КЛАПАННЫЙ ПРИВОД ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБ РАБОТЫ КЛАПАННОГО ПРИВОДА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТА КОМПЕНСАЦИИ ЗАЗОРА КЛАПАНА КЛАПАННОГО ПРИВОДА Российский патент 2019 года по МПК F01L1/20 G01L1/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к клапанному приводу для двигателя внутреннего сгорания, как описано в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к способу работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания и к способу работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода.

Уровень техники

Двигатели внутреннего сгорания содержат блок цилиндров с по меньшей мере одним цилиндром, в котором размещен поршень таким образом, чтобы он мог осуществлять колебательное движение, называемое ходом поршня. Благодаря поршню и головке цилиндра, расположенной напротив блока цилиндров и закрывающей цилиндр, переменный рабочий объем может быть образован с помощью движения поршня. Указанный переменный рабочий объем служит, например, при расширении топливно-воздушной смеси, которая взрывается внутри рабочего объема, для передачи давления взрывающейся топливно-воздушной смеси коленчатому валу двигателя внутреннего сгорания. Кроме этого, указанный переменный рабочий объем служит для впуска топливно-воздушной смеси и для выпуска сгоревшей топливно-воздушной смеси, так называемого выхлопного газа.

Для впуска и выпуска, так называемой перезарядки двигателя внутреннего сгорания, головка цилиндра содержит по меньшей мере один клапан, расположенный в головке цилиндра таким образом, чтобы он также мог выполнять колебательное движение, зависящее от движения поршня. Клапан служит для открывания или закрывания отверстия в головке цилиндра, сквозь которое может проходить поток, при этом посредством этого отверстия топливно-воздушная смесь может течь в головку цилиндра или из нее. В общем, головка цилиндра содержит по меньшей мере два отверстия, сквозь которые может проходить поток, при этом одно отверстие предназначено для впуска топливно-воздушной смеси, а другое отверстие предназначено для выпуска выхлопного газа.

Клапан вынужден выполнять колебательное движение под действием так называемого распределительного вала. Поскольку в ходе фазы сжатия, то есть, другими словами, в фазе хода поршня, в которой отверстие должно быть закрыто, существует необходимость в формировании надежного уплотнения между клапаном и отверстием, клапан снабжается натяжным элементом, который, в указанной фазе, прижимает указанный клапан к седлу клапана, сформированному в отверстии.

При работе двигателя внутреннего сгорания так называемый зазор клапана возникает благодаря колебанию температур и благодаря воздействиям подвижных деталей клапанного привода и возникающему в результате этого износу. Другими словами, это означает, что при эксплуатации и после сравнительно долгого периода эксплуатации клапан больше не обладает необходимой посадкой на седле клапана, и между клапаном и седлом клапана происходит утечка. Таким образом, необходимо, чтобы клапанный привод был оснащен так называемым элементом компенсации зазора клапана. Таким образом возможно обеспечивать необходимое герметизирующее воздействие между клапаном и кольцом седла клапана в присутствии всех встречающихся рабочих температур.

Современные двигатели внутреннего сгорания, в частности, двигатели внутреннего сгорания с большим количеством оборотов и высокой скоростью, главным образом содержат так называемое гидравлическое устройство компенсации зазора клапана. В указанное гидравлическое устройство компенсации зазора клапана подается требуемое масло посредством маслопровода двигателя внутреннего сгорания. Тем не менее, недостаток указанного гидравлического устройства компенсации зазора клапана заключается в том, что оно демонстрирует лишь низкую жесткость благодаря возможному так называемому масляному вспениванию или вспениванию масла в маслопроводе двигателя внутреннего сгорания. Подобным образом, неблагоприятная вибрация, особенно в случае использования пальцевых коромысел, может привести к так называемому накачиванию масла в гидравлическом устройстве компенсации зазора клапана, при этом зазор клапана в некоторых случаях полностью устраняется, соответственно приводя к потерям из-за большого коэффициента трения в двигателе внутреннего сгорания. Чрезмерно малый или отсутствующий зазор клапана также приводит к неприятным, раздражающим звукам при холодном запуске. Регулировка коэффициента уменьшения в гидравлическом устройстве компенсации зазора клапана является очень трудоемкой.

В выложенной заявке KR 10 2002 0058109 А описано устройство компенсации зазора клапана для двигателя внутреннего сгорания, при этом указанное устройство предоставляет расширительный элемент в форме электрореологической текучей среды и пьезоэлемент для подачи напряжения для управления электрореологической текучей средой.

В выложенной заявке JP Н0452405 Y2 описан пьезоэлемент, расположенный между кулачком и клапаном двигателя внутреннего сгорания.

В выложенной заявке DE 20 38 675 А1 описана расширительная часть, нагреваемая электричеством, предоставленная в качестве элемента компенсации зазора клапана двигателя внутреннего сгорания. Посредством нагревательного прибора можно управлять величиной расширительной части в зависимости от эксплуатационных состояний для того, чтобы соответствующим образом обеспечить требуемый зазор клапана.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствованного клапанного привода для двигателя внутреннего сгорания. Дополнительные задачи заключаются в обеспечении способа работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания и способа работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода.

Задача решена согласно изобретению посредством клапанного привода для двигателя внутреннего сгорания, содержащего признаки, изложенные в пункте 1 формулы изобретения. Дальнейшие цели достигаются согласно изобретению посредством способа работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания, содержащего признаки, изложенные в пункте 11 формулы изобретения, и способа работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода, содержащего признаки, изложенные в пункте 17 формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления с целесообразными и нетривиальными улучшениями изобретения описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Клапанный привод согласно изобретению для двигателя внутреннего сгорания содержит устройство управления клапаном и клапан для открывания и закрывания канала, по которому может проходить поток, при этом клапан и канал расположены в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Устройство управления клапаном выполнено таким образом, чтобы воздействовать на открывающее и закрывающее движение клапана, и содержит настраиваемый элемент компенсации зазора клапана для настройки зазора клапана. Для настройки и контролирования зазора клапана элемент компенсации зазора клапана содержит электронный расширительный элемент, обладающий изменяющимися размерами, и элемент для измерения давления. Преимущество заключается в том, что элемент компенсации зазора клапана реализован в форме электронного компонента и, таким образом, устраняются все недостатки, связанные с гидравликой гидравлического элемента компенсации зазора клапана, такие как, например, процесс накачивания или осаждения. Кроме этого, предоставляется возможность осуществления полной регулировки и диагностики.

Возможность осуществления полной регулировки также предоставляет преимущество, заключающееся в возможности работы клапанного привода практически без зазора. Другими словами, клапаны, помимо их предопределенных периодов открывания и закрывания, не открывают каналы, связанные с ними. В свою очередь, это приводит к большей эффективности двигателя внутреннего сгорания и к меньшим выбросам выхлопного газа.

В одном улучшенном варианте настоящего изобретения, элемент для измерения давления имеет форму тензометрического датчика. Преимущество по сравнению с традиционным датчиком давления заключается в его компактной, малогабаритной конструкции. Кроме этого, тензометрический датчик является недорогим по сравнению с традиционным датчиком давления.

Дальнейшее преимущество клапанного привода согласно изобретению может проявляться в виде низкого уровня потерь, вызванных трением, поскольку в основной окружности распределительного вала не создается давление контакта, воздействующее на него.

Расширительный элемент преимущественным образом содержит пьезоэлемент. Преимущество заключается в легкой настройке зазора клапана, поскольку, в результате воздействия электрического напряжения, пьезоэлемент осуществляет механическое движение в форме расширения или сжатия. Это означает, что при подаче определенного напряжения на расширительный элемент, настройка зазора клапана реализуется с помощью механического движения расширительного элемента.

В дальнейшем варианте осуществления расширительный элемент имеет форму пакета пьезоэлементов, состоящего из множества пьезоэлементов. Таким образом, можно реализовать больший рабочий ход расширительного элемента.

Благодаря множеству пьезоэлементов, параллельно соединенных друг с другом, возможно в очень короткий срок реализовать изменение размера или расширение элемента компенсации зазора клапана, поскольку пьезоэлементы непосредственно реагируют на приложенное напряжение. Таким образом, благодаря параллельному соединению, каждый отдельный пьезоэлемент реагирует одновременно с другими.

Элемент для измерения давления преимущественным образом расположен на внешней поверхности пьезоэлемента. Таким образом, в случае замены элемента для измерения давления, можно сохранить полностью работоспособный пьезоэлемент и заменить лишь элемент для измерения давления.

Если элемент для измерения давления сформирован внутри пьезоэлемента, обеспечивается защита элемента для измерения давления от внешних повреждений, например при установке.

В дальнейшем варианте осуществления расширительный элемент и/или элемент для измерения давления присоединен(ы) к блоку управления и регулировки двигателя внутреннего сгорания. Реализованное преимущество заключается в том, что расширительный элемент может регулироваться непосредственно блоком управления и регулировки двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, сокращается время настройки зазора клапана. Дальнейшее преимущество заключается в измерении давления на распределительном вале, проверке зазора клапана, и возможности осуществления требуемой настройки зазора клапана, непрерывным образом.

Устройство управления клапаном преимущественным образом содержит рычаг коромысла, поскольку в случае приведения в действие клапана с помощью рычага коромысла, элемент компенсации зазора клапана собственно не выполняет практически никаких других движений.

В дальнейшем варианте осуществления расширительный элемент имеет рабочий ход, величина которого находится в диапазоне от 0,3 мм до 0,4 мм. Таким образом, обеспечивается возможность быстрой настройки зазора клапана.

Второй аспект настоящего изобретения относится к способу работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания, при этом двигатель внутреннего сгорания содержит клапанный привод, как заявлено в одном из пунктов 1-10 формулы изобретения. Входные переменные используют для определения характеристических переменных, и с помощью указанных характеристических переменных выходную переменную определяют в зависимости от элемента компенсации зазора клапана клапанного привода.

В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, сигнал элемента для измерения давления элемента компенсации зазора клапана используют для определения выходной переменной. Преимущество заключается в том, что в области основной окружности распределительного вала, которая проходит по меньшей мере на 180° длины окружности распределительного вала, элемент для измерения давления предоставляет надежный сигнал, свидетельствующий о давлении на распределительном вале.

При определении текущего зазора клапана, выходная переменная играет роль опорной переменной для напряжения, подаваемого к элементу компенсации зазора клапана клапанного привода.

Если выходная переменная определена в качестве опорной переменной для уровня износа компонентов клапанного привода, реализуется преимущество, заключающееся в получении информации о состоянии компонентов клапанного привода без потенциально разрушительной разборки двигателя внутреннего сгорания. Например, она может отображаться водителю при работе двигателя внутреннего сгорания в автотранспортном средстве, или может быть считана посредством блока управления и регулировки при инспекции в мастерской.

Выходная переменная преимущественным образом может быть определена в качестве опорной переменной для определения положения кулачка клапанного привода. Поскольку давление на распределительном вале непрерывно измеряется с помощью элемента для измерения давления, можно получать информацию о текущем положении переключения подъема клапана. Например, таким образом возможно отслеживать положение переключения подъема клапана, которое обычно регулируется блоком управления и регулировки, для предотвращения повреждения двигателя внутреннего сгорания, возникающего в результате неправильного подъема клапана для конкретной рабочей точки двигателя внутреннего сгорания.

Обычно, с помощью средств переключения подъема клапана стремятся повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания в конкретных рабочих точках. Это означает, что параметры рабочей точки, такие как, например, количество топлива, время впрыска или время воспламенения, рассчитываются в зависимости от соответствующего подъема клапана и сохраняются в характеристических картах блока управления и регулировки. Если, в случае неправильного подъема клапана, указанный подъем клапана не соответствует другим параметрам рабочей точки, это приводит по меньшей мере к низкой эффективности и, соответственно, к большому расходу топлива. В свою очередь, это приводит к большим выбросам выхлопных газов, которых стремятся избегать с помощью настоящего способа.

Входные переменные представляют собой измеренные или вычисленные данные рабочей точки и конструкционные данные двигателя внутреннего сгорания и характеристические данные элемента компенсации зазора клапана, при этом они являются характеристическими данными расширительного элемента и текущего сигнала элемента для измерения давления, при работе двигателя внутреннего сгорания.

Третий аспект настоящего изобретения относится к способу работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода, при этом клапанный привод выполнен, как заявлено в одном из пунктов 1-10 формулы изобретения, и при этом элемент компенсации зазора клапана содержит расширительный элемент и элемент для измерения давления, при этом расширительный элемент и/или элемент для измерения давления проверяются. Таким образом, возможно отслеживать функциональность элемента компенсации зазора клапана. Указанная проверка важна в связи с существующими стандартами касательно выхлопных газов в конкретной стране и в связи с будущими стандартами касательно выхлопных газов, которым необходимо соответствовать в более широком смысле. Если элемент компенсации зазора клапана больше не может надежно выполнять свою функцию, в ходе работы двигателя внутреннего сгорания это может привести, например, к чрезмерно большому расходу топлива, которое является результатом недостаточного сжатия или утечки выхлопного газа из камеры сгорания. В свою очередь, это может привести к увеличению выбросов выхлопного газа.

В частности, расширительный элемент и/или элемент для измерения давления проверяются на предмет достоверности сигнала и/или короткого замыкания и/или MIN/MAX ошибок и/или перестановки.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения станут понятны из следующего описания предпочтительных примерных вариантов осуществления и из графических материалов. Вышеуказанные признаки и комбинации признаков, упомянутые в описании, и признаки и комбинации признаков, упомянутые ниже в описании фигур и/или лишь изображенные на фигурах, могут использоваться не только в соответствующим образом указанной комбинации, но также в других комбинациях или по отдельности, не выходя за пределы объема настоящего изобретения. Идентичные или функционально идентичные элементы указаны идентичными условными обозначениями. В графических материалах:

на фиг. 1 показано полусхематическое изображение клапанного привода согласно изобретению,

на фиг. 2 показана схема способа, изображающая определение напряжения, необходимого для устройства компенсации зазора клапана клапанного привода согласно изобретению,

на фиг. 3 показана схема способа, изображающая определение уровня износа компонентов клапанного привода согласно изобретению, и

на фиг. 4 показана схема способа, изображающая определение положения кулачка клапанного привода согласно изобретению с устройством переключения подъема клапана.

Осуществление изобретения

Клапанный привод 1 согласно изобретению выполнен как изображено на фиг. 1. Клапанный привод 1 связан с головкой 2 цилиндра двигателя 3 внутреннего сгорания, имеющего форму поршневого двигателя возвратно-поступательного действия. Двигатель 3 внутреннего сгорания содержит блок цилиндров (не изображен более подробно), с которым жестко соединена головка 2 цилиндра.

В головке 2 цилиндра выполнены каналы 4, сквозь которые проходит поток, по меньшей мере один впускной канал и один выпускной канал, по которым поступает смесь свежего воздуха и может выходить выхлопной газ, соответственно, в ходе так называемой фазы перезарядки двигателя 3 внутреннего сгорания. На фиг. 1 показан впускной канал 4 головки 2 цилиндра.

В головке 2 цилиндра расположен клапан 5, который открывает или закрывает отверстие 6 впускного канала 4. Отверстие 6 выполнено таким образом, чтобы быть обращенным к камере 7 сгорания двигателя 3 внутреннего сгорания. Для целей открывания, клапан 5 с помощью перемещающего устройства 8 клапанного привода 1 по меньшей мере частично вталкивается в камеру 7 сгорания, при этом тарелка 9 клапана 5 поднимается с седла 10 клапана, образованного на отверстии 6, таким образом открывая проходное сечение 11 отверстия 6. По указанному проходному сечению 11 смесь свежего воздуха может течь в камеру 7 сгорания. Подобным образом возможно, чтобы в ходе фазы перезарядки двигателя 3 внутреннего сгорания, выхлопной газ проходил сквозь отверстие 6 и втягивался обратно, или чтобы для продувки камеры 7 сгорания свежий воздух проходил в выпускной канал посредством еще одного отверстия, связанного с выпускным каналом (не изображено более подробно).

Клапанный привод 1 содержит не только клапан 5, но также и распределительный вал 12 с кулачком 13. Движение клапана 5 реализовано в зависимости от положения кулачка 13, который присоединен с возможностью совместного вращения к распределительному валу 12. При работе двигателя 3 внутреннего сгорания распределительный вал 12 вращается вокруг своей оси 14 вращения. В этом примерном варианте осуществления распределительный вал 12 имеет форму верхнего распределительного вала.

Клапан 5 содержит стержень 15 клапана, присоединенный к тарелке 9 клапана. Клапан 5 обычно выполнен цельным. Стержень 15 клапана расположен на клапанной поверхности 16 тарелки 9 клапана, выполненной таким образом, чтобы быть обращенной в противоположную сторону от камеры 7 сгорания. Стержень клапана 14 проходит сквозь канал 4 и сквозь головку 2 цилиндра, при этом указанный стержень клапана размещается в головке 2 цилиндра в приемном отверстии 17 таким образом, чтобы иметь возможность двигаться в осевом направлении вдоль своей продольной оси 18.

Пружина 20 клапана размещается, окружая стержень 15 клапана, на концевой области 19 стержня 15 клапана, выполненной таким образом, чтобы быть обращенной в противоположную сторону от тарелки 9 клапана, при этом пружина 20 клапана на своем конце 21 пружины, выполненном таким образом, чтобы быть обращенным к тарелке 9 клапана, опирается на корпус 22 головки 2 цилиндра. Подобным образом, нижняя тарелка пружины клапана может быть расположена между корпусом 22 головки цилиндра и пружиной 20 клапана.

Для создания предварительной нагрузки верхняя тарелка 23 пружины клапана прикреплена к стержню 15 клапана верхним концом 21 пружины. Пружина 20 клапана находится под нагрузкой даже когда отверстие 6 находится в закрытом состоянии. Указанная нагрузка увеличивается, как только пальцевое коромысло 24 с помощью кулачка 13 толкает клапан 5 в направлении камеры 7 сгорания. Пальцевое коромысло 24 на своем первом конце 25, выполненном таким образом, чтобы быть обращенным к стержню 15 клапана, соприкасается со стержнем 15 клапана или упирается в поверхность 26 стержня клапана, выполненную таким образом, чтобы быть обращенной к пальцевому коромыслу 24.

Для компенсации зазора клапана, возникающего при работе двигателя 3 внутреннего сгорания, клапанный привод 1 содержит элемент 27 компенсации зазора клапана, присоединенный к блоку 28 управления и регулировки двигателя 3 внутреннего сгорания.

Своим вторым концом 29, выполненным таким образом, чтобы быть обращенным в противоположную сторону от стержня 15 клапана, пальцевое коромысло 24 присоединено к элементу 27 компенсации зазора клапана, далее по тексту обозначенному термином «элемент компенсации». Элемент 27 компенсации служит для воздействия на полную герметизацию отверстия 6 с помощью тарелки 9 клапана в ходе фазы сжатия и сгорания в двигателе внутреннего сгорания, при которой отверстия 6 впускного канала и отверстия выпускного канала закрыты клапаном 5, связанным с ними.

Элемент 27 компенсации содержит расширительный элемент 30 и первый элемент 31 для измерения давления и второй элемент 32 для измерения давления. Подобным образом, возможно наличие лишь одного элемента для измерения давления. Это зависит от типа элемента для измерения давления.

В этом примерном варианте осуществления расширительный элемент 30 выполнен в форме так называемого пакета пьезоэлементов, где некоторое количество пьезоэлементов соединены параллельно друг с другом. Элементы 31, 32 для измерения давления имеют форму тензометрических датчиков. Тензометрические датчики 31, 32, также называемые тензометрическими полосами, применяются, перпендикулярно относительно друг друга, к внешней поверхности пакета 30 пьезоэлементов. Тензометрические датчики 31, 32 и пакет 30 пьезоэлементов присоединены к блоку 28 управления и регулировки.

Кулачок 13 содержит так называемую основную окружность 33, так называемый восходящий склон 34 и нисходящий склон 35. При работе двигателя 3 внутреннего сгорания кулачок 13 вращается вместе с его основной окружностью 33 над пальцевым коромыслом 24.

В начале фазы открывания клапана и до максимального подъема Hmax клапана 5, восходящий склон 34 кулачка 13 располагается над пальцевым коромыслом 24. По достижении максимального подъема Hmax клапана, нисходящий склон 35 кулачка 13 находится над пальцевым коромыслом 24 и за фазой открывания клапана следует фаза закрывания клапана до тех пор пока клапан 5 не закроет отверстие 6 полностью. Между окончанием фазы закрывания клапана и началом фазы открывания клапана основная окружность 33 кулачка 13 находится над пальцевым коромыслом 24.

Благодаря форме кулачка 13, давление, оказываемое кулачком 13 на пальцевое коромысло 24, изменяется. Указанное давление определяют с помощью тензометрических датчиков 31, 32 и передают в качестве величины давления в блок 28 управления и регулировки. С помощью модели вычислений, сохраненной в блоке 28 управления и регулировки, возможно определить наличие недопустимого изменения зазора клапана и необходимость его исправления. Более того, затем определяется величина, на которую должен расшириться или сжаться пакет 30 пьезоэлементов для настройки правильного зазора клапана. При необходимости, путем применения конкретного напряжения, пакет 30 пьезоэлементов приводится в действие и задается правильный или требуемый зазор клапана.

Элемент 27 компенсации, в сочетании с блоком 28 управления и регулировки, может иметь разные функции. Другими словами, это означает, что он может использоваться для разных диагностик или определений, основанных на моделях. На фиг. 2-4 показаны схемы способа, изображающие определение опорных переменных для установки зазора клапана, уровень износа разных компонентов или деталей клапанного привода 1, и определение положения кулачка 13, если клапанный привод 1 содержит средство переключения подъема клапана. Указанные определения необходимо выполнять в каждом случае в зависимости от элемента 27 компенсации зазора клапана, в частности, с помощью элементов 31, 32 для измерения давления.

Указанные схемы способа относятся к трем определениям или вычислениям:

- определение текущего зазора клапана,

- определение корректирующего перемещения пакета пьезоэлементов в течение конкретного времени работы, и

- определение опорного усилия на тензометрическом датчике 31; 32 при максимальном подъеме Hmax клапана 5.

Входные переменные Е1, Е2, Е3, которые определены с помощью n-мерных характеристических карт блока 28 управления и регулировки или присутствуют в форме данных измерения двигателя 3 внутреннего сгорания, представляют собой данные рабочей точки и конструкционные данные двигателя 3 внутреннего сгорания и характеристические данные элемента 27 компенсации.

Данные рабочей точки включают в себя температуру двигателя, температуру запуска, температуру окружающей среды, температуру охлаждающей воды и режим работы двигателя внутреннего сгорания. Они также включают в себя текущее положение коленчатого вала и текущее положение распределительного вала. В качестве конструкционных данных в определение вводятся материальные константы клапанного привода 1 или его компонентов и передаточное число клапанного привода 1. Кроме этого, определение учитывает специфические характеристики пакета 30 пьезоэлементов, например, изменение ее расширения в зависимости от подаваемого напряжения и соответствующий сигнал тензометрических датчиков 31, 32. Очевидно, что также могут учитываться дополнительные входные переменные или, в зависимости от определения, в одной или другой входной переменной может отсутствовать необходимость.

Обработка входных переменных Е1, Е2, Е3 осуществляется с помощью конкретных характеристических переменных K1, K2, K3, которые хранятся в блоке 28 управления и регулировки в форме характеристических кривых, характеристических карт и/или констант. Компоновка указанных характеристических переменных K1, K2, K3 осуществляется посредством математических и логических операторов.

Определение зазора клапана осуществляется в основном между фазой закрывания клапана и фазой открывания клапана, когда распределительный вал 12 находится в положении, при котором основная окружность 33 кулачка 13 находится над пальцевым коромыслом 24, поскольку в фазе открывания клапана, то есть в фазе, при которой восходящий склон 34 расположен над пальцевым коромыслом 24, жесткость пакета 30 пьезоэлементов остается неизменной и, таким образом, напряжение, измеряемое на указанном пакете пьезоэлементов, является постоянным. При определении зазора клапана, пакету 30 пьезоэлементов подается питание до тех пор, пока давление, которое нужно определить с помощью тензометрического датчика 31, 32, не будет преобладать на распределительном вале 12.

Установка зазора клапана осуществляется непосредственно при запуске двигателя 3 внутреннего сгорания при первом вращении распределительного вала 12 для того, чтобы измерить текущий зазор клапана и установить его непосредственно при начале работы двигателя 3 внутреннего сгорания.

В идеальном случае, так называемый рабочий ход пакета 30 пьезоэлементов, то есть величина его расширения или сжатия, находится в диапазоне от 0,3 мм до 0,4 мм. Кроме этого, при наличии дефекта элемента 27 компенсации, возможна аварийная работа со скоростью осадки до 1 м/сек.

После определения текущего зазора клапана клапанного привода 1 с помощью входных переменных Е1 и характеристических переменных K1, в качестве выходной переменной А1 получают требуемое напряжение, которое должно подаваться пакету 30 пьезоэлементов с целью компенсации текущего зазора клапана.

Определение корректирующего перемещения пакета 30 пьезоэлементов в течение конкретного времени работы с помощью входных переменных Е2 и характеристических переменных K2 дает в результате выходную переменную А2, описывающую конкретный уровень износа клапанного привода 1 или его компонентов. С помощью сигналов тензометрических датчиков 31, 32 и напряжения, необходимого для компенсации зазора клапана, возможно, путем использования вычислительной модели, определить конкретное перемещение пакета 30 пьезоэлементов и, таким образом, сделать выводы относительно уровня износа клапанного привода 1.

Если клапанный привод 1 согласно изобретению содержит средство переключения подъема клапана, можно определить соответствующее текущее положение кулачка 13 с помощью указанного средства переключения подъема клапана. С этой целью входные переменные Е3 обрабатываются в блоке 28 управления и регулировки с помощью характеристических переменных K3, при этом вычисляется опорное усилие тензометрических датчиков 31; 32 при максимальном подъеме Hmax клапана. Выходная переменная A3 соответствует положению средства переключения подъема клапана.

В дальнейшем способе согласно изобретению осуществляется диагностика или проверка элемента 27 компенсации зазора клапана. Расширительный элемент 30 и элемент 31; 32 для измерения давления в каждом случае независимо друг от друга проверяются на предмет достоверности сигнала или перестановки или короткого замыкания или на предмет так называемых MIN/MAX ошибок.

В зависимости от типа конструкции, пьезоэлементы 30 могут сокращаться или расширяться в результате воздействия напряжения. В случае использования в качестве элемента 27 компенсации зазора клапана, вариант с клапанным приводом 1, управляемым рычагом коромысла, будет целесообразным, поскольку при таком типе установки элемент 27 компенсации зазора клапана собственно не выполняет практически никаких движений.

Очевидно, что клапанный привод 1 согласно изобретению не зависит от типа приведения в действие клапана. Другими словами, клапанный привод 1 согласно изобретению подобным образом может содержать рычаг коромысла или толкатель клапана. Подобным образом, он может содержать нижний распределительный вал 12.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Клапанный привод для двигателя внутреннего сгорания содержит устройство (12), (13), (24) управления клапаном и клапан (5) для открывания и закрывания канала (4), по которому может проходить поток. Клапан (5) и канал (4) расположены в головке (2) цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Устройство (12), (13), (24) управления клапаном воздействует на открывающее и закрывающее движение клапана (5). Устройство (12), (13), (24) управления клапаном содержит настраиваемый элемент (27) компенсации зазора клапана. Для настройки и контролирования зазора клапана элемент (27) компенсации зазора клапана содержит расширительный элемент (30), обладающий изменяющимися размерами, и элемент (31), (32) для измерения давления на распределительном вале. Раскрыты способ работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания и способ работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода. Технический результат заключается в возможности работы клапанного привода практически без зазора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапанный привод для двигателя внутреннего сгорания, содержащий устройство (12, 13, 24) управления клапаном и клапан (5) для открывания и закрывания канала (4), по которому может проходить поток, при этом клапан (5) и канал (4) расположены в головке (2) цилиндра двигателя внутреннего сгорания, и при этом устройство (12, 13, 24) управления клапаном выполнено с возможностью воздействовать на открывающее и закрывающее движение клапана (5), и при этом устройство (12, 13, 24) управления клапаном содержит настраиваемый элемент (27) компенсации зазора клапана для настройки зазора клапана (5), отличающийся тем, что для настройки и контролирования зазора клапана элемент (27) компенсации зазора клапана содержит расширительный элемент (30), обладающий изменяющимися размерами, и элемент (31; 32) для измерения давления на распределительном вале.

2. Клапанный привод по п. 1, отличающийся тем, что элемент (31; 32) для измерения давления выполнен в виде тензометрического датчика.

3. Клапанный привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расширительный элемент (30) содержит пьезоэлемент.

4. Клапанный привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что расширительный элемент (30) выполнен в виде пакета пьезоэлементов, состоящего из множества пьезоэлементов.

5. Клапанный привод по п. 4, отличающийся тем, что множество пьезоэлементов (30) параллельно соединены друг с другом.

6. Клапанный привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что элемент (31; 32) для измерения давления расположен на внешней поверхности пьезоэлемента (30).

7. Клапанный привод по п. 1, отличающийся тем, что элемент (31; 32) для измерения давления выполнен внутри пьезоэлемента (30).

8. Клапанный привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что расширительный элемент (30) и/или элемент (31; 32) для измерения давления присоединен(ы) к блоку (28) управления и регулировки двигателя внутреннего сгорания.

9. Клапанный привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройство (12, 13, 24) управления клапаном содержит рычаг коромысла.

10. Клапанный привод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что расширительный элемент (30) имеет рабочий ход, величина которого находится в диапазоне от 0,3 мм до 0,4 мм.

11. Способ работы клапанного привода двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит клапанный привод (1) по одному из пп. 1-10, при этом используют входные переменные (Е1, Е2, Е3) для определения характеристических переменных (K1, K2, K3), сохраненных в блоке (28) управления и регулировки в форме характеристических кривых, характеристических карт и/или констант, и с помощью указанных характеристических переменных (K1, K2, K3) определяют выходную переменную (А1, А2, A3) в зависимости от элемента (27) компенсации зазора клапана клапанного привода (1), при этом входные переменные (Е1, Е2, Е3) представляют собой данные рабочей точки и конструкционные данные двигателя (3) внутреннего сгорания и характеристические данные элемента (27) компенсации зазора клапана, а выходную переменную (А1) определяют в качестве опорной величины напряжения, подаваемого к элементу (27) компенсации зазора клапана, или выходную переменную (А2) определяют в качестве опорной величины уровня износа компонентов клапанного привода (1), или выходную переменную (A3) определяют в качестве опорной величины, определяющей положение кулачка (13) клапанного привода (1).

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что сигнал элемента (31; 32) для измерения давления элемента (27) компенсации зазора клапана используют для определения выходной переменной (А1; А2; A3).

13. Способ работы элемента компенсации зазора клапана клапанного привода, отличающийся тем, что клапанный привод (1) выполнен, как заявлено в одном из пп. 1-10, при этом элемент (27) компенсации зазора клапана содержит расширительный элемент (30) и элемент (31; 32) для измерения давления на распределительном вале, при этом расширительный элемент (30) и/или элемент (31; 32) для измерения давления проверяют.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что расширительный элемент (30) и/или элемент (31; 32) для измерения давления проверяют на предмет достоверности сигнала, и/или короткого замыкания, и/или MIN/MAX ошибок, и/или перестановки.