ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ОДИН ИЛИ БОЛЕЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ВАЛОВ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНАМИ ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ И КОНТРОЛЛЕР Российский патент 2019 года по МПК F01L1/08 F01L1/26 F02D13/02 F02B31/08 

Настоящее описание изобретения относится к распределительному валу для двигателя и, в частности, но не исключительно, относится к распределительному валу, содержащему первый кулачок и второй кулачок для управления соответствующими клапанами одного и того же цилиндра, при этом первый и второй клапаны являются выборочно отключаемыми и выполнены с возможностью оптимизации работы двигателя в диапазоне выходных мощностей двигателя.

Введение

Завихрение воздуха в цилиндр двигателя внутреннего сгорания является важным фактором определения того, как воздух смешивается с топливом в цилиндре. На завихрение в цилиндре могут влиять несколько факторов, включая частоту вращения двигателя и размер входных и выходных портов из цилиндра. Может быть трудным оптимизировать завихрение как для низкой, так и высокой выходных мощностей двигателя, и обычно завихрение цилиндра выбирается таким образом, чтобы достичь наилучшего компромисса между работой/экономичностью двигателя в диапазоне выходных мощностей двигателя.

На степень завихрения или характер завихрения может влиять конфигурация клапанов цилиндра. Как правило, величина высоты подъема клапана, продолжительность периода открывания клапана и синхронизация между соответствующими клапанами цилиндра могут выбираться для оптимизации завихрения цилиндра. Рабочие характеристики клапана могут управляться профилем кулачков на распределительном валу двигателя. На практике очень трудно изменять рабочие характеристики клапана без изменения профилей кулачков. Известно, однако, обеспечение системы возможностью варьирования профилей кулачков во время работы, например посредством выборочного смещения углового положения кулачкового вала. Однако, такие системы являются как дорогостоящими, так и сложными.

Системы для отключения цилиндров были предложены ранее для достижения повышенной экономии топлива и уменьшенных выбросов, когда двигатель работает при частичной нагрузке. Отключение цилиндров может достигаться посредством поддержания впускного и выпускного клапанов закрытыми и прерывания подачи топлива и искрового зажигания для конкретного цилиндра.

Известно обеспечение систем отключения цилиндров, которые работают посредством расцепления механизма открывания клапанов каждого отключаемого цилиндра. Таким образом, клапаны остаются в закрытом положении вследствие смещающего усилия, прикладываемого к клапану пружиной клапана.

Изложение сущности изобретения

В соответствии с аспектом настоящего описания изобретения, предложен распределительный вал для двигателя, например двигателя внутреннего сгорания, имеющего один или более цилиндров. Распределительный вал содержит первый кулачок, выполненный с возможностью управления, например с возможностью приведения в действие, первый клапан цилиндра двигателя. Распределительный вал содержит второй кулачок, выполненный с возможностью управления, например с возможностью приведения в действие, второй клапан цилиндра. Первый и второй клапаны могут оба представлять собой впускные клапаны цилиндра. Первый и второй клапаны могут оба представлять собой выпускные клапаны цилиндра. Каждый из первого и второго клапанов могут оба представлять собой впускной и выпускной клапаны, например каждый из первого и второго клапанов может обеспечивать возможность впуска и выпуска газов в и из цилиндра. Профиль, например форма поперечного сечения, первого кулачка отличается от профиля второго кулачка. Таким образом, распределительный вал выполнен с возможностью манипулирования первым клапаном и вторым клапаном одного и того же цилиндра, используя первый кулачок и второй кулачок, соответственно. Профили первого и второго кулачков могут отличаться по форме, размеру и/или угловой ориентации.

Профиль первого кулачка может определять величину высоты подъема первого клапана. Профиль первого кулачка может определять промежуток времени, в течение которого первый клапан открыт. Профиль первого кулачка может определять синхронизацию первого клапана, например относительно второго клапана.

Профиль второго кулачка может определять величину высоты подъема второго клапана. Профиль второго кулачка может определять промежуток времени, в течение которого второй клапан открыт. Профиль второго кулачка может определять синхронизацию второго клапана, например, относительно первого клапана.

Первый кулачок и/или второй кулачок могут быть выполнены как одно целое с распределительным валом. Первый кулачок и/или второй кулачок могут соединяться вместе с возможностью, например, совместного перемещения с распределительным валом.

Так как профиль первого кулачка отличается от профиля второго кулачка, первый и второй клапаны могут иметь разные рабочие характеристики, например разные величины высот подъема клапана, разные периоды открывания и/или разные синхронизации. Высота подъема клапана, период открывания клапана и/или синхронизация клапана могут определять характер завихрения в цилиндре двигателя.

Первый клапан может представлять собой впускной клапан и/или выпускной клапан. Второй клапан может представлять собой впускной клапан и/или выпускной клапан. Первый клапан может представлять собой первый впускной клапан, а второй клапан может представлять собой второй впускной клапан. Первый клапан может представлять собой первый выпускной клапан, а второй клапан может представлять собой второй выпускной клапан. Цилиндр может содержать любое подходящее количество дополнительных клапанов, например любое подходящее количество дополнительных впускных клапанов и/или выпускных клапанов.

Первый клапан и второй клапан могут иметь разные площади открывания, через которые может протекать текучая среда. Например, первый и второй клапаны, являющиеся связанными затворами клапанов, могут отличаться в диаметре, и/или они могут иметь разную максимальную высоту, например относительно седла клапана.

Двигатель может содержать систему отключения клапанов, выполненную с возможностью выборочного отключения первого клапана и/или второго клапана цилиндра. Например, цилиндр может работать, используя первый клапан с отключенным вторым клапаном, что приводит к первому типу завихрения в цилиндре, который зависит от профиля первого кулачка. Цилиндр может работать, используя второй клапан с отключенным первым клапаном, что приводит ко второму типу завихрения в цилиндре, который зависит от профиля второго кулачка. Цилиндр может работать, используя первый клапан и второй клапан, что приводит к третьему типу завихрения в цилиндре, который зависит от профиля первого кулачка и профиля второго кулачка. Любой из первого или второго клапана может независимо отключаться, в зависимости от рабочих параметров двигателя. Оба клапана, как первый, так и второй могут отключаться, в зависимости от рабочих параметров двигателя. Таким образом, система отключения может частично или полностью отключать цилиндр. Когда первый клапан и второй клапан не отключены, получающийся в результате тип завихрения представляет собой функцию первого и второго типов завихрения.

Система отключения, например система отключения цилиндров, может содержать один или более переключаемых роликовых толкателей, один или более сжимаемых регуляторов зазора и/или любой другой подходящий механизм, который может использоваться для отключения клапана двигателя. Система отключения может содержать по меньшей мере один электронный или гидравлический контур, например гидравлический контур, выполненный с возможностью манипулирования переключаемыми роликовыми толкателями, сжимаемыми регуляторами зазора и/или любым другим подходящим механизмом, который может использоваться для отключения клапана двигателя. Двигатель может дополнительно содержать одно или более устройств управления, выполненных с возможностью управления системой отключения. Устройство управления может быть выполнено с возможностью включения или отключения первого клапана и/или второго клапана в зависимости от рабочих параметров двигателя, например устройство управления может быть выполнено с возможностью отключения либо первого клапана, либо второго клапана цилиндра при низких выходных мощностях двигателя.

Может быть предложен двигатель, содержащий один или более распределительных валов в соответствии с настоящим описанием изобретения.

В соответствии с другим аспектом настоящего описания изобретения предложен способ управления одним или более клапанами цилиндра двигателя. Способ содержит размещение первого кулачка на распределительном валу, при этом первый кулачок выполнен с возможностью управления первым клапаном цилиндра. Способ содержит размещение второго кулачка на распределительном валу, при этом второй кулачок выполнен с возможностью управления вторым клапаном цилиндра. Первый и второй клапаны могут оба представлять собой впускные клапаны цилиндра. Первый и второй клапаны могут представлять собой выпускные клапаны цилиндра. Профиль первого кулачка отличается от профиля второго кулачка.

Способ может содержать выборочное отключение первого клапана и/или второго клапана цилиндра, например используя систему отключения клапанов.

Способ может содержать управление системой отключения в зависимости от рабочих параметров двигателя, используя устройство управления.

Описание изобретения также предлагает программное обеспечение, например компьютерную программу или компьютерный программный продукт, для осуществления любого из способов, описанных здесь, и машиночитаемый носитель, имеющий хранящуюся на нем программу для осуществления любого из способов, описанных здесь. Компьютерная программа, воплощающая изобретение, может храниться на машиночитаемом носителе, или она может, например, иметь форму сигнала, такого как сигнал загружаемых данных, обеспечиваемый с веб-сайта в интернете, или она может иметь любую другую форму.

Для исключения ненужного дублирования описания и повторения текста в описании изобретения, определенные признаки описаны относительно только одного или нескольких аспектов или вариантов осуществления изобретения. Однако, следует понимать, что, где является технически возможным, признаки, описанные относительно любого аспекта или варианта осуществления изобретения, также могут использоваться с любым другим аспектом или вариантом осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего описания изобретения и для того, чтобы показать более ясно, как оно может быть осуществлено в действительности, ссылка теперь будет делаться, в качестве примера, на прилагаемые чертежи, на которых:

на фигуре 1а показан вид сбоку участок распределительного вала в соответствии с настоящим описанием изобретения;

на фигуре 1b показан поперечный разрез А-А через первый кулачок распределительного вала фигуры 1а;

на фигуре 1с показан поперечный разрез В-В через второй кулачок распределительного вала фигуры 1а;

на фигуре 2 показано графическое представление комбинации профилей кулачков в соответствии с настоящим описанием изобретения.

Подробное описание

На Фигуре 1 показан пример распределительного вала 101 в соответствии с настоящим изобретением. На Фигуре 1а показан вид сбоку участка распределительного вала 101, содержащего первый кулачок 103 и второй кулачок 105. Первый кулачок 103 и второй кулачок 105 выполнены с возможностью управления приводом первого и второго впускных клапанов, соответственно, цилиндра (не показан) двигателя, например двигателя для автомобильного транспортного средства. В качестве альтернативы, первый кулачок 103 и второй кулачок 105 могут быть выполнены с возможностью приведения в действие соответствующих первого и второго выпускных клапанов цилиндра. В любом случае, следует понимать, что первый и второй кулачки могут приводить в действие соответствующий клапан посредством кулачкового следящего элемента, который следует по профилю кулачка (например, радиальному расстоянию от кулачковой поверхности к оси вращения распределительного вала в качестве функции углового положения вокруг оси вращения распределительного вала). Следящий элемент может соединяться с затвором клапана, например через посредство толкателя и/или штока клапана.

В примере, показанном на фигуре 1а, первый кулачок 103 и второй кулачок 105 размещены рядом друг с другом на распределительном валу101. В альтернативном примере, первый кулачок 103 и второй кулачок 105 могут быть отделены таким образом, что один или более других кулачков размещены между ними.

В другом примере, распределительный вал 101 может содержать любое подходящее количество дополнительных кулачков, выполненных с возможностью манипулирования соответствующими клапанами цилиндра, например, распределительный вал 101 может содержать третий кулачок, выполненный с возможностью манипулирования другим впускным клапаном или выпускным клапаном цилиндра.

На фигурах 1b и 1с показаны поперечные разрезы А-А и В-В, соответственно. На Фигуре 1b показан профиль 107 первого кулачка 103, и на фигуре 1с показан профиль 109 второго кулачка 105. Профили 107, 109 кулачков 103, 105 определяют рабочие характеристики первого и второго впускных клапанов, соответственно. Например, профили 107, 109 могут определять величину высоты подъема клапана, промежуток времени, в течение которого клапан открыт и/или синхронизацию клапана, например относительно другого клапана. В примере, показанном на фигуре 1, профиль 107 первого кулачка отличается от профиля 109 второго кулачка. По существу, рабочие характеристики первого клапана отличаются от рабочих характеристик второго клапана. В результате, характер завихрения воздушного потока в цилиндре, создаваемого каждым клапаном, будет отличаться.

В примере, показанном на фигуре 1, второй кулачок 105 имеет такой же диаметр основной окружности и такой же угол рабочего профиля кулачка (фазовый угол), как у первого кулачка 103. Однако, второй кулачок 105 имеет меньшую общую высоту по сравнению с первым кулачком 103. По существу, высота подъема клапана второго впускного клапана будет меньше, чем высота подъема клапана первого впускного клапана. Однако, следует понимать, что первый и второй кулачки 103, 105 могут отличаться в любых аспектах касательно формы, размера или угловой ориентации. Например, первый и второй кулачки 103, 105 могут иметь разные диаметры основных окружностей, общие высоты, углы рабочего профиля кулачка, радиусы рабочей части кулачка, углы цилиндрической части кулачка, открывающие рампы кулачка, закрывающие рампы кулачка, открывающие рабочие профили кулачка и/или закрывающие рабочие профили кулачка. Таким образом, изменение открывания первого клапана в качестве функции угла поворота коленчатого вала может отличаться от изменения открывания второго клапана. Например, первый и второй клапаны могут открываться с одинаковой продолжительностью, но разными высотами (например, смещениями штока клапана). В качестве альтернативы, первый и второй клапаны могут открываться с одинаковой высотой, но с разными продолжительностями. Также предполагаются другие изменения синхронизации открывания клапанов, синхронизации закрывания клапанов, продолжительности открывания клапанов и/или степени открывания клапанов.

На фигуре 2 показано графическое представление высоты подъема клапана в результате разных профилей 107, 109 кулачков в соответствии с настоящим описанием изобретения. На фигуре 2 показан цилиндр, содержащий комбинацию первого и второго впускных клапанов, а также первого и второго выпускных клапанов. Такой пример содержит соответствующие первый и второй распределительные валы, каждый из которых представляет собой распределительный вал в соответствии с настоящим описанием изобретения. (В альтернативных конструкциях, может быть предусмотрен только один из первого или второго распределительных валов, в соответствии с настоящим описанием изобретения) Первый распределительный вал выполнен с возможностью управления впускными клапанами, и второй распределительный вал выполнен с возможностью управления выпускными клапанами.

В показанном конкретном примере, первый распределительный вал содержит первый кулачок, имеющий профиль 107', который вызывает большой подъем клапана первого впускного клапана, и второй кулачок, имеющий профиль 109', который вызывает небольшой подъем клапана второго впускного клапана. Второй распределительный вал содержит первый кулачок, имеющий профиль 107'', который вызывает большой подъем клапана первого выпускного клапана, и второй кулачок, имеющий профиль 109'', который вызывает небольшой подъем клапана второго выпускного клапана. В альтернативных примерах, однако, профили кулачков могут отличаться другими образами, нежели чем величиной высоты подъема, например продолжительностью открывания клапана для одной и той же величины подъема.

Двигатель может содержать систему отключения клапанов, выполненную с возможностью выборочного отключения одного или более клапанов цилиндра, например система отключения может быть выполнена с возможностью отключения первого впускного клапана и/или второго впускного клапана цилиндра. Система отключения может содержать один или более переключаемых роликовых толкателей и/или один или более сжимаемых регуляторов зазора, выполненных с возможностью отсоединения клапанов от распределительного вала 101. Система отключения может содержать гидравлический контур, выполненный с возможностью подачи или прерывания потока гидравлической текучей среды на переключаемые роликовые толкатели и/или сжимаемые регуляторы зазора для приведения в действие системы отключения.

Двигатель может содержать устройство управления, выполненное с возможностью управления системой отключения в зависимости от рабочих параметров двигателя. Используя пример фигуры 2, первый впускной клапан и/или первый выпускной клапан могут отключаться при низких выходных мощностях двигателя. В таком примере, цилиндр работает, используя только второй впускной клапан и/или второй выпускной клапан, управляемые профилями 109', 109'' вторых кулачков, например впускным и выпускным кулачками с "небольшим подъемом". Когда требуемая выходная мощность двигателя повышается, устройство управления может побуждать систему отключения отключать второй впускной клапан и второй выпускной клапан и включать первый впускной клапан и первый выпускной клапан, управляемые профилями 107', 107'' первых кулачков, например впускным и выпускным кулачками с "большим подъемом". Когда требуемая выходная мощность двигателя дополнительно повышается, устройство управления может побуждать систему отключения повторно включать кулачки с "небольшим подъемом" таким образом, что цилиндр работает, используя первый и второй впускные клапаны и первый и второй выпускные клапаны, когда требуется более высокая выходная мощность двигателя. Таким образом, цилиндр может работать при: первой выходной мощности, оптимизированной для требований низкой мощности, например холостых оборотов двигателя; второй выходной мощности, оптимизированной для требований средней мощности, например типичных рабочих оборотов двигателя; и третьей выходной мощности, оптимизированной для требований более высокой мощности, например условий высокой нагрузки.

В вышеописанном примере, диаметр затвора головки клапана, связанного с первым впускным клапаном и/или первым выпускным клапаном, может отличаться от диаметра затвора головки клапана, связанного со вторым впускным клапаном и/или вторым выпускным клапаном. Например, диаметр первого впускного клапана может быть больше диаметра второго впускного клапана. Таким образом, выходная мощность двигателя может быть дополнительно оптимизирована в диапазоне рабочих условий.

Более того, посредством выборочного включения первого клапана, второго клапана или комбинации первого и второго клапанов (независимо от того, впускные или выпускные клапаны), характер протекания, например направление или степень завихрения газов в цилиндре может варьироваться. Включение конкретных клапанов может выбираться в соответствии с требуемым характером протекания в определенный момент работы двигателя. Кроме того, положение, размер и/или ориентация первого и/или второго клапанов могут выбираться для обеспечения конкретного характера протекания в цилиндре.

Специалистам в данной области будет понятным, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на один или более примеров, оно не ограничивается на раскрытых примерах, и что альтернативные примеры могут выполняться, не выходя за пределы объема изобретения, как задан прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель содержит один или более распределительных валов (101). Распределительный вал (101) содержит первый кулачок (103), выполненный с возможностью управления первым клапаном цилиндра двигателя, и второй кулачок (105), выполненный с возможностью управления вторым клапаном того же цилиндра. Первый и второй клапаны представляют собой впускные клапаны и/или выпускные клапаны. Профиль первого кулачка (103) отличается от профиля второго кулачка (105). Первый клапан и второй клапан отличаются по диаметру. Двигатель содержит систему отключения, выполненную с возможностью выборочного отключения первого клапана и/или второго клапана цилиндра. Раскрыты способ управления клапанами цилиндра двигателя и контроллер. Технический результат заключается в упрощении выбора оптимального завихрения как для низкой, так и для высокой выходных мощностей двигателя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двигатель, содержащий один или более распределительных валов, при этом распределительный вал содержит:

первый кулачок, выполненный с возможностью управления первым клапаном цилиндра двигателя; и

второй кулачок, выполненный с возможностью управления вторым клапаном того же цилиндра,

причем первый и второй клапаны представляют собой впускные клапаны и/или выпускные клапаны, профиль первого кулачка отличается от профиля второго кулачка и первый клапан и второй клапан отличаются по диаметру, при этом двигатель содержит систему отключения, выполненную с возможностью выборочного отключения первого клапана и/или второго клапана цилиндра.

2. Двигатель по п. 1, в котором профиль первого кулачка определяет по меньшей мере одно из следующего:

величину подъема первого клапана;

промежуток времени, в течение которого первый клапан открыт; и

синхронизацию первого клапана относительно второго клапана.

3. Двигатель по п. 2, в котором профиль второго кулачка определяет по меньшей мере одно из следующего:

величину подъема второго клапана;

промежуток времени, в течение которого второй клапан открыт; и

синхронизацию второго клапана относительно первого клапана.

4. Двигатель по одному из пп. 1-3, в котором первый клапан представляет собой впускной клапан и/или выпускной клапан и второй клапан представляет собой впускной клапан и/или выпускной клапан.

5. Двигатель по п. 1, в котором система отключения содержит один или более переключаемых роликовых толкателей и/или один или более сжимаемых регуляторов зазора.

6. Двигатель по п. 5, в котором система отключения содержит по меньшей мере один гидравлический контур, выполненный с возможностью манипулирования переключаемыми роликовыми толкателями и/или сжимаемыми регуляторами зазора.

7. Двигатель по п. 5 или 6, в котором система отключения выполнена с возможностью независимого отключения первого клапана или второго клапана в зависимости от рабочих параметров двигателя.

8. Двигатель по п. 5 или 6, причем двигатель дополнительно содержит одно или более устройств управления, выполненных с возможностью управления системой отключения.

9. Способ управления клапанами цилиндра двигателя по одному из пп. 1-8, при этом способ содержит:

обеспечение первого кулачка на распределительном валу, при этом первый кулачок выполнен с возможностью управления первым клапаном цилиндра;

обеспечение второго кулачка на распределительном валу, при этом второй кулачок выполнен с возможностью управления вторым клапаном того же цилиндра,

причем первый и второй клапаны представляют собой впускные клапаны и/или выпускные клапаны, профиль первого кулачка отличается от профиля второго кулачка и первый клапан и второй клапан отличаются по диаметру;

и выборочное отключение первого клапана и/или второго клапана цилиндра.

10. Контроллер, выполненный с возможностью выполнения способа по п. 9.