ИЗМЕНЯЕМЫЙ КЛАПАННЫЙ ПРИВОД С КАЧАЮЩИМСЯ РЫЧАГОМ Российский патент 2020 года по МПК F01L1/12 F01L13/00 F02D13/02 

Изобретение относится к изменяемому клапанному приводу для подъемного клапана, в частности, для газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания, который выполнен с возможностью периодического движения между положением закрывания и положением открывания опосредованно с помощью кулачка через качающийся рычаг.

Известна эксплуатация газораспределительных клапанов двигателя внутреннего сгорания изменяемо с различными моментами времени открывания и закрывания, а также с различными ходами открывания клапанов. Такие изменяемые клапанные приводы предпочтительно обеспечивают возможность целенаправленного согласования прохождения кривой перемещения клапана по углу кулачка в зависимости от рабочих параметров снабженного подъемным клапаном устройства, т.е., например, в зависимости от скорости вращения, нагрузки или температуры двигателя внутреннего сгорания.

Известно, в частности, создание нескольких различных кривых подъема подъемного клапана за счет того, что для приведения в действие этого подъемного клапана имеется несколько кулачков, и что соответствующий контур лишь одного кулачка вызывает ход подъема. Для переключения на другой ход подъема осуществляется переключение на другой кулачок. Такое управление клапанами известно из DE 42 30 877 А1. Для этого на распределительном валу расположен без возможности проворачивания, но с возможностью осевого сдвига, блок распределительного вала с двумя различными контурами кулачков. В соответствии с осевым положением кулачкового блока, один контур кулачка находится в соединении с подъемным клапаном через промежуточное звено (передаточный рычаг). Осевой сдвиг кулачкового блока для изменении параметров клапана осуществляется во время основной фазы цикла против действия возвратной пружины с помощью нажимного кольца.

Из DE 195 19 048 А1 известен изменяемый клапанный привод для двигателя внутреннего сгорания, в котором на распределительном валу также расположены непосредственно рядом друг с другом два выполненных с различным контуром кулачка. Изменение зацепления кулачка осуществляется за счет осевого сдвига распределительного вала с находящимися на нем кулачками.

Кроме того, из DE 195 20 117 С2 известен клапанный привод двигателя внутреннего сгорания, в котором на распределительном валу расположен без возможности проворачивания сдвигаемый в осевом направлении кулачковый блок по меньшей мере с двумя различными кулачковыми дорожками. Перестановка кулачкового блока осуществляется с помощью перестановочного органа, который проходит внутри распределительного вала. С помощью расположенного на торцевой стороне распределительного вала гидравлического или пневматического цилиндропоршневого блока двойного действия перестановочный орган сдвигается внутри распределительного вала. Перестановочный орган соединен с поводком, который проходит через расположенное в осевом направлении в распределительном валу удлиненное отверстие и входит в отверстие кулачкового блока.

Недостатком уровня техники является то, что не обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования моментов времени открывания и закрывания, а также различных ходов открывания клапана. Кроме того, перестановка посредством осевого сдвига кулачков возможна всегда лишь в закрытом состоянии клапанов, так что перестановка над цилиндрами должна осуществляться независимо друг от друга. Другим недостатком является то, что с помощью этих известных принципов невозможно переоборудовать существующий клапанный привод без возможности изменения в клапанный привод с возможностью изменения, без изменения при этом окружающих конструктивных элементов, не считая тех, которые необходимы непосредственно для реализации возможности изменения.

Задачей изобретения является создание улучшенного изменяемого клапанного привода с качающимся рычагом, с помощью которого могут быть предотвращены недостатки уровня техники. Задачей изобретения является, в частности, создание изменяемого клапанного привода, который обеспечивает возможность осуществляемого независимо от имеющегося положения клапана, бесступенчатого изменения моментов времени открывания и закрывания, а также ходов открывания клапана.

Эти задачи решены с помощью изменяемого клапанного привода с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и более подробно поясняются в последующем описании с частичными ссылками на прилагаемые чертежи.

Согласно изобретению, предлагается изменяемый клапанный привод для подъемного клапана. Подъемный клапан выполнен с возможностью периодического движения между положением закрывания и положением открывания, в частности, против силы возвратной пружины, опосредованно с помощью кулачка распределительного вала. Подъемный клапан предпочтительно является газораспределительным клапаном двигателя внутреннего сгорания.

Согласно общей идеи изобретения, клапанный привод имеет переключаемую систему качающихся рычагов для приведения в действие подъемного клапана. Под переключаемой системой качающихся рычагов понимается система качающихся рычагов, которая с помощью переключательного устройства, называемого в данном документе регулировочным устройством, обеспечивает возможность изменения своих передаточных свойств относительно передачи движения кулачка на подъемный клапан так, что обеспечивается возможность изменения момента времени открывания и/или закрывания клапана и/или высоты хода открывания клапана.

Система качающихся рычагов содержит первый качающийся рычаг, называемый в последующем передаточным качающимся рычагом, и второй качающийся рычаг, называемый в последующем клапанным качающимся рычагом, которые установлены с возможностью вращательного движения на различных осях качающегося рычага, которые параллельны оси распределительного вала. При этом клапанный качающийся рычаг на первом конце находится в контакте с подъемным клапаном и имеет на втором конце ролик, в частности, нажимной ролик. Передаточный качающийся рычаг на своем первом конце согласован с кулачком распределительного вала, т.е. находится в зацеплении с кулачком для следования за движением кулачка. В соответствии с движением кулачка качается (опрокидывается) передаточный рычаг. На втором конце передаточный качающийся рычаг находится в активном соединении через контурную поверхность, в частности, задающую ход клапана контурную поверхность, с роликом клапанного качающегося рычага так, что качательное движение передаточного качающегося рычага создает соответствующее качательное движение клапанного качающегося рычага, при котором ролик клапанного качающегося рычага катится по контурной поверхности. Таким образом, за счет качания передаточного качающегося рычага ролик качающегося рычага катится по контурной поверхности, и результирующееся качательное движение клапанного качающегося рычага вызывает соответствующий ход клапана. В этом смысле передаточный рычаг и клапанный рычаг включены последовательно, при этом их качательное движение может быть ориентировано, в зависимости от выполнения, также противоположно друг другу.

Контурная поверхность является поверхностью передаточного качающегося рычага, по которой катится туда и обратно ролик клапанного качающегося рычага при передаче движения кулачка на подъемный клапан и тем самым передает, соответственно, сопрягает движение передаточного качающегося рычага на клапанный качающийся рычаг. За счет выбора формы контурной поверхности, например, подъема в направлении качения, можно задавать прохождение подъема клапана. Вместо понятия контурная поверхность в данном документе используется также понятие поверхность качения.

Изменяемый клапанный привод содержит регулировочное устройство для переключения системы качающихся рычагов, с помощью которого обеспечивается возможность поворота контурной поверхности с помощью планетарной передачи, например, набора планетарных колес, вокруг оси передаточного качающегося рычага с определенным передаточным отношением, с целью сдвига зоны качения ролика клапанного качающегося рычага по контурной поверхности. Предпочтительно, регулировочное устройство предназначено для создания поворота контурной поверхности, соответственно, содержащей контурную поверхность части передаточного качающегося рычага относительно клапанного качающегося рычага. За счет этого изменяется проходимая роликом клапанного качающегося рычага зона контурной поверхности и за счет этого также получающийся результирующий ход клапана и/или длительность открывания, соответственно, закрывания клапана. Планетарная передача не является частью регулировочного устройства, а регулировочное устройство воздействует на планетарную передачу, которая в свою очередь вызывает поворот контурной поверхности. Таким образом, с помощью регулировочного устройства обеспечивается, в частности, возможность изменения зоны качения клапанного качающегося рычага по контурной поверхности. Планетарная передача обеспечивает также возможность применения благоприятного передаточного отношения между качательным движением передаточного качающегося рычага и клапанного качающегося рычага.

При этом накладывается друг на другу указанная кинематика выполнения хода клапана и регулирования хода. Кроме того, за счет соответствующего выполнения контурной поверхности существует возможность удерживания клапана полностью закрытым или же также удерживания кратковременно открытым на максимальный ход клапана, когда соответствующие зоны качения контурной поверхности выполнены без подъема. Кроме того, особое преимущество состоит в том, что регулирование хода можно осуществлять в любой момент времени, т.е. регулирование можно выполнять также, когда клапаны открыты. Таким образом, обеспечивается возможность независимого от имеющегося положения подъема клапана, а также от вращения распределительного вала переключения.

Таким образом, в этом клапанном приводе ход клапана не задается непосредственно с помощью возвышения кулачка. Контур кулачка служит лишь для качания (опрокидывания) дополнительного рычага, который в данном случае называется передаточным качающимся рычагом. Преимуществом изменяемого клапанного привода, согласно изобретению, является то, что конструкция качающегося рычага и распределительного вала может оставаться неизменной относительно обычного, не изменяемого клапанного привода. Другое преимущество состоит в том, что изменяемый клапанный привод осуществляет управление клапанами с небольшим перемещением масс, поскольку клапанный качающийся рычаг, как обычно, качается вверх и вниз, передаточный качающийся рычаг также качается вверх и вниз, а распределительный вал, как обычно, вращается. Дополнительно к этому, массы могут быть дополнительно уменьшены за счет возникающих передаточных отношений набора планетарных колес. Кроме того, изменяемый клапанный привод обеспечивает очень стабильное решение полностью изменяемого управления, в частности, в области двигателей для транспортных средств промышленного назначения и промышленных двигателей. Происходит разгрузка подшипников распределительного вала, поскольку силы воспринимаются сквозным валом передаточного качающегося рычага.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, передаточный качающийся рычаг может иметь элемент водила планетарной передачи и по меньшей мере одну планетарную шестерню планетарной передачи. Например, могут быть предусмотрены три планетарные шестерни. По меньшей мере одна планетарная шестерня направляется элементом водила планетарной передачи. При этом элемент водила планетарной передачи имеет дополнительно первый конец, который находится в зацеплении с кулачком распределительного вала. Элемент водила планетарной передачи может находиться в зацеплении с кулачком распределительного вала, например, через ролик.

Согласно этому варианту выполнения, передаточный качающийся рычаг имеет дополнительно коронную шестерню планетарной передачи. Коронная шестерня находится в зацеплении по меньшей мере с одной планетарной шестерней и имеет на стороне наружной окружности задающую ход контурную поверхность. По меньшей мере одна планетарная шестерня расположена во внутреннем пространстве коронной шестерни и находится в зацеплении с внутренним зубчатым венцом коронной шестерни. Кроме того, планетарная передача может иметь солнечное колесо, которое соединено без возможности проворачивания с поворачиваемым с помощью регулировочного устройства валом. Этот вал называется в последующем также валом солнечного колеса.

Таким образом, передаточный качающийся рычаг может содержать две конструктивные группы, а именно, элемент водила планетарной передачи и коронную шестерню, которая на своей наружной окружности имеет контурную поверхность (контур качения). По контуру кулачка катится водило планетарной передачи, угловая величина качания которого остается постоянной в течение всей работы, независимо от установленного хода клапана. За счет качания элемента водила планетарной передачи и вызываемого этим поворота планетарных шестерней происходит поворот коронной шестерни с соответствующим передаточным отношением. Соответствующий выбор этого передаточного отношения может приводить к большому ходу клапана при малом возвышении кулачка. Таким образом, могут быть уменьшены вращающиеся массы на распределительном валу.

Другими словами, передаточный качающийся рычаг, в свою очередь, может иметь первый рычаг, называемый выше элементом водила планетарной передачи, который находится в зацеплении с кулачком распределительного вала, и второй рычаг, имеющий коронную шестерню с контурной поверхностью, которая находится в активном соединении с роликом клапанного качающегося рычага. Через коронную шестерню второго рычага и планетарные шестерни первого рычага (элемента водила планетарной передачи) эти первый рычаг и второй рычаг передаточного качающегося рычага соединены друг с другом с возможностью передачи движения, в частности так, что создаваемое кулачком качательное движение первого рычага приводит к качательному движению второго рычага вокруг оси передаточного качающегося рычага, в соответствии с передаточным отношением планетарной передачи.

Кроме того, с помощью регулировочного устройства обеспечивается возможность изменения положения поворота второго рычага относительно первого рычага, с целью изменения зоны качения ролика клапанного качающегося рычага на контурной поверхности. В устанавливаемом с помощью регулировочного устройства положении поворота первый рычаг и второй рычаг в свою очередь соединены друг с другом с возможностью передачи движения так, что они за счет движения кулачка поворачиваются совместно туда и обратно вокруг оси качающегося рычага. За счет этого создается стабильный изменяемый передаточный механизм для изменяемой передачи движения кулачка на клапанный качающийся рычаг.

Солнечное колесо предпочтительно находится на проходящей над всеми цилиндрами сквозной оси. Эта сквозная ось установлена с возможностью вращения. Водила планетарных передач и коронные шестерни предпочтительно разделены для каждого цилиндра и подвижны независимо друг от друга. Для перестановки хода клапана изменяется положение поворота солнечного колеса с помощью регулировочного устройства. Для этого вал, который несет солнечные колеса, установлен с возможностью поворота с помощью регулировочного устройства.

Регулировочное устройство может содержать электрический, электромеханический, механический или гидравлический исполнительный блок, с помощью которого обеспечивается возможность изменения положения поворота несущего солнечное колесо вала, с целью перестановки хода клапана. За счет поворота солнечного колеса и передачи этого движения на планетарные шестерни поворачивается коронная шестерня в соответствии с выбранным передаточным отношением. Оно может быть выбрано, иначе чем при ходе клапана, замедляющим. Регулировочное устройство может содержать, например, электродвигатель или может быть выполнено в виде электродвигателя.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, контурная поверхность имеет первую зону качения, которая не создает ход клапана, когда ролик клапанного качающегося рычага катится по первой зоне качения. Первая зона качения образует, в частности, контур основной окружности и называется в последующем также зоной основной окружности. Точки качения на зоне основной окружности имеют предпочтительно постоянное радиальное расстояние до оси передаточного качающегося рычага.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, контурная поверхность имеет дополнительно примыкающую к первой зоне качения вторую зону качения, которая имеет наклонный контур. Наклонный контур задает ход клапана так, что ход клапана тем больше, чем дальше ролик клапанного качающегося рычага катится по второй зоне качения после прихода с первой зоны качения. Таким образом, под наклонным контуром понимается зона, которая имеет в направлении движения ролика увеличивающееся радиальное расстояние до оси передаточного качающегося рычага. Следовательно, в противоположном направлении движения ролика радиальное расстояние на второй зоне качения уменьшается. Под зоной качения понимается зона контурной поверхности, на которой предусмотрена возможность качения ролика клапанного качающегося рычага при качательном движении передаточного качающегося рычага. Насколько далеко фактически катится ролик при качательном движении по определенной зоне качения, зависит от устанавливаемого регулировочным устройством положения поворота контурной поверхности.

В предпочтительной модификации этого варианта выполнения контурная поверхность имеет примыкающую ко второй зоне качения третью зону качения. Третья зона качения создает предпочтительно положение клапана с заданным постоянным ходом клапана, например, положение клапана с максимальным ходом клапана, когда ролик клапанного качающегося рычага катится по третьей зоне качения. Точки качения на третьей зоне качения предпочтительно имеют постоянное радиальное расстояние до оси передаточного качающегося рычага. Однако радиальное расстояние третьей зоны качения больше, чем первой зоны качения.

Зона контурной поверхности, по которой катится ролик качающегося рычага, остается по угловой величине всегда постоянной. Однако за счет поворота контурной поверхности с помощью регулировочного устройства относительно клапанного качающегося рычага может быть сдвинута зона контурной поверхности, по которой действительно катится ролик. Если, например, контурная поверхность с помощью регулировочного устройства поворачивается относительно передаточного качающегося рычага так, что качающийся рычаг катится по меньшему пути на первой зоне и вместо этого по большему пути на второй зоне, то ход клапана увеличивается. За счет целенаправленного выбора размеров и/или крутизны, соответственно, прохождения с подъемом зон качения можно регулировать ход клапана и/или время открывания и закрывания клапана, которые являются результатом качения клапанного качающегося рычага по контурной поверхности. В зависимости от установки, соответственно, изменения зоны качения можно, например, удерживать подъемный клапан полностью закрытым, например, когда ролик клапанного качающегося рычага катится туда и обратно исключительно по первой зоне качения. Кроме того, существует возможность работы клапана, при которой подъемный клапан кратковременно удерживается открытым на максимальном подъеме клапана. Это может достигаться, например, когда контурная поверхность с помощью регулировочного устройства фиксируется в положении поворота, в котором движение качения ролика клапанного качающегося рычага содержит по меньшей мере частично также третью зону. Во время качения по третьей зоне качения подъемный клапан кратковременно удерживается открытым на максимальном подъеме клапана.

В другой предпочтительной модификации этого варианта выполнения контурная поверхность имеет примыкающую к третьей зоне качения четвертую зону качения, которая в свою очередь образует наклонный контур, и пятую зону, которая примыкает к четвертой зоне качения. Точки качения на пятой зоне качения имеют постоянное радиальное расстояние до оси передаточного качающегося рычага. Радиальное расстояние пятой зоны качения больше радиального расстояния третьей зоны качения и больше радиального расстояния первой зоны качения. В этом варианте выполнения с пятью зонами качения третья зона образует среднее положение, в котором подъемный клапан кратковременно, т.е. во время качения ролика по третьей зоне, удерживается в открытом положении с постоянной высотой подъема, которая меньше максимальной высоты подъема.

Особенно предпочтительно, когда регулировочное устройство выполнено с возможностью бесступенчатого изменения положения поворота несущего солнечное колесо вала. В качестве альтернативного решения, регулировочное устройство может быть выполнено с возможностью изменения положения поворота несущего солнечное колесо вала в два заданных положения, так что обеспечивается возможность включения двух различных ходов клапана.

Согласно другому варианту выполнения, передаточный качающийся рычаг может быть предварительно напряжен с помощью возвратной пружины, так, что передаточный качающийся рычаг прижимается к распределительному валу. За счет этого обеспечивается надежное следование за движением кулачка. Например, элемент водила планетарной передачи передаточного качающегося рычага может быть предварительно напряжен с помощью возвратной пружины так, что передаточный качающийся рычаг прижимается к распределительному валу.

Кроме того, в рамках изобретения возможно, что клапанный качающийся рычаг имеет на своем расположенном на стороне клапана конце гнездо, в котором размещен гидравлический элемент компенсации зазора в клапане или винт со слоновой ногой.

Кроме того, клапанный качающийся рычаг может иметь на своей нижней стороне, т.е. на обращенной к головке цилиндра стороне, геометрию для осевой фиксации на стойке подшипника. Например, качающийся рычаг может иметь опору для крепления на стойке подшипника качающегося рычага, на которой расположена ось качающегося рычага, на которую насажен с возможностью поворота качающийся рычаг с помощью согласованного отверстия и удерживается с помощью осевого стопора, при этом осевой стопор является направляющим соединением в виде соединения типа элемент зацепления-контрэлемент между стойкой подшипника и качающимся рычагом, в котором ориентированный поперек направления оси элемент зацепления, например, в виде кольцевой перемычки, входит с возможностью поворота в согласованный контрэлемент с осевой опорой боковой поверхности.

Согласно другому аспекту изобретения, предлагается система, содержащая по меньшей мере два изменяемых клапанных привода, согласно изобретению, таких как, например, указанные выше клапанные приводы, при этом передаточные качающиеся рычаги имеют общую первую ось качающегося рычага, клапанные качающиеся рычаги имеют общую вторую ось качающегося рычага, и по меньшей мере два изменяемых клапанных привода имеют общее регулировочное устройство в виде электродвигателя. Электродвигатель находится в активном соединении с коаксиальным первой оси качающегося рычага валом, валом солнечных колес, на котором расположено соответствующее солнечное колесо каждого из клапанных приводов. Таким образом, при этом требуется лишь один исполнительный элемент/серводвигатель в виде электродвигателя, с целью выполнения перестановки для всех цилиндров. Перестановка хода для всех цилиндров также происходит одновременно, поскольку поворачиваемое для этого солнечное колесо сидит на сквозном валу.

Согласно другому аспекту изобретения, предлагается транспортное средство, в частности транспортное средство промышленного применения, содержащее изменяемый клапанный привод, описание которого приведено выше.

Указанные выше предпочтительные варианты выполнения и признаки изобретения можно любым образом комбинировать друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - клапанный привод, согласно одному варианту выполнения изобретения, на виде сбоку;

фиг.2 - передаточный качающийся рычаг, согласно одному варианту выполнения изобретения, в разнесенной изометрической проекции;

фиг.3 - передаточный качающийся рычаг, согласно одному варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг.4 - соединение между клапанным качающимся рычагом и передаточным качающимся рычагом, согласно одному варианту выполнения изобретения;

фиг.5 - коронная шестерня (зубчатый венец не изображен) с контурной поверхностью, согласно другому варианту выполнения изобретения, на виде сбоку; и

фиг.6 - иллюстрация различных регулируемых кривых подъема подъемного клапана.

На фигурах одинаковые части обозначены одинаковыми позициями, так что показанные на фигурах различные проекции клапанного привода понятны также по отдельности.

На фиг.1 показан на виде сбоку изменяемый клапанный привод 1, согласно одному варианту выполнения изобретения. На фиг.3 показан тот же клапанный привод в изометрической проекции. Клапанный привод 1 служит для управления газораспределительными клапанами (не изображены) двигателя внутреннего сгорания, которые установлены с возможностью периодического движения между положением закрывания и положением открывания опосредованно с помощью кулачков 2 распределительного вала 3.

Клапанный привод 1 содержит переключаемую систему качающихся рычагов для управления подъемными клапанами. Система качающихся рычагов содержит первый качающийся рычаг (клапанный качающийся рычаг) 20, который установлен с возможностью поворота вокруг оси 23 качающегося рычага, и второй качающийся рычаг (передаточный качающийся рычаг) 10, который установлен с возможностью поворота на другой оси 13 качающегося рычага. Обе оси 13, 23 качающегося рычага разделены в пространстве, однако обе параллельны оси 3а распределительного вала 3.

Клапанный качающийся рычаг 20 на своем расположенном на стороне клапана конце 21, т.е. своим расположенным на стороне клапана рычажным плечом 21, находится в контакте с двумя подъемными клапанами (не изображены). Для этого расположенное на стороне клапана рычажное плечо 21 клапанного качающегося рычага 20 выполнено в виде рычажного плеча для двух клапанов, с целью управления одновременно двумя газораспределительными клапанами. Для этого рычажное плечо 21 выполнено в виде вилки, как показано на фиг.3. Кроме того, как показано на фиг.3, две такие системы клапанных качающихся рычагов расположены друг за другом в осевом направлении распределительного вала, с целью управления четырьмя подъемными клапанами. Эта система из двух клапанных приводов обозначена в целом позицией 100.

На каждом расположенном на стороне клапана конце 21 расположено гнездо 24. Гнездо 24 можно применять для опоры само по себе известного гидравлического элемента 25 компенсации зазора клапана. Вместо гидравлического элемента 25 компенсации зазора клапана в гнезде 24 может быть размещен при соответствующей обработке также винт со слоновой ногой, с помощью которой можно вручную юстировать зазор клапана.

Гидравлические элементы (HVA) компенсации зазора клапана в двигателях внутреннего сгорания сами по себе известны и служат, в частности, для компенсации изменяющихся в процессе работы размеров длины газораспределительных клапанов так, что в фазе основной окружности управляющего клапаном кулачка обеспечивается надежное закрывание клапана. При этом, с другой стороны, возвышение кулачка должно передаваться на клапан без потерь и тем самым преобразовываться в движение подъема клапана. Принцип действия таких гидравлических элементов компенсации зазора клапана, которые расположены в силовом потоке управления клапанами, в частности двигателя внутреннего сгорания, можно считать известным.

Клапанный качающийся рычаг 20 удерживается на стойке подшипника (не изображена) качающегося рычага, при этом на стойке подшипника качающегося рычага расположена ось 23 качающегося рычага, на которую насажен с возможностью поворота клапанный качающийся рычаг 20 с помощью согласованного отверстия и удерживается с помощью осевого стопора. В данном варианте выполнения осевой стопор выполнен в виде соединения с элементом зацепления и контрэлементом между стойкой подшипника и качающимся рычагом, в котором ориентированный поперек осевого направления элемент зацепления, например, в виде кольцевой перемычки 27, входит с возможностью поворота в согласованный контрэлемент (не изображен) с осевой боковой опорой. Однако, осевое стопорение (осевой стопор) может осуществляться также известным образом через поверхности прилегания на боковых поверхностях качающегося рычага. Эти боковые поверхности могут быть образованы, например, посредством калибровки кованой заготовки, соответственно, посредством механической обработки. На стороне стойки подшипника фиксация может также осуществляться с помощью соответствующим образом обработанных поверхностей, а также с помощью шайб и стопорных колец. Кроме того, известны стопоры положения между качающимся рычагом и осью. Например, для этого одна зона оси, которая окружена отверстием качающегося рычага, имеет кольцевую канавку, в которой проходит пружинное стопорное кольцо, которое одновременно своим лежащим снаружи кольцевым участком проходит в кольцевой канавке качающегося рычага.

На противоположном оси 23 качания конце 22, т.е. на расположенном на стороне распределительного вала рычажном плече 22, на дистальном конце рычажного плеча 22 расположен ролик 26.

Передаточный качающийся рычаг 10 на своем расположенном на стороне распределительного вала конце 11 находится в зацеплении с кулачком 2 распределительного вала 3. Для этого на расположенном на стороне распределительного вала конце 11 расположен ролик 18, например, нажимной ролик, который катится по кулачку 2 распределительного вала 3 и тем самым следует за движением кулачка. Кроме того, передаточный качающийся рычаг 10 на своем другом относительно оси 13 качающегося рычага конце 12 находится в соединении через задающую ход поверхность, называемую контурной поверхностью 16, с роликом 26 клапанного качающегося рычага 20, т.е. ролик 26 клапанного качающегося рычага 20 катится при вызванном движением кулачка качательном движении передаточного качающегося рычага 10 по контурной поверхности 16, за счет чего создается соответствующее качательное движение клапанного качающегося рычага 20. Передаточный качающийся рычаг 10 передает за счет своего качательного движения движение кулачка на клапанный качающийся рычаг 20, который, в свою очередь за счет своего соответствующего результирующегося качательного движения создает ход клапана. Таким образом, передаточный качающийся рычаг 10 и клапанный качающийся рычаг 20 включены последовательно. Для этого распределительный вал 3 и клапанный качающийся рычаг 20 могут быть выполнены само по себе известным образом и соединены друг с другом с возможностью передачи движения с помощью расположенного между ними передаточного качающегося рычага 10.

Контурная поверхность 16, на которую опирается ролик 26 клапанного качающегося рычага, служит в качестве зоны качения, по которой катится туда и обратно ролик 26 клапанного качающегося рычага при передаче качательного движения передаточного качающегося рычага 10 на клапанный качающийся рычаг 20. Таким образом, за счет формы этой служащей в качестве поверхности качения контурной поверхности 16 можно задавать, а также изменять характеристики хода подъемного клапана.

Как показано на фиг.1, движение кулачка передается через планетарную передачу 19. При этом передаточный качающийся рычаг 10 имеет элемент 14 водила планетарной передачи, который имеет установленный на его расположенном на стороне распределительного вала конце 11 ролик 18. На своем противоположно лежащем конце элемент 14 водила планетарной передачи имеет три планетарные шестерни 17, которые расположены в запрессованной в элемент водила планетарной передачи коронной шестерне 15 и находятся в зацеплении с ее внутренним зубчатым венцом 15а. Кроме того, планетарные шестерни 17 находятся в зацеплении с расположенным на валу 13 солнечным колесом (не видно), которое тем самым позиционировано в средней точке системы планетарных шестерней.

Таким образом, контур кулачка считывается элементом 14 водила планетарной передачи, угловая величина качания которого остается постоянной независимо от установленного хода клапана во всем времени работы. За счет качания элемента 14 водила планетарной передачи и получающегося за счет этого поворота планетарных шестерней 17 происходит поворот коронной шестерни 15 с соответствующим передаточным отношением. Коронная шестерня 15 является частью компенсационного элемента, называемого выше также вторым рычагом передаточного качающегося рычага, который образует задающую ход контурную поверхность 16 качающегося рычага 20, по которой катится ролик 26 клапанного качающегося рычага 20. За счет качания элемента 14 водила планетарной передачи поворачивается коронная шестерня 15 с контуром 16 качения с соответствующим передаточным отношением. При этом ролик 26 клапанного качающегося рычага катится по контуру 16 качения и открывает, соответственно, клапаны.

Солнечное колесо расположено без возможности проворачивания на сквозном валу 30, который выполнен с прохождением над всеми цилиндрами и имеет для каждого цилиндра соответствующее солнечное колесо. Сквозной вал соединен с электродвигателем (не изображен) в качестве серводвигателя, который при соответствующем управлении может целенаправленно поворачивать сквозной вал 30 для перестановки хода клапана и/или времени открывания клапана и времени закрывания клапана.

Таким образом, преимущество изобретения состоит в одновременном управлении изменением хода клапанов для всех цилиндров с помощью лишь одного серводвигателя, который выполняет лишь поворотное движение с небольшой угловой величиной поворота.

Следующий за кулачком рычаг 15 предварительно напряжен с помощью возвратной пружины 17 через точку 17а упора возвратной пружины, так что весь передаточный качающийся рычаг 10 с силой возвратной пружины прижимается к распределительному валу 3.

Указанная выше конструкция передаточного качающегося рычага 10 показана в разнесенной изометрической проекции на фиг.2. Элемент 14 водила планетарной передачи имеет планетарные шестерни 17, которые с помощью соответствующего штифта удерживаются между приемным элементом 14а и крышкой 14с элемента 14 водила планетарной передачи, при этом крышка 14с закреплена с помощью трех потайных винтов 14d на трех опорных элементах 14b.

На фиг.4 показано в увеличенном масштабе соединение между клапанным качающимся рычагом 20 и передаточным качающимся рычагом 10 на контурной поверхности 16. Контурная поверхность 16 имеет в этом примере выполнения три различные зоны 16а, 16b и 16с, которые могут служить в качестве зон качения для ролика 26.

Первая зона 16а качения образует контур основной поверхности, т.е. когда ролик 26 катится по этой зоне, то клапанный качающийся рычаг 20 не создает подъема клапана. Расстояние точек на первой поверхности 16а качения до оси 13 качающегося рычага, т.е. их радиальное расстояние R1, является постоянным. Кроме того, контурная поверхность 16 содержит непосредственно примыкающую к первой зоне 16а качения вторую зону 16b качения, которая имеет наклонный контур. Радиальное расстояние точек качения увеличивается на второй зоне качения, исходя из значения R1, до значения R2. Таким образом, когда ролик 26 после прихода с первой зоны 16а катится по второй зоне 16b, то клапанный качающийся рычаг 20 опрокидывается тем больше, чем дальше ролик 26 катится по второй зоне 16b качения. Следовательно, создаваемый подъем клапана тем больше, чем дальше ролик 26 после прихода с первой зоны 16а качения катится по второй зоне 16b качения.

Ко второй зоне 16b качения примыкает третья зона 16с качения, которая имеет постоянное радиальное расстояние R2 и создает положение клапана с максимальным подъемом клапана, когда ролик 26 клапанного качающегося рычага 20 катится по третьей зоне 16с качения.

Как уже указывалось выше, клапанный привод 1 содержит электродвигатель в качестве серводвигателя для изменения положения поворота оси 30 солнечного колеса. За счет изменения положения поворота вала 30 солнечного колеса также поворачивается контурная поверхность 16 вокруг оси 13 передаточного качающегося рычага 10, с целью создания сдвига зоны качения ролика 26 клапанного качающегося рычага 20 по контурной поверхности 16. За счет этого изменяется проходимая, соответственно, считываемая роликом клапанного качающегося рычага зона контурной поверхности 16 и тем самым также результирующийся ход клапана и/или время открывания и время закрывания клапана.

Таким образом, за счет целенаправленного изменения положения поворота вала 30 солнечного колеса можно изменять положение поворота конструктивного элемента передаточного качающегося рычага, который несет коронную шестерню 15, относительно элемента 14 водила планетарной передачи, с целью изменения зоны качения ролика 26 клапанного качающегося рычага 20 по контурной поверхности 16. В каждом различном устанавливаемом положении поворота элемент водила планетарной передачи и коронная шестерня 15 снова соединены друг с другом с возможностью передачи движения относительно поворотного движения (качательного движения) вокруг оси 13 качающегося рычага.

Например, регулировочное устройство может быть предназначено для установки двух различных положений поворота коронной шестерни 15, соответственно контурной поверхности 16, относительно элемента 14 водила планетарной передачи, за счет чего получаются две различные зоны качения для ролика 26 клапанного качающегося рычага 20. Для этого применения можно также использовать обычный гидравлический регулятор распределительного вала вместо электродвигателя.

Лишь в качестве примера, в первом установленном положении поворота ролик 26 при создаваемом с помощью кулачка 2 качательном движении передаточного качающегося рычага 10 может кататься туда и обратно по первой зоне качения, которая содержит почти всю первую зону 16а качения и первую частичную зону второй зоны 16b качения. Во втором установленном положении поворота ролик 26 при создаваемом с помощью кулачка 2 качательном движении передаточного качающегося рычага 10 может кататься туда и обратно по второй зоне качения, которая содержит почти всю вторую зону 16b качения и первую частичную зону третьей зоны 16с качения.

При переключении клапанного привода 1 с первой зоны качения на вторую зону качения увеличивается создаваемый с помощью распределительного вала 3 ход клапана.

Регулировочное устройство может быть выполнено так, что оно может устанавливать положение поворота второго рычага относительно первого рычага в двух заданных положениях, так что обеспечивается возможность переключения двух различных, заданных зон качения на контурной поверхности 16 и тем самым ходов клапана. В качестве альтернативного решения, регулировочное устройство может быть выполнено так, что обеспечивается возможность переключения более двух заданных положений поворота или возможность бесступенчатого изменения положения поворота внутри заданных пределов. В названном последним варианте выполнения можно изменять ход клапана бесступенчато.

На фиг.5 показана на виде сбоку коронная шестерня 15 с контурной поверхностью 516 передаточного качающегося рычага 10, согласно другому варианту выполнения изобретения. В этом варианте выполнения контурная поверхность 516 имеет пять различных зон 16а-16е качения. Первая зона 16а качения, в свою очередь, образует контур основной окружности с постоянным радиальным расстоянием R1 до оси 13. Примыкающая вторая зона 16b качения образует снова наклонный контур с увеличивающимся радиальным расстоянием, которое в конце второй зоны качения увеличивается до значения R2. Примыкающая третья зона 16с, в свою очередь, образует зону с постоянным радиальным расстоянием R2.

К этой третьей зоне 16с качения примыкает в направлении качения четвертая зона 16d качения, которая в свою очередь образует наклонный контур. В конце четвертой зоны 16d качения радиальное расстояние увеличивается до значения R3. К четвертой зоне примыкает пятая зона 16е качения, которая в свою очередь имеет постоянное радиальное расстояние. Точки качения на пятой зоне 16е качения имеют постоянное радиальное расстояние до оси передаточного качающегося рычага. Радиальное расстояние R3 пятой зоны 16е качения больше радиального расстояния R2 третьей зоны 16с качения и больше радиального расстояния R1 первой зоны 16а качения. В этом варианте выполнения с пятью зонами качения, третья зона 16с образует среднее положение, в котором подъемный клапан кратковременно, т.е. во время качения ролика 26 по третьей зоне 16с, удерживается в открытом положении с постоянной высотой хода, которая меньше максимальной высоты хода.

На фиг.6 показаны в качестве иллюстрации различные устанавливаемые с помощью клапанного привода кривые подъема. Ось абсцисс соответствует углу α поворота кулачкового вала 3. Ось ординат соответствует ходу d клапана. Кривые 61-64 представляют четыре различных устанавливаемых хода изменения подъема клапана в зависимости от угла поворота кулачкового вала. Каждая из четырех кривых 61-64 соответствует определенному установленному с помощью регулировочного устройства положению поворота второго рычага 15 относительно первого рычага 14 передаточного качающегося рычага 10. При этом кривая 61 соответствует установленному положению поворота, которое создает наибольший ход клапана и самое короткое время закрывания клапана, в то время как кривая 65, наоборот, создает наименьший ход клапана и наиболее длительное время закрывания клапана. Таким образом, согласно варианту 61, возможна имеющая шатровую форму кривая подъема за счет кратковременного удерживания клапанов на постоянном подъеме клапанов. За счет симметричного уменьшения или увеличения кривой подъема можно также изменять моменты времени открывания и закрывания клапанов.

Хотя описание изобретения дано со ссылками на определенные примеры выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что могут быть выполнены различные изменения и могут применяться в качестве замены эквивалентные элементы, без выхода за объем изобретения. Дополнительно к этому, могут быть выполнены многие модификации, без выхода за объем изобретения. Следовательно, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами выполнения, а должно охватывать все примеры выполнения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от их подчиненности.

Перечень позиций

1 Изменяемый клапанный привод

2 Кулачек

3 Распределительный вал

3а Ось распределительного вала

10 Передаточный качающийся рычаг

11 Первый конец

12 Второй конец

13 Ось передаточного качающегося рычага

14 Элемент водила планетарной передачи

14а Приемный элемент

14b Опорный элемент

14с Крышка

14d Потайной винт

14е Штифт

15 Коронная шестерня

15а Внутренний зубчатый венец

16,516 Контурная поверхность

16а-16е Зоны качения

17 Планетарная шестерня

18 Ролик

19 Планетарная передача

20 Клапанный качающийся рычаг

21 Первый конец, соответственно, расположенное на стороне клапана рычажное плечо

22 Второй конец, соответственно, расположенное на стороне распределительного вала рычажное плечо

23 Ось клапанного качающегося рычага

24 Гнездо

25 Гидравлический элемент компенсации клапанного зазора

26 Ролик

27 Кольцевая перемычка

30 Вал солнечного колеса

31 Возвратная пружина

61-65 Кривая изменения хода клапана

100 Система

R1,R2,R3 Радиальное расстояние

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Изменяемый клапанный привод (1) предназначен для газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания. Клапан установлен с возможностью периодического перемещения между закрытым и открытым положениями с помощью кулачка (2) распределительного вала (3). Клапанный привод (1) содержит переключаемую систему качающихся рычагов для приведения в действие подъемного клапана, имеющую передаточный качающийся рычаг (10) и клапанный качающийся рычаг (20). Передаточный качающийся рычаг (10) и клапанный качающийся рычаг (20) опираются с возможностью поворота на различные оси (13), (23) качающегося рычага, каждая из которых параллельна оси (3а) распределительного вала (3). Клапанный качающийся рычаг (20) находится на первом конце (21) в контакте с подъемным клапаном и имеет на втором конце (22) ролик (26). Передаточный качающийся рычаг (10) находится в зацеплении на первом конце (11) с кулачком (2) распределительного вала (3), а на втором конце (12) находится в активном соединении через контурную поверхность (16) с роликом (26) клапанного качающегося рычага (20) так, что качательное движение передаточного качающегося рычага (10) создает качательное движение клапанного качающегося рычага (20), при котором ролик (26) клапанного качающегося рычага (20) катится по контурной поверхности (16). Имеется регулировочное устройство для переключения системы качающихся рычагов, с помощью которого обеспечивается возможность поворота контурной поверхности (16) с помощью планетарной передачи (19) вокруг оси (13) передаточного качающегося рычага (10), для сдвига зоны качения ролика (26) клапанного качающегося рычага (20) по контурной поверхности (16). Раскрыты система, содержащая по меньшей мере два изменяемых клапанных привода, и транспортное средство. Технический результат заключается в обеспечении возможности осуществления независимо от имеющегося положения клапана бесступенчатого изменения моментов времени открывания и закрывания, а также хода открывания клапана. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Изменяемый клапанный привод (1) для подъемного клапана, в частности для газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания, который установлен с возможностью периодического перемещения между закрытым и открытым положениями опосредованно с помощью кулачка распределительного вала, содержащий

переключаемую систему качающихся рычагов для приведения в действие подъемного клапана, имеющую передаточный качающийся рычаг (10) и клапанный качающийся рычаг (20), которые опираются с возможностью поворота на различные оси (13, 23) качающегося рычага, каждая из которых параллельна оси (3а) распределительного вала,

при этом клапанный качающийся рычаг (20) находится на первом конце (21) в контакте с подъемным клапаном и имеет на втором конце (22) ролик (26),

при этом передаточный качающийся рычаг (10) находится в зацеплении на первом конце (11) с кулачком (2) распределительного вала (3) и на втором конце (12) находится в активном соединении через контурную поверхность (16) с роликом (26) клапанного качающегося рычага (20) так, что качательное движение передаточного качающегося рычага (10) создает качательное движение клапанного качающегося рычага (20), при котором ролик (26) клапанного качающегося рычага (20) катится по контурной поверхности (16); и

регулировочное устройство для переключения системы качающихся рычагов, с помощью которого обеспечивается возможность поворота контурной поверхности (16) с помощью планетарной передачи (19) вокруг оси (13) передаточного качающегося рычага (10), с целью сдвига зоны качения ролика (26) клапанного качающегося рычага (20) по контурной поверхности (16; 516).

2. Изменяемый клапанный привод (1) по п.1, отличающийся тем, что

а) передаточный качающийся рычаг (10) имеет:

а1) по меньшей мере одну планетарную шестерню (17) планетарной передачи, которая направляется с помощью элемента (14) водила планетарной передачи передаточного качающегося рычага (10), при этом элемент (14) водила планетарной передачи имеет первый конец (11), который находится в зацеплении с кулачком (2) распределительного вала (3); и

а2) коронную шестерню (15) планетарной передачи, которая имеет на стороне наружной окружности контурную поверхность (16) и которая находится в зацеплении по меньшей мере с одной планетарной шестерней (17), и

b) солнечное колесо планетарной передачи соединено без возможности проворачивания с поворачиваемым с помощью регулировочного устройства валом (30).

3. Изменяемый клапанный привод (1) по п.2, отличающийся тем, что регулировочное устройство содержит электрический, электромеханический, механический или гидравлический исполнительный блок, с помощью которого для перестановки клапанного привода обеспечивается возможность установки положения поворота несущего солнечное колесо вала (30).

4. Изменяемый клапанный привод (1) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что контурная поверхность (16) имеет

а) первую зону (16а) качения, которая, в частности, образует контур основной поверхности, которая не создает ход клапана, когда ролик (26) клапанного качающегося рычага (20) катится по контуру основной поверхности, и

b) примыкающую к первой зоне (16а) качения вторую зону (16b) качения, которая имеет наклонный контур.

5. Изменяемый клапанный привод (1) по п.4, отличающийся тем, что контурная поверхность (16) имеет примыкающую ко второй зоне (16b) качения третью зону (16с) качения, которая создает положение клапана с максимальным ходом клапана, когда ролик (26) клапанного качающегося рычага (20) катится по третьей зоне (16с) качения.

6. Изменяемый клапанный привод (1) по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что

а) регулировочное устройство выполнено с возможностью бесступенчатого изменения положения поворота несущего солнечное колесо вала (30) или

b) регулировочное устройство выполнено с возможностью изменении положения поворота несущего солнечное колесо вала (30) в два заданных положения, так что обеспечивается возможность переключения двух различных ходов клапана.

7. Изменяемый клапанный привод (1) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что передаточный качающийся рычаг (10) предварительно напряжен с помощью возвратной пружины (30) так, что передаточный качающийся рычаг (10) прижимается к распределительному валу (3).

8. Изменяемый клапанный привод (1) по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что контурная поверхность (16) имеет примыкающую к третьей зоне (16с) качения четвертую зону (16d) качения, которая образует наклонный контур, и примыкающую к четвертой зоне (16d) качения пятую зону (16е) качения, при этом пятая зона (16е) качения имеет постоянное радиальное расстояние (R3) до оси (13) передаточного качающегося рычага (10), которое больше такого радиального расстояния (R2) у третьей зоны (16c) качения и больше такого радиального расстояния (R1) у первой зоны (16а) качения.

9. Система (100), содержащая по меньшей мере два изменяемых клапанных привода (1) по любому из пп.1-8, при этом передаточные качающиеся рычаги (10) имеют соответствующую общую первую ось (13) качающегося рычага, клапанные качающиеся рычаги (20) имеют соответствующую общую вторую ось (13) качающегося рычага, и по меньшей мере два изменяемых клапанных привода имеют общее регулировочное устройство в виде электродвигателя, при этом электродвигатель находится в активном соединении с коаксиальным первой оси (13) качающегося рычага валом (31).

10. Транспортное средство, в частности транспортное средство промышленного назначения, содержащее изменяемый клапанный привод (1) или систему (100) по любому из предшествующих пунктов.