УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТОРСИОННОЙ НАГРУЗКИ НА КУЛАЧКОВЫЙ ВАЛ Российский патент 2019 года по МПК F01L1/47 F01L13/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателю, содержащему кулачковый вал с несколькими кулачками, выполненными с возможностью привода одного или нескольких клапанов двигателя, а также вспомогательное устройство двигателя, - и в частности, но не исключительно, к двигателю, содержащему кулачковый вал, в котором угловая ориентация кулачков вала и/или угловая ориентация вспомогательного устройства относительно кулачков вала индивидуально подбираются для снижения колебаний торсионной нагрузки на кулачковый вал.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современный двигатель внутреннего сгорания содержит один или несколько кулачковых валов, соединенных с основным приводом двигателя, например, с коленчатым валом двигателя посредством ременной/цепной передачи вращения. Двигатель может содержать впускные клапаны и выпускные клапаны, приводимые отдельными кулачковыми валами, т.е. основной привод выполнен для передачи приводного крутящего момента от коленчатого вала к нескольким кулачковым валам.

Впускные и выпускные клапаны, как правило, приводятся клапанными кулачками на впускных и выпускных кулачковых валах. В процессе привода клапанными кулачками, как впускного, так и выпускного клапана, на основной привод передается резистивный крутящий момент, что вызывает колебания натяжения ременной/цепной передачи основного привода.

Кулачковые валы могут также выполняться с возможностью привода одного или нескольких вспомогательных устройств двигателя выступами одного или нескольких вспомогательных кулачков, например, кулачковые валы могут выполняться с возможностью привода топливного насоса системы впрыска топлива. В процессе привода вспомогательного устройства выступами вспомогательного кулачка, действующего аналогично клапанным кулачкам, другой резистивный крутящий момент передается на основной привод.

Основной привод должен поэтому выполняться с учетом колебаний натяжения ременной/цепной передачи привода. При постоянно возрастающих требованиях максимизации отдаваемой мощности и экономии топлива, желательно свести к минимуму колебания резистивного крутящего момента, передаваемого на основной привод и/или на любое другое устройство, соединенное с кулачковым валом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одной особенности настоящего изобретения, предлагается двигатель, содержащий кулачковый вал. Этот двигатель выполнен с возможностью соединения с вспомогательным устройством, выполненным с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала. Это вспомогательное устройство может представлять собой топливный насос, например насос для впрыска топлива, или топливный насос любого другого типа, вакуумный насос, гидравлический насос - или любое соответствующее вспомогательное устройство двигателя. Кулачковый вал содержит несколько клапанных кулачков, каждый из которых выполнен с возможностью привода соответствующего впускного или выпускного клапана двигателя. Угловая ориентация клапанных кулачков относительно оси вращения кулачкового вала определяется требованиями к работе клапанов. Кулачковый вал содержит кулачок вспомогательного устройства, выполненный с возможностью привода управляющего элемента вспомогательного устройства, например, с помощью одного или нескольких выступов кулачка. Кулачок вспомогательного устройства имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала. Управляющий элемент имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, когда вспомогательное устройство соединено с двигателем. Угловая ориентация управляющего элемента вспомогательного устройства подбирается с учетом угловой ориентации клапанных кулачков так, что каждый акт привода вспомогательного устройства происходит в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов. Акт привода клапана может считаться происшедшим в момент максимального смещения клапана. Акт привода вспомогательного устройства может считаться происшедшим в момент максимального смещения вспомогательного устройства.

Каждый клапанный кулачок может представлять собой кулачок с одним выступом. Кулачок вспомогательного устройства может представлять собой кулачок с несколькими выступами.

Каждый клапанный кулачок может создавать первый периодический резистивный крутящий момент, воздействующий на вращение кулачкового вала, когда клапанный кулачок приводит в движение клапан. Первый периодический резистивный крутящий момент может достигать пиковой величины при максимальном смещении клапана. Кулачок вспомогательного устройства может создавать второй периодический резистивный крутящий момент, воздействующий на вращение кулачкового вала, когда кулачок вспомогательного устройства приводит в движение вспомогательное устройство. Второй периодический резистивный крутящий момент может достигать пиковой величины при максимальном смещении плунжера топливного насоса. Угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана так, чтобы пиковая величина второго периодического резистивного крутящего момента достигалась в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами первого периодического резистивного крутящего момента. Угловая ориентация рабочей оси топливного насоса относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана так, чтобы пиковая величина второго периодического резистивного крутящего момента достигалась в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами первого периодического резистивного крутящего момента.

Первый и второй периодические резистивные крутящие моменты могут определять колебания резистивного крутящего момента, воздействующего на основной привод двигателя в процессе работы двигателя. Угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана для снижения амплитуды колебаний резистивного крутящего момента, воздействующего на основной привод. Угловая ориентация рабочей оси топливного насоса относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана для снижения амплитуды колебаний резистивного крутящего момента, воздействующего на основной привод. Амплитуда может представлять собой максимальную амплитуду. Амплитуда может представлять собой полный размах колебаний. Амплитуда может представлять собой среднеквадратичную амплитуду.

Угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана для минимизации разницы между максимальным и минимальным величинами колебания резистивного крутящего момента. Угловая ориентация рабочей оси топливного насоса относительно угловой ориентации клапанных кулачков может быть подобрана для минимизации разницы между максимальным и минимальным величинами колебания резистивного крутящего момента. Двигатель может быть выполнен так, чтобы рабочая ось топливного насоса двигателя шла радиально от оси вращения кулачкового вала, когда кулачковый вал и топливный насос смонтированы в двигателе.

Форма каждого выступа клапанного кулачка может независимо подбираться для снижения амплитуды колебаний резистивного крутящего момента. Клапанный кулачок может быть осесимметричным. Клапанный кулачок может не быть осесимметричным. Угловая ориентация каждого клапанного кулачка относительно, по меньшей мере, одного другого клапанного кулачка может независимо подбираться для снижения амплитуды колебаний резистивного крутящего момента.

Форма каждого выступа кулачка вспомогательного устройства может независимо подбираться так, чтобы снизить амплитуду колебаний резистивного крутящего момента. Кулачок вспомогательного устройства может быть осесимметричным. Кулачок вспомогательного устройства может не быть осесимметричным. Угловая ориентация выступа кулачка вспомогательного устройства относительно, по меньшей мере, одного другого выступа кулачка вспомогательного устройства может независимо подбираться для снижения амплитуды колебаний резистивного крутящего момента.

Кулачковый вал может быть выполнен с возможностью привода клапанов нескольких цилиндров двигателя. Количество выступов кулачка вспомогательного устройства может равняться количеству цилиндров двигателя.

Каждый клапанный кулачок может быть жестко закреплен на кулачковом валу. Каждый кулачок вспомогательного устройства может быть жестко закреплен на кулачковом валу. Каждый клапанный кулачок может быть подвижным относительно кулачкового вала. Кулачок вспомогательного устройства может быть подвижным относительно кулачкового вала. Двигатель может содержать селективную систему отключения цилиндров, выполненную для, по меньшей мере, частичного отключения одного или нескольких цилиндров двигателя. Двигатель может содержать топливный насос.

В одном из примеров осуществления настоящего изобретения предлагается двигатель, содержащий кулачковый вал. Этот двигатель выполнен с возможностью соединения с вспомогательным устройством, выполненным с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала. Кулачковый вал содержит несколько клапанных кулачков, каждый из которых выполнен с возможностью привода соответствующего впускного или выпускного клапана двигателя. Угловая ориентация клапанных кулачков относительно оси вращения кулачкового вала определяется требованиями к работе клапанов. Кулачковый вал содержит кулачок вспомогательного устройства, выполненный с возможностью привода управляющего элемента вспомогательного устройства, например, с помощью одного или нескольких выступов кулачка. Кулачок вспомогательного устройства имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала. Управляющий элемент имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, когда вспомогательное устройство соединено с двигателем. Угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства и угловая ориентация управляющего элемента вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков подбираются так, что каждый акт привода вспомогательного устройства происходит в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов.

В другом примере настоящего изобретения предлагается двигатель, содержащий кулачковый вал, клапан двигателя, выполнены с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала, и вспомогательное устройство, выполненное с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала. Кулачковый вал содержит клапанный кулачок, выполненный с возможностью привода клапана двигателя. Угловая ориентация клапанного кулачка относительно оси вращения кулачкового вала определяется требованиями к работе клапана двигателя, например, временем и длительностью открытия клапана. Кулачковый вал содержит кулачок вспомогательного устройства, выполненный с возможностью привода управляющего элемента вспомогательного устройства, например, плунжера вспомогательного устройства, который может непосредственно контактировать с кулачком вспомогательного устройства. Угловая ориентация, по меньшей мере, одного из компонентов: кулачка вспомогательного устройства и/или управляющего элемента вспомогательного устройства - подбирается с учетом угловой ориентации клапанного кулачка так, чтобы минимизировать суммарные колебания резистивных крутящих моментов, передаваемых клапанным кулачком и кулачком вспомогательного устройства на кулачковый вал.

Согласно следующей особенности настоящего изобретения предлагается способ изготовления двигателя, содержащего кулачковый вал, впускной или выпускной клапан двигателя и вспомогательное устройство, например, топливный насос. Этот способ содержит шаг, на котором клапанный кулачок кулачкового вала выполняют так, чтобы угловая ориентация клапанного кулачка относительно оси вращения кулачкового вала определялась требованиями к работе клапана двигателя, например, требуемым временем и длительностью открытия клапана. Способ содержит шаг, на котором выполняют кулачок вспомогательного устройства для привода управляющего элемента вспомогательного устройства, например, плунжера или следящего элемента кулачка вспомогательного устройства. Способ содержит шаг, на котором подбирают угловую ориентацию управляющего элемента вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанного кулачка так, чтобы минимизировать суммарные колебания резистивных крутящих моментов, передаваемых клапанным кулачком и кулачком вспомогательного устройства на кулачковый вал.

Во избежание ненужного повторения усилий и дублирования текста этого описания, определенные признаки раскрываются в отношении только одной или нескольких особенностей - или вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что везде, где имеется техническая возможность, признаки, раскрытые в отношении любой особенности или любого варианта осуществления настоящего изобретения, могут также быть использованы с любой другой особенностью - или с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для лучшего понимания настоящего изобретения и более ясной демонстрации того, как оно может быть реализовано, ниже в качестве примера дается ссылка на сопроводительные чертежи, на которых:

на ФИГ. 1 показана аксонометрическая проекция кулачкового вала и системы впрыска топлива для двигателя;

на ФИГ. 2 показаны вид с торца кулачкового вала ФИГ. 1, а также его положение относительно клапана двигателя и топливного насоса системы впрыска топлива;

на ФИГ. 3 представлены графики связи угловой ориентации кулачкового вала и величин резистивного крутящего момента, воздействующего на кулачковый вал, для компоновки, показанной на ФИГ. 2;

на ФИГ. 4 показан вид с торца первой компоновки кулачкового вала и топливного насоса;

на ФИГ. 5 показан вид с торца второй компоновки кулачкового вала и топливного насоса;

на ФИГ. 6 показан вид с торца третьей компоновки кулачкового вала и топливного насоса;

на ФИГ. 7 представлены графики связи угловой ориентации кулачкового вала и величин резистивного крутящего момента, воздействующего на кулачковый вал, для компоновок, показанных на ФИГ. 4-7.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На ФИГ. 1 показана аксонометрическая проекция кулачкового вала 101 и системы 103 впрыска топлива для двигателя. В компоновке, показанной на ФИГ. 1, кулачковый вал 101 это кулачковый вал впускных клапанов, выполненный с возможностью привода нескольких впускных клапанов двигателя, который может, например, представлять собой двигатель со Сдвоенным Верхним Кулачковым Валом СВКВ (DOHC). Двигатель согласно настоящему изобретению может, однако, быть двигателем любого соответствующего типа, например, двигателем с Верхним Расположением Клапанов ВРК (OHV) или двигателем с Одинарным Верхним Кулачковым Валом ОВКВ (SOHC).

В контексте настоящего изобретения термины "впускной клапан" и "выпускной клапан" относятся к клапанам, которые используются для регулирования времени подачи и расхода газа и/или паров из впускного коллектора в цилиндр и из цилиндра двигателя в выпускной коллектор, соответственно. Для краткости, в нижеследующем описании мы сфокусируем внимание на работе впускного кулачкового вала 101, показанного на ФИГ. 1. Следует, однако, понимать, что описание реализации и работы настоящего изобретения равно приложимо к выпускному кулачковому валу и, в действительности, к любому кулачковому валу двигателя.

В компоновке, показанной на ФИГ. 1, двигатель представляет собой трехцилиндровый двигатель. Однако в другой компоновке двигатель может содержать любое соответствующее количество цилиндров, например, двигатель может быть четырехцилиндровым, шестицилиндровым и т.д.

Кулачковый вал 101 содержит три пары клапанных кулачков 105а, 105b, 105с, причем каждая пара клапанных кулачков 105а, 105b, 105с выполнена для привода пары впускных клапанов соответственных цилиндров двигателя. Каждый клапанный кулачок 105 имеет один выступ, выполненный с возможностью привода соответствующего клапана двигателя. Однако в другой компоновке каждый клапанный кулачок 105 может содержать любое соответствующее количество выступов.

Угловая ориентация каждого клапанного кулачка 105 относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101 определяется соответствующими рабочими требованиями для каждого клапана двигателя. Например, в двигателе СВКВ (DOHC) клапаны могут приводиться непосредственно клапанными кулачками 105, и в результате, рабочая ось клапана может быть соосна с центральной линией 106 выступа соответствующего клапанного кулачка 105, т.е. линией, идущей от оси вращения к вершине выступа клапанного кулачка 105, когда клапан достигает своего максимального смещения. Однако в другой компоновке двигателя СВКВ (DOHC) или, например, в компоновке ОВКВ (SOHC) клапаны могут быть функционально связаны с клапанными кулачками 105 одним или несколькими соединительными механизмами, например, кулисным механизмом. В результате рабочая ось клапана может быть наклонена и/или смещена относительно центральной линии 106 выступа клапанного кулачка 105, когда клапан достигает своего максимального смещения.

Угловая ориентация каждого клапанного кулачка 105 относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101 подбирается по рабочим требованиям к клапану, приводимому соответствующим кулачком 105. Например, угловая ориентация клапанных кулачков 105 может быть подобрана в зависимости от желаемой установки фаз распределения соответственных клапанов. Для компоновки, показанной на ФИГ. 1-6, рабочая ось С-С каждого клапана 111 отклоняется на угол 120° от вертикали, и угловая ориентация каждого клапанного кулачка 105 подбирается так, чтобы центральная линия 106 выступа соответствующего клапанного кулачка 105 была соосна с рабочей осью С-С для каждого клапана 111, когда этот клапан 111 достигает своего максимального смещения. Такая компоновка показана только в качестве примера настоящего раскрытия. Рабочая ось С-С клапана 111 двигателя может быть сориентирована под любым соответствующим углом по отношению к угловой ориентации клапанных кулачков 105 относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101.

Кулачковый вал 101 содержит кулачок вспомогательного устройства, например, кулачок 107 топливного насоса, выполненный с возможностью привода управляющего элемента 113 топливного насоса 109, например, с помощью одного или нескольких выступов кулачка 107 топливного насоса. В компоновке, показанной на ФИГ. 1, топливный насос 109 - это топливный насос высокого давления системы 103 впрыска топлива. Однако вспомогательное устройство может представлять любой соответствующий тип вспомогательного устройства двигателя.

Каждый выступ кулачка 107 топливного насоса имеет центральную линию 108 выступа, идущую от оси вращения к вершине выступа. В компоновке, показанной на ФИГ. 1, кулачок 107 топливного насоса имеет три выступа, так что топливный насос активируется три раза за оборот кулачкового вала 101. Кулачок 107 топливного насоса может, однако, иметь любое соответствующее количество выступов - в зависимости от рабочих требований системы 103 впрыска топлива.

Кулачковый вал 101 выполнен так, что центральная линия 108 выступа кулачка 107 топливного насоса проходит радиально от оси вращения А-А кулачкового вала 101. В компоновке, показанной на ФИГ. 1, топливный насос 109 приводится непосредственно кулачком 107 топливного насоса, и в результате, когда плунжер топливного насоса 109 достигает своего максимального смещения, центральная линия 108 одного из выступов кулачка 107 топливного насоса оказывается соосна с рабочей осью В-В управляющего элемента 113 топливного насоса и рабочей осью топливного насоса 109. Таким образом, рабочая ось топливного насоса 109 может также идти радиально от оси вращения А-А кулачкового вала 101, как показано на ФИГ. 1. Однако в другой компоновке управляющий элемент 113 топливного насоса может быть функционально связан с топливным насосом 109 одним или несколькими соединительными механизмами, например, кулисным механизмом. В результате, рабочая ось топливного насоса 109 может быть наклонена, смещена и/или удалена от рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса.

Аналогично угловой ориентации клапанных кулачков 105, угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса может быть подобрана по рабочим требованиям топливного насоса 109.

На ФИГ. 2 показан вид с торца кулачкового вала 101 ФИГ. 1. На ФИГ. 2 показаны угловые ориентации θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} соответственных клапанных кулачковых пар 105а, 105b, 105с относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101. На ФИГ. 2 также показана угловая ориентация θ_V рабочей оси С-С клапана 111 двигателя относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} каждого клапанного кулачка клапанных кулачковых пар 105а, 105b, 105c, когда кулачковый вал 101 установлен в двигатель. На ФИГ. 2а (очевидно, должно быть: 2. - Прим. перев.) также показаны угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса и угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} соответственных клапанных кулачковых пар 105а, 105b, 105с, когда кулачковый вал 101 и топливный насос 109 смонтированы в двигателе. В компоновке, показанной на ФИГ. 1-6, клапанные кулачковые пары 105а, 105b, 105с равноугольно распределены вокруг оси вращения А-А кулачкового вала 101. В контексте настоящего изобретения, вращение относительно кулачкового вала 101, показанного на ФИГ. 1-6, по часовой стрелке определяет положительный угол, например θ_CAM, а вращение против часовой стрелки определяет отрицательный угол, например - θ_CAM.

В компоновке собранного двигателя, показанной на ФИГ. 2, рабочая ось С-С клапана 111 отклоняется на угол 120° от вертикали, а рабочая ось В-В управляющего элемента 113 топливного насоса сориентирована под углом 90° относительно вертикали. Первая клапанная кулачковая пара 105а расположена под углом 0°, вторая клапанная кулачковая пара 105b расположена под углом 120° (т.е. соосно с рабочей осью С-С клапана 111), а третья клапанная кулачковая пара 105 с расположена под углом 240°. Кулачок 107 топливного насоса расположен так, что центральная линия 108 одного из выступов кулачка 107 топливного насоса располагается под углом 90° (т.е. соосно с рабочей осью В-В управляющего элемента 113 топливного насоса).

Таким образом, угловые ориентации θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} соответственных клапанных кулачковых nap 105а, 105b, 105с и угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101 таковы, что каждый акт привода топливного насоса, вызванный очередным выступом кулачка топливного насоса, происходит синхронно с очередным актом привода клапана, вызванным одной из клапанных кулачковых пар 105а, 105b, 105с.

В контексте настоящего изобретения термин "акт привода" понимается как момент максимального смещения клапана 111 или плунжера топливного насоса. Таким образом, кулачок 107 топливного насоса сориентирован относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101 так, что максимальное смещение плунжера топливного насоса 109 происходит синхронно с максимальным смещением клапана 111. Следует, однако, понимать, что привод клапана может происходить в течение некоторого периода времени, например, времени отслеживания следящим элементом кулачка профиля выступа кулачка. В одной из компоновок моменты начала и/или конца привода клапана 111 могут не совпадать с моментами начала и/или конца привода топливного насоса 109, тем не менее максимальное смещение клапана 111 может происходить синхронно с максимальным смещением плунжера топливного насоса 109.

В процессе работы двигателя клапанные кулачки 105 создают первый периодический резистивный крутящий момент T_V, воздействующий на вращение кулачкового вала 101, когда клапанные кулачки 105 приводят клапан 111. Аналогично, кулачок 107 топливного насоса создает второй периодический резистивный крутящий момент T_FP, воздействующий на вращение кулачкового вала 101, каждый раз, когда выступ кулачка 107 топливного насоса приводит топливный насос 109.

На ФИГ. 3 показаны графики первого и второго резистивных крутящих моментов Τ_V, T_FP, воздействующих на кулачковый вал 101, в функции от углового положения кулачкового вала θ_CAMSHAFT. На ФИГ. 3, пунктирной линией изображен первый периодический резистивный крутящий момент T_V, воздействующий на вращение кулачкового вала, когда клапанный кулачок 105 приводит в движение клапан 111, а линией точек изображен второй периодический резистивный крутящий момент T_FP, воздействующий на вращение кулачкового вала 101 каждый раз, когда выступ кулачка 107 топливного насоса приводит топливный насос 109.

ФИГ. 3 показывает, что общий резистивный крутящий момент T_V+FP, воздействующий на вращение кулачкового вала 101, зависит от первого и второго периодических крутящих моментов T_V, T_FP. Эти первый и второй периодические резистивные крутящие моменты T_V, T_FP определяют колебания резистивного крутящего момента T_V+FP, воздействующего на основной привод двигателя в процессе работы двигателя. Сплошной линией на ФИГ. 3 изображен общий резистивный крутящий момент T_V+FP, воздействующий на вращение кулачкового вала 101 в результате действия первого и второго резистивных крутящих моментов T_V, T_FP, созданных клапанными кулачками 105 и кулачком 107 топливного насоса, соответственно. Амплитуда A_V+FP колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP определяется разностью между максимумом T_{V+FP_MAX} и минимумом T_V+FP__MIN колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP. Поэтому желательно снизить амплитуду A_V+FP колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP, воздействующего на основной привод двигателя в процессе работы двигателя. Например, посредством снижения амплитуды A_V+FP колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP могут быть снижены колебания натяжения ременной/цепной передачи основного привода. В результате может быть использовано уменьшенное предварительное натяжение ременной/цепной передачи основного привода; например, натяжное устройство основного привода может быть настроено на уменьшенное предварительное натяжение ремня, что снижает трение в основном приводе двигателя, повышая тем самым кпд двигателя.

В настоящем изобретении предлагается одна или несколько компоновок двигателя, содержащего кулачковый вал 101, в котором угловая ориентация θ_FPCAM предназначенного для топливного насоса кулачка 107 кулачкового вала 101 и/или угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105, 105с подбираются так, что каждый акт привода топливного насоса 109 происходит в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов. Например, угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с может быть подобрана так, чтобы пиковая величина T_{FP_MAX} второго периодического резистивного крутящего момента T_FP достигалась в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами T_{V_MAX} первого резистивного крутящего момента T_V. Дополнительно или альтернативно, угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b,} θ_VCAM__c пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с может быть подобрана так, чтобы пиковая величина T_{FP_MAX} второго периодического резистивного крутящего момента достигалась в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами T_{V_MAX} первого периодического резистивного крутящего момента T_FP.

На ФИГ. 4 показана первая компоновка кулачкового вала 101 и управляющего элемента 113 топливного насоса, в которой угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b,} θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с повернута на угол Δθ_FPCAM. Такой поворот может быть получен переориентацией кулачка 107 топливного насоса относительно клапанных кулачков 105. В одной из компоновок кулачки 105, 107 кулачкового вала могут быть жестко соединены с кулачковым валом 101, и существующий кулачковый вал может быть заменен модифицированным кулачковым валом, имеющим конфигурацию, показанную на ФИГ. 4. В другой компоновке кулачки 105, 107 кулачкового вала могут быть подвижно соединены с кулачковым валом 101, и двигатель может содержать систему, выполненную для регулировки угловой ориентации кулачков 105, 107 относительно друг друга.

В компоновке, показанной на ФИГ. 4, кулачок 107 топливного насоса повернут против часовой стрелки на угол Δθ_FPCAM. который равен половинному углу между центральными линиями 106 выступа первой клапанной кулачковой пары 105а и выступа второй клапанной кулачковой пары 105b, т.е. Δθ_FPCAM=120°/2=60°. Угол Δθ_FPCAM может, однако, быть любым соответствующим углом, зависящим от компоновки клапанных кулачков 105 и кулачка 107 топливного насоса.

На ФИГ. 5 показана вторая компоновка кулачкового вала 101 и управляющего элемента 113 топливного насоса, в которой угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса повернута относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с на угол Δθ_FPDE. Такой поворот может быть получен переориентацией управляющего элемента 113 топливного насоса и/или самого топливного насоса 109 относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101. Например, точки, в которых топливный насос 109 крепится к двигателю, могут быть подобраны так, чтобы переориентировать рабочую ось В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно центральной линии 108 выступа кулачка 107 топливного насоса, когда смещение плунжера топливного насоса 109 максимально. Дополнительно или альтернативно, могут быть использованы один или несколько соединительных механизмов для изменения ориентации рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно центральной линии 108 выступа кулачка 107 топливного насоса, когда смещение плунжера топливного насоса 109 максимально.

В компоновке, показанной на ФИГ. 5, угол Δθ_FPDE равен 180°; это определяется конфигурацией кулачка 107 топливного насоса. Например, данный кулачок 107 топливного насоса имеет три выступа одинакового профиля, которые равноугольно распределены вокруг оси вращения А-А кулачкового вала 101, поэтому вершина каждого выступа кулачка 107 топливного насоса диаметрально противоположна минимальному радиусу профиля кулачка 107 топливного насоса. Однако в другой компоновке угол Δθ_FPDE может быть любым соответствующим углом, зависящим от конфигураций клапанных кулачков 105 и кулачка 107 топливного насоса.

На ФИГ. 6 показана третья компоновка кулачкового вала 101 и управляющего элемента 113 топливного насоса, в которой угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса и угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с повернуты на угол Δθ_FPCAM и угол Δθ_FPDE, соответственно. В компоновке, показанной на ФИГ. 6, кулачок 107 топливного насоса повернут по часовой стрелке на угол Δθ_FPCAM, а рабочая ось В-В управляющего элемента 113 топливного насоса повернута против часовой стрелки на угол Δθ_FPDE.

В каждой из компоновок, показанных на ФИГ. 4, 5 и 6, изображен максимально возможный угол фазового сдвига Δθ_PHASE, полученный угловой переориентацией кулачка 107 топливного насоса и/или управляющего элемента 113 топливного насоса относительно оси вращения кулачкового вала 101. В результате амплитуда A_V+FP колебаний резистивного крутящего момента минимизирована. В компоновках, показанных на ФИГ. 4, 5 и 6, кулачок 107 топливного насоса сориентирован так, что в момент, когда центральная линия 106 выступа клапанного кулачка соосна с рабочей осью С-С клапана 111, центральная линия 108 выступа кулачка 107 топливного насоса наклонена относительно рабочей оси С-С клапана 111; топливный насос 109 диаметрально противоположен вершине выступа кулачка топливного насоса; а рабочая ось В-В управляющего элемента 113 топливного насоса соосна с центральной линией 108 выступа кулачка 107 топливного насоса.

Таким образом, как показано на ФИГ. 7, угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса и/или угловая ориентация θ_FPDE управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с могут быть подобраны так, чтобы пиковая величина T_{FP_MAX} второго периодического резистивного крутящего момента достигалась в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами T_{V_MAX} первого периодического резистивного крутящего момента T_FP.

Другими словами, кулачок 107 топливного насоса и/или управляющий элемент 113 топливного насоса могут быть переориентированы относительно оси вращения А-А кулачкового вала 101 так, чтобы максимальное смещение плунжера топливного насоса 109 достигалась не в фазе с максимальным смещением клапана 111.

На ФИГ. 7 показаны графики первого и второго резистивных крутящих моментов T_V, T_FP, воздействующих на кулачковый вал 101, в функции от углового положения кулачкового вала θ_CAMSHAFT для компоновок, показанных на ФИГ. 4, 5 и 6. На ФИГ. 7, угловая переориентация кулачка 107 топливного насоса и/или самого топливного насоса 109 относительно оси вращения кулачкового вала 101 дает угол фазового сдвига Δθ_PHASE. В результате амплитуда A_V+FP колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP снижается.

Однако в одной или нескольких других компоновках угловая ориентация кулачка 107 топливного насоса и/или управляющего элемента 113 топливного насоса относительно оси вращения кулачкового вала 101 может быть подобрана так, чтобы снизить амплитуду A_V+FP до промежуточной величины между максимально возможной амплитудой, показанной на ФИГ. 3, и минимально возможной амплитудой, показанной на ФИГ. 7. Например, угловая ориентация θ_FPCAM кулачка 107 топливного насоса и/или угловая ориентация θ_FPDE рабочей оси В-В управляющего элемента 113 топливного насоса относительно угловых ориентаций θ_{VCAM_a}, θ_{VCAM_b}, θ_{VCAM_c} пар клапанных кулачков 105а, 105b, 105с могут быть подобраны так, чтобы ни один акт привода топливного насоса, т.е. момент максимального смещения плунжера топливного насоса 109, не совпадал по времени с актом привода клапана, т.е. с моментом максимального смещения клапана 111. Угол Δθ_FPCAM, на который повернут кулачок 107 топливного насоса, и/или угол Δθ_FPDE. на который повернута рабочая ось В-В управляющего элемента 113 топливного насоса, могут быть любыми соответствующими углами, дающими ненулевой угол фазового сдвига Δθ_PHASE, уменьшая тем самым разность между максимумом T_{V+FP_MAX} и минимумом T_{V+FP_MIN} колебаний резистивного крутящего момента T_V+FP.

Специалисту понятно, что хотя настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на один или несколько примеров, оно не ограничивается раскрытыми примерами, и могут быть сконструированы альтернативные примеры без отступления от объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к двигателю, содержащему кулачковый вал с несколькими кулачками, выполненными с возможностью привода одного или нескольких клапанов двигателя, а также вспомогательное устройство двигателя, - и в частности, но не исключительно, к двигателю, содержащему кулачковый вал. Двигатель содержит кулачковый вал (101), выполненный с возможностью соединения с вспомогательным устройством, выполненным с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала (101), при этом кулачковый вал (101) содержит: несколько клапанных кулачков (105), каждый из которых выполнен с возможностью привода соответствующего впускного клапана (111) или выпускного клапана (111) двигателя. Причем угловые ориентации клапанных кулачков (105) относительно оси вращения кулачкового вала (101) определяются требованиями к работе клапанов (111); и кулачок (107) вспомогательного устройства, выполненный с возможностью привода управляющего элемента (113) вспомогательного устройства с помощью одного или нескольких выступов кулачка; при этом кулачок (107) вспомогательного устройства имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала (101), и управляющий элемент (113) имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала (101), когда вспомогательное устройство соединено с двигателем, причем угловая ориентация, по меньшей мере, одного из компонентов: кулачка (107) вспомогательного устройства и/или управляющего элемента (113) вспомогательного устройства подбирается с учетом угловой ориентации клапанных кулачков (105) так, что каждый акт привода вспомогательного устройства происходит в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов. Технический результат заключается в сведении к минимуму колебания резистивного крутящего момента, передаваемого на основной привод и/или на любое другое устройство, соединенное с кулачковым валом. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двигатель, содержащий кулачковый вал, причем двигатель выполнен с возможностью соединения с вспомогательным устройством, выполненным с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала, при этом кулачковый вал содержит

несколько клапанных кулачков, каждый из которых выполнен с возможностью привода соответствующего впускного клапана или выпускного клапана двигателя, причем угловые ориентации клапанных кулачков относительно оси вращения кулачкового вала определяются требованиями к работе клапанов; и

кулачок вспомогательного устройства, выполненный с возможностью привода управляющего элемента вспомогательного устройства с помощью одного или нескольких выступов кулачка, причем кулачок вспомогательного устройства имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, и управляющий элемент имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, когда вспомогательное устройство соединено с двигателем,

при этом угловая ориентация управляющего элемента вспомогательного устройства выбрана с учетом угловой ориентации клапанных кулачков с возможностью того, чтобы каждый акт привода вспомогательного устройства происходил в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что

каждый клапанный кулачок выполнен с возможностью создавать первый периодический резистивный крутящий момент, воздействующий на вращение кулачкового вала, когда клапанный кулачок приводит в движение клапан; и

кулачок вспомогательного устройства выполнен с возможностью создавать второй периодический резистивный крутящий момент, воздействующий на вращение кулачкового вала, когда кулачок вспомогательного устройства приводит в движение вспомогательное устройство,

причем пиковая величина второго периодического резистивного крутящего момента возникает в промежутке между двумя последовательными пиковыми величинами первого периодического резистивного крутящего момента.

3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что первый и второй периодические резистивные крутящие моменты определяют колебания резистивного крутящего момента, воздействующего на основной привод двигателя в процессе работы двигателя, причем угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства и/или угловая ориентация рабочей оси вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков выбраны так, чтобы снизить амплитуду колебаний резистивного крутящего момента, воздействующего на основной привод.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что угловая ориентация кулачка вспомогательного устройства и/или угловая ориентация рабочей оси вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков выбраны так, чтобы минимизировать разницу между максимальным и минимальным величинами колебания резистивного крутящего момента.

5. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что двигатель выполнен так, что рабочая ось вспомогательного устройства двигателя проходит радиально от оси вращения кулачкового вала, когда кулачковый вал и вспомогательное устройство смонтированы в двигателе.

6. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что форма каждого выступа кулачка вспомогательного устройства независимо выбрана так, чтобы снизить амплитуду колебаний резистивного крутящего момента.

7. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что кулачковый вал выполнен с возможностью привода клапанов нескольких цилиндров двигателя, причем количество выступов кулачка вспомогательного устройства равно количеству цилиндров.

8. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что несколько клапанных кулачков равноугольно распределены вокруг оси вращения кулачкового вала.

9. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что каждый клапанный кулачок и/или кулачок вспомогательного устройства жестко закреплен на кулачковом валу.

10. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что каждый клапанный кулачок и/или кулачок вспомогательного устройства подвижен относительно кулачкового вала.

11. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что вспомогательное устройство представляет собой топливный насос.

12. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что управляющий элемент вспомогательного устройства имеет рабочую ось, которая наклонена, смещена и/или удалена от рабочей оси вспомогательного устройства.

13. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что вспомогательное устройство содержит соединительный механизм, выполненный с возможностью функциональной связи вспомогательного устройства с управляющим элементом вспомогательного устройства.

14. Способ изготовления двигателя, содержащего кулачковый вал, причем двигатель выполнен с возможностью соединения с вспомогательным устройством, выполненным с возможностью приведения его в движение от кулачкового вала, при этом способ включает в себя следующие шаги:

выполняют каждый из нескольких клапанных кулачков для привода соответствующего впускного клапана или выпускного клапана двигателя, причем угловые ориентации клапанных кулачков относительно оси вращения кулачкового вала определяют на основе требований к работе клапанов;

выполняют кулачок вспомогательного устройства для привода управляющего элемента вспомогательного устройства с помощью одного или нескольких выступов кулачка, причем кулачок вспомогательного устройства имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, и управляющий элемент имеет некоторую угловую ориентацию относительно оси вращения кулачкового вала, когда вспомогательное устройство соединено с двигателем; и

подбирают угловую ориентацию управляющего элемента вспомогательного устройства относительно угловой ориентации клапанных кулачков так, что каждый акт привода вспомогательного устройства происходит в промежутке между двумя последовательными актами привода клапанов.