонента (26).

8. Уплотнение по п. 1, в котором указанный второй компонент (26) содержит средство (42) позиционирования указанного первого компонента (25) в данном втором компоненте (26).

9. Уплотнение по п. 8, в котором указанное средство (42) позиционирования содержит множество выступов (43), которые по угловому положению распределены вокруг указанной оси (А) и выступают из указанной основной части (33) указанного второго компонента (26) как радиально внутрь данной основной части (33), так и в направлении параллельно указанной оси (А), чтобы взаимодействовать снаружи с указанным первым компонентом (25).

10. Уплотнение по п. 9, в котором каждый из указанных выступов (43) по угловому положению относительно оси (А) установлен между двумя стопорными выступами (40).

11. Уплотнение по п. 9, в котором в направлении, параллельном указанной оси (А), длина указанных выступов (43) меньше длины стопорных выступов (40).