Регулируемый клапанный привод Российский патент 2022 года по МПК F01L1/18 F01L13/06 

Изобретение относится к регулируемому клапанному приводу, в частности, с системой кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания с клапанным газораспределением включают один или несколько управляемых впускных и выпускных клапанов на каждый цилиндр. Регулируемые клапанные приводы обеспечивают гибкое управление клапанами, предполагающее изменение времени открытия, закрытия и/или хода клапана. Это позволяет адаптировать работу двигателя, например, к специфической нагрузке. Например, регулируемый клапанный привод может быть реализован посредством так называемой системы кулачков с регулируемым положением.

Из DE 196 11 641 C1 известен пример такой системы кулачков с регулируемым положением, позволяющей приводить в действие клапан механизма газораспределения с помощью нескольких разных кривых подъема. Для этого на распределительном валу без возможности вращения, но с возможностью смещения по оси устанавливается кулачок с регулируемым положением с по меньшей мере одним участком, включающим несколько профилей, который включает рабочий контур, в который радиально извне вводится исполнительный элемент в форме штифта для смещения кулачка по оси. Посредством смещения по оси кулачка с регулируемым положением производится изменение хода соответствующего клапана механизма газораспределения. Тем самым, после осевого смещения кулачка с регулируемым положением относительно распределительного вала происходит фиксация кулачка в его относительном осевом положении на распределительном валу.

Из DE 10 2011 050 484 A1 известен двигатель внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, одной головкой цилиндров и одной крышкой головки цилиндров. Для приведения в действие клапанов механизма газораспределения предусмотрен по меньшей мере один вращающийся распределительный вал с по меньшей мере одним расположенным на соответствующем распределительном валу кулачком с возможностью смещения по оси. Соответствующий кулачок с регулируемым положением включает по меньшей мере один участок с кулисой с по меньшей мере одним пазом. Для смещения соответствующего кулачка по оси предусмотрен исполнительный элемент. Исполнительный элемент расположен в головке цилиндров или в крышке головки цилиндров.

Недостатком известных систем может быть отсутствие при выходе из строя исполнительного элемента возможности осевого перемещения кулачка с регулируемым положением по заданной для вышедшего из строя исполнительного элемента траектории осевого перемещения. В определенных условиях это может привести к невозможности изменения фаз клапанного газораспределения. В наиболее неблагоприятном случае это может привести к невозможности возврата, например, одного из клапанов механизма газораспределения, работающего в режиме торможения двигателем, в обычный режим работы с помощью системы кулачков с регулируемым положением.

Задачей данного изобретения является создание альтернативного и/или улучшенного регулируемого клапанного привода, лишенного, в частности, упомянутых недостатков систем известных конструкций.

Поставленная задача решается с помощью признаков по независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.

Изобретение позволяет создать регулируемый клапанный привод, в частности, с системой кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания. Регулируемый клапанный привод включает вал и основание для кулачков, установленное на валу без возможности вращения и с возможностью осевого смещения (например, посредством осевого профилирования, в частности, посредством шлицевого или многошпоночного соединения). Основание для кулачков содержит первый кулачок и второй кулачок (например, смещенный по оси относительно первого кулачка, в частности, непосредственно примыкающий к первому кулачку), первый рабочий участок, второй рабочий участок и третий рабочий участок (например, аварийный рабочий участок и/или отказобезопасный рабочий участок). Регулируемый клапанный привод включает первый исполнительный элемент, выполненный для перемещения (например, с помощью штифта исполнительного элемента) основания для кулачков в первом осевом направлении (например, параллельно продольной оси вала и/или основания для кулачков) и зацепления с первым рабочим участком. Регулируемый клапанный привод включает второй исполнительный элемент, выполненный для перемещения основания для кулачков во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению (например, с помощью штифта второго исполнительного элемента) и зацепления со вторым рабочим участком и для перемещения основания для кулачков в первом осевом направлении (например, с помощью штифта второго исполнительного элемента) и зацепления с третьим рабочим участком.

Регулируемый клапанный привод может обладать преимуществом, которое даже при выходе из строя первого исполнительного элемента позволяет осуществлять выполняемое при нормальной эксплуатации первым исполнительным элементом перемещение основания для кулачков, а именно с помощью второго исполнительного элемента. Для этого второй исполнительный элемент может входить в зацепление с третьим рабочим участком. Тем самым, третий рабочий участок может целесообразно выполнять роль аварийного рабочего участка или, соответственно, отказобезопасного рабочего участка. Например, благодаря этому даже при выходе из строя первого исполнительного элемента сохраняется возможность переключения между режимом торможения двигателем и обычным режимом работы двигателя внутреннего сгорания.

В частности, регулируемый клапанный привод может включать механизм передачи усилия, выборочно образующий кинематическую связь между первым кулачком и клапаном механизма газораспределения (например, впускным или выпускным клапанами) двигателя внутреннего сгорания или между вторым кулачком и клапаном механизма газораспределения в зависимости от осевого положения основания для кулачков.

Первый рабочий участок, второй рабочий участок и/или третий рабочий участок могут целесообразно иметь спиральную (винтовую) форму, по меньшей мере частично.

Например, первый исполнительный элемент может включать подвижный штифт для зацепления с первым рабочим участком. В качестве альтернативы или дополнительно второй исполнительный элемент может включать подвижный штифт для избирательного зацепления со вторым или третьим рабочими участками.

В частности, вал и основание для кулачков могут образовывать распределительный вал двигателя внутреннего сгорания.

В одном из примеров осуществления изобретения зацепление первого исполнительного элемента с первым рабочим участком приводит к перемещению основания для кулачков из первого осевого положения (на валу) во второе осевое положение (на валу). В качестве альтернативы или дополнительно зацепление второго исполнительного элемента с третьим рабочим участком приводит к перемещению основания для кулачков из первого осевого положения во второе осевое положение. Возможно, чтобы зацепление второго исполнительного элемента со вторым рабочим участком приводило к перемещению основания для кулачков из второго осевого положения в первое осевое положение.

Первое осевое положение целесообразно может отвечать за режим торможения двигателем внутреннего сгорания, а второе осевое положение — за обычный режим работы двигателя внутреннего сгорания.

В частности, первый исполнительный элемент может входить в зацепление с первым рабочим участком только, если основание для кулачков находится в первом осевом положении. В качестве альтернативы или дополнительно второй исполнительный элемент может входить в зацепление со вторым рабочим участком только, если основание для кулачков находится во втором осевом положении. В качестве альтернативы или дополнительно второй исполнительный элемент может входить в зацепление с третьим рабочим участком только, если основание для кулачков находится в первом осевом положении.

В дополнительном примере осуществления изобретения при зацеплении второго исполнительного элемента с третьим рабочим участком конец выталкивающей части третьего рабочего участка достигается до того, как основание для кулачков достигнет второго осевого положения. В качестве альтернативы или дополнительно при зацеплении второго исполнительного элемента с третьим рабочим участком происходит такое ускорение основания для кулачков (например, посредством вращения вала и основания), что после выталкивания второго исполнительного элемента из третьего рабочего участка основание перемещается еще дальше, в частности, по инерции, до второго осевого положения. Например, возможно, чтобы штифт второго исполнительного элемента выталкивался (например, с помощью выталкивающей наклонной плоскости третьего рабочего участка) из третьего рабочего участка до того, как основание для кулачков достигнет второго осевого положения. Тем самым, это позволяет сделать третий рабочий участок сравнительно коротким.

Основание для кулачков может быть целесообразно выполнено с возможностью фиксации в первом и/или втором осевом положении с помощью стопора.

В одном из вариантов осуществления изобретения механизм передачи усилия в первом осевом положении основания для кулачков устанавливает кинематическую связь между вторым кулачком и клапаном механизма газораспределения, а второй кулачок выполнен в виде тормозного кулачка. В качестве альтернативы или дополнительно двигатель внутреннего сгорания работает в режиме торможения двигателем, когда основание для кулачков находится в первом осевом положении.

Тормозной кулачок может целесообразно сначала удерживать выпускной клапан (клапан механизма газораспределения), который приводится в действие этим же кулачком, в закрытом состоянии на такте сжатия и/или на такте выпуска, а затем открывать его. Это позволяет выполнять простую или двойную декомпрессию в выхлопной тракт, в результате чего можно тормозить двигатель внутреннего сгорания.

Например, во втором осевом положении основания для кулачков механизм передачи усилия может создавать кинематическую связь между первым кулачком и клапаном механизма газораспределения. Первый кулачок может быть выполнен для обеспечения обычного режима работы клапана механизма газораспределения, например, выпускного клапана (и, тем самым, двигателя внутреннего сгорания).

В дополнительном варианте осуществления изобретения регулируемый клапанный привод включает блок управления, предназначенный для приведения в действие первого и/или второго исполнительных элементов (например, напрямую или опосредованно).

Термин «блок управления» может относиться к электронному и/или механическому устройствам, которые в зависимости от конструкции могут выполнять функции управления и/или регулирования. Даже если здесь используется термин «управлять», смысл его в равной степени целесообразно может включать также значения «регулировать» или, соответственно, «управлять с получением обратной связи».

Например, блок управления может приводить в действие первый и/или второй исполнительные элементы напрямую или опосредованно. Например, блок управления может воздействовать на исполнительный элемент напрямую путем подачи электрической энергии на электромагнит или на электродвигатель электрического исполнительного элемента. Также возможно, чтобы блок управления приводил в действие исполнительный элемент опосредованно, путем переключения клапана рабочей среды или включения насоса рабочей среды. Клапан рабочей среды или насос рабочей среды соединены по текучей среде с исполнительным элементом (например, гидравлическим или пневматическим исполнительным элементом) для осуществления управления подачей рабочей среды к исполнительному элементу.

В зависимости от назначения исполнительные элементы могут быть выполнены в виде электрических, пневматических и/или гидравлических исполнительных элементов. При использовании, например, электрических исполнительных элементов можно реализовать, в частности, систему с очень коротким временем реагирования, например, в пределах однозначной величины в миллисекундах. Это может быть предпочтительно в отношении способности вхождения в зацепление с третьим рабочим участком.

В одном из вариантов осуществления изобретения блок управления выполнен для введения второго исполнительного элемента в зацепление с третьим рабочим участком (например, напрямую или опосредованно) при выходе из строя первого исполнительного элемента и/или при отсутствии возможности осевого смещения с использованием первого исполнительного элемента. Например, блок управления может распознавать выход из строя. Тем самым, третий рабочий участок может быть использован как аварийный рабочий участок или, соответственно, как отказобезопасный рабочий участок только, если первый исполнительный элемент не функционирует.

В дополнительном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен для снижения оборотов двигателя внутреннего сгорания до предварительно заданного предельного значения или до величины ниже этого значения (например, 1000 об/мин, 900 об/мин, 800 об/мин, 700 об/мин, 600 об/мин, 550 об/мин, 500 об/мин) и/или для сохранения таких оборотов до того, как второй исполнительный элемент будет введен в зацепление (например, напрямую или опосредованно) с третьим рабочим участком и/или в процессе такого введения в зацепление. В качестве альтернативы или дополнительно блок управления выполнен для снижения оборотов двигателя внутреннего сгорания до оборотов холостого хода (например, ок. 600 об/мин) и/или сохранения таких оборотов до того, как второй исполнительный элемент будет введен в зацепление с третьим рабочим участком (например, напрямую или опосредованно) и/или в процессе такого введения в зацепление. В процессе перемещения основания для кулачков на малых оборотах двигателя воздействуют, в частности, меньшие силы. Тем самым, третий рабочий участок может быть сравнительно небольшим и/или его наклон может быть сравнительно большим. Кроме того, на малых оборотах двигателя движение основания для кулачков по инерции для завершения процесса перемещения может быть выполнено надежно и с хорошим показателем воспроизводимости.

Возможно, чтобы после перемещения основания для кулачков под действием второго исполнительного элемента на третий рабочий участок блок управления мог снова давать разрешение на повышение оборотов двигателя и/или чтобы больше не ограничивал обороты двигателя.

Также возможно, чтобы блок управления был выполнен для предотвращения повторного обратного перемещения посредством зацепления второго исполнительного элемента со вторым рабочим участком после перемещения основания для кулачков на третий рабочий участок под действием второго исполнительного элемента.

В дополнительном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен для многократных последовательных попыток (например, дважды, трижды, четырежды и т. д.) введения второго исполнительного элемента в зацепление с третьим рабочим участком (например, напрямую или опосредованно) до тех пор, пока основание для кулачков не будет перемещено во второе осевое положение.

В одном из примеров осуществления изобретения блок управления выполнен для блокировки осевого перемещения основания для кулачков посредством введения второго исполнительного элемента в зацепление со вторым рабочим участком при выходе из строя первого исполнительного элемента.

В дополнительном примере осуществления изобретения длина, в частности, длина кривой третьего рабочего участка меньше длины, в частности, длины кривой первого рабочего участка и/или длины, в частности, длины кривой второго рабочего участка. В качестве альтернативы или дополнительно значение длины, в частности, длины кривой третьего рабочего участка меньше или равно 90°УПРВ (угол поворота распределительного вала) (например, меньше или равно 60°УПРВ) и/или больше или равно 20°УПРВ (например, больше или равно 30°УПРВ). В зависимости от применения, размера кулачков и т. д. диапазоны величин УПРВ могут быть разными.

Например, длина третьего рабочего участка может быть меньше или равна половине длины первого рабочего участка и/или второго рабочего участка.

В одном из вариантов осуществления изобретения глубина (например, максимальная глубина) третьего рабочего участка меньше глубины (например, максимальной глубины) первого рабочего участка и/или глубины второго рабочего участка. В качестве альтернативы или дополнительно значение глубины (например, максимальной глубины) третьего рабочего участка меньше или равно 2 мм и/или больше или равно 1 мм. В зависимости от применения, размера кулачков и т. д. глубина может быть разной.

Например, глубина третьего рабочего участка может быть меньше или равна половине глубины первого рабочего участка и/или второго рабочего участка.

В дополнительном варианте осуществления изобретения наклон третьего рабочего участка больше наклона первого рабочего участка и/или наклона второго рабочего участка. В качестве альтернативы или дополнительно протяженность третьего рабочего участка вдоль оси основания для кулачков меньше протяженности первого рабочего участка вдоль оси основания и/или протяженности второго рабочего участка вдоль оси основания. Возможно, чтобы третий рабочий участок обладал меньшими размерами по сравнению с первым и/или вторым рабочими участками.

Меньший размер третьего рабочего участка по сравнению с первым и вторым рабочими участками может способствовать его использованию в качестве аварийного рабочего участка. Меньшие размеры могут быть обеспечены благодаря тому, что перемещение основания для кулачков на третий рабочий участок осуществляется на предварительно заданных малых оборотах двигателя, при которых действуют меньшие силы.

В одном из примеров осуществления изобретения начало части вхождения, в частности, наклонная плоскость вхождения на третьем рабочем участке примыкает к концу выталкивающей части, в частности, выталкивающей наклонной плоскости второго рабочего участка, в частности, по окружности вокруг основания для кулачков (например, с малым расстоянием в диапазоне однозначных величин УПРВ).

В дополнительном примере осуществления изобретения основание для кулачков содержит четвертый рабочий участок, а первый исполнительный элемент выполнен для перемещения основания для кулачков во втором осевом направлении и зацепления с четвертым рабочим участком. В качестве альтернативы или дополнительно зацепление первого исполнительного элемента с четвертым рабочим участком приводит к перемещению основания для кулачков из второго осевого положения основания в первое осевое положение основания.

Описанные здесь признаки, связанные с третьим рабочим участком, целесообразно и в равной мере могут быть реализованы для четвертого рабочего участка.

Основание для кулачков, вал и исполнительное устройство могут целесообразно формировать систему кулачков с регулируемым положением.

Изобретение также относится к транспортному средству, в частности, к транспортному средству хозяйственного назначения (например, грузовому автомобилю или автобусу) с регулируемым клапанным приводом согласно приведенному здесь описанию.

Также существует возможность применения описанного здесь устройства для легковых автомобилей, двигателей большой мощности, транспортных средств повышенной проходимости, стационарных двигателей, судовых двигателей и т. д.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения можно комбинировать друг с другом в любом сочетании. Другие детали и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:

Фиг. 1. Вид в перспективе одного из примеров регулируемого клапанного привода согласно данному раскрытию;

Фиг. 2. Вид сверху или, соответственно, горизонтальная проекция регулируемого клапанного привода; и

Фиг. 3. Детальное изображение сечения основания для кулачков одного из примеров регулируемого клапанного привода.

Изображенные на фигурах варианты осуществления изобретения совпадают по меньшей мере частично, так что аналогичные или идентичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций и в качестве пояснений к ним даются ссылки на описание других вариантов осуществления либо, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.

На фиг. 1 и 2 изображен регулируемый клапанный привод 10. Регулируемый клапанный привод 10 включает вал (распределительный вал) 12, систему 14 кулачков с регулируемым положением, механизм 16 передачи усилия, первый клапан 18 механизма газораспределения и второй клапан 20 механизма газораспределения. Клапанами 18, 20 механизма газораспределения могут быть, например, выпускные или выпускные клапаны одного цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Регулируемый клапанный привод 10 может применяться для адаптации периодов открытия и закрытия первого и второго клапанов 18, 20 механизма газораспределения. Регулируемый клапанный привод 10 размещается на двигателе внутреннего сгорания (не изображен). Двигатель внутреннего сгорания может быть установлен, например, в транспортное средство хозяйственного назначения, например, автобус или грузовой автомобиль. Двигатель внутреннего сгорания может включать один или несколько цилиндров.

Система 14 кулачков с регулируемым положением включает основание 22 для кулачков и исполнительное устройство с первым исполнительным элементом 24 и вторым исполнительным элементом 26.

Основание 22 для кулачков установлено на валу 12 без возможности вращения и с возможностью осевого смещения, например, посредством осевого профилирования наружной окружности вала 12 и внутренней окружности основания 22 (например, путем создания шлицевого или многошпоночного соединения). Существует возможность размещения на одном валу 12 нескольких оснований 22, например, чтобы обеспечить возможность приведения в действие клапанов механизма газораспределения нескольких цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Основание 22 для кулачков содержитчетыре кулачка 28–31, первый рабочий участок (кулиса переключения) 32, второй рабочий участок (кулиса переключения) 34 и третий рабочий участок (см. фиг. 3, на фиг. 1 и 2 не виден). Как подробно описано в другом месте данного раскрытия, третий рабочий участок 36, в частности, выполняет роль аварийного рабочего участка при выходе из строя первого исполнительного элемента 24.

Вместе с валом 12 основание 22 для кулачков образует распределительный вал. Вал 12 с основанием 22 для кулачков – это верхний распределительный вал (англ. overhead camshaft – OHC). Вал 12 с основанием 22 для кулачков может быть частью системы газораспределения с двумя распределительными валами (англ. double overhead camshaft – DOHC) или с одним распределительным валом (англ. single overhead camshaft – SOHC).

Четыре кулачка 28–31 могут иметь разную форму профиля для создания разных кривых газораспределения для клапанов 18, 20. Кроме того, кулачки 28–31 могут быть по меньшей мере частично выполнены в виде кулачков нулевого хода. Разные профили кулачков 28–31 могут использоваться, например, для снижения расхода топлива, управления температурой или для реализации торможения двигателем. В описанном здесь примере осуществления изобретения второй кулачок 29 выполнен в виде тормозного кулачка. Функция торможения двигателя с использованием тормозного кулачка может быть реализована, например, так, что выпускной клапан, приводимый в действие тормозным кулачком, сначала удерживается в закрытом состоянии на такте сжатия и/или на такте выпуска, а затем открывается. Таким образом, достигается (двойная) декомпрессия в выхлопной тракт, что приводит к торможению двигателя внутреннего сгорания. Зажигания рабочей смеси в соответствующем цилиндре не происходит. Дополнительно четвертый кулачок 31 может быть выполнен, например, в виде кулачка нулевого хода.

Четыре кулачка 28–31 расположены со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси основания 22. Первый кулачок 28 примыкает ко второму кулачку 29. Третий кулачок 30 примыкает к четвертому кулачку 31. Первый и второй кулачки 28, 29 предназначены, на выбор, для приведения в действие первого клапана 18 механизма газораспределения. Третий и четвертый кулачки 30, 31 предназначены, на выбор, для приведения в действие второго клапана 20 механизма газораспределения. Кулачки 28, 29 и 30, 31 расположены на противоположных концах основания 22. В других вариантах осуществления изобретения могут быть предусмотрены дополнительные кулачки, меньшее количество кулачков и/или альтернативное расположение кулачков, например, расположение по центру основания.

Исполнительные элементы 24, 26 могут приводиться в действие электрическим (например, с помощью электродвигателя, электромагнита), пневматическим и/или гидравлическим способами. В представленном варианте осуществления изобретения исполнительные элементы приводятся в действие электрическим способом (см. электрические соединения на их верхних концах).

Система 14 кулачков с регулируемым положением может дополнительно включать стопор (не изображен). Стопор может быть выполнен таким образом, чтобы фиксировать на оси основание 22 для кулачков в необходимом осевом положении на валу 12. Для этого стопор может содержать, например, фиксирующий элемент с предварительно заданным усилием. В первом осевом положении основания 22 для кулачков фиксирующий элемент может заходить в первое углубление основания, а во втором осевом положении основания 22 для кулачков – во второе углубление основания 22. Стопор может быть предусмотрен, например, в валу 12.

Механизм 16 передачи усилия содержит первый передающий усилие элемент 40, второй передающий усилие элемент 41, ось 42 рычага и некоторое количество подшипниковых опор 43. Передающие усилие элементы 40, 41 расположены оси 42 рычага с возможностью вращения, что позволяет им вращаться вокруг оси 42 рычага. Ось 42 рычага установлена в подшипниковые опоры 43 или, соответственно, удерживается ими. Вал 12 установлен в подшипниковые опоры 43 с возможностью вращения. Могут быть также предусмотрены, например, отдельные подшипниковые опоры для оси 42 рычага и для вала 12. Исполнительные элементы 24 и 26 установлены на опорное приспособление 46 на оси 42 рычага.

В изображенном варианте осуществления передающие усилие элементы 40, 41 выполнены в виде коромысла, тем самым, ось 42 рычага представляет собой ось коромысла. Тем не менее, также возможно, чтобы передающие усилие элементы 40, 41 были выполнены, например, в виде качающихся рычагов, а ось 42, таким образом, представляла бы собой ось качающегося рычага.

В показанном варианте осуществления первый передающий усилие элемент 40 предназначен для приведения в действие первого клапана 18 механизма газораспределения, а второй передающий усилие элемент 41 - для приведения в действие второго клапана 20 механизма газораспределения. Тем не менее, также возможно, чтобы несколько клапанов механизма газораспределения приводил в действие только один передающий усилие элемент, например, посредством промежуточной установки клапанного моста.

Каждый из передающих усилие элементов 40, 41 содержит один копир 44, 45, например, в форме вращающегося ролика. В зависимости от осевого положения основания 22 копиры 44, 45 повторяют профиль кулачков 28–31.

Далее со ссылкой на фиг. 1–3 представлено описание принципа функционирования исполнительных элементов 24, 26 во взаимодействии с рабочими участками 32, 34 и 36.

Первый рабочий участок 32, второй рабочий участок 34 и третий рабочий участок 36 (виден только на фиг. 3) предусмотрены посередине основания 22 для кулачков. Также возможно, чтобы рабочие участки были расположены за пределами середины, например, на конце основания. Рабочие участки 32, 34 и 36 продолжаются в форме спирали (винта) и имеют вид углублений (пазов или, соответственно, кулис) в основании 22 вокруг продольной оси вала 12.

Для смещения основания 22 для кулачков по оси перемещаемые радиально относительно продольной оси вала 12 штифты (стержни) 24A, 26A (см. фиг. 3) исполнительных элементов 24, 26 могут избирательно входить в зацепление с рабочими участками 32, 34, 36 (следовать по ним). В частности, штифт 24A первого исполнительного элемента 24 может избирательно входить в зацепление с первым рабочим участком 32 для смещения основания 22 для кулачков из первого осевого положения во второе осевое положение. На фиг. 1–3 в качестве примера изображено основание 22 для кулачков во втором осевом положении. Штифт 24A первого исполнительного элемента 24 может входить в зацепление с первым рабочим участком 32 для перемещения во второе осевое положение только, если основание 22 находится в первом осевом положении.

Штифт 26A второго исполнительного элемента 26 может, в свою очередь, избирательно входить в зацепление со вторым рабочим участком 34, если основание 22 находится во втором осевом положении. При этом основание 22 для кулачков перемещается обратно в первое осевое положение (на фиг. 3 - вправо).

В изображенном на фиг. 1–3 втором осевом положении основания 22 для кулачков клапаны 18, 20 механизма газораспределения приводятся в действие первым 28 и третьим 30 кулачками. В частности, первый клапан 18 механизма газораспределения приводится в действие первым кулачком 28, а второй клапан 20 механизма газораспределения приводится в действие третьим кулачком 30.

В первом осевом положении основания 22 для кулачков клапаны 18, 20 механизма газораспределения приводятся в действие вторым 29 и четвертым 31 кулачками. В частности, первый клапан 18 механизма газораспределения приводится в действие вторым кулачком 29, а второй клапан 20 механизма газораспределения приводится в действие четвертым кулачком 31.

Как уже упоминалось, второй кулачок 29 может быть выполнен в качестве тормозного кулачка, а четвертый кулачок 31 — в качестве кулачка нулевого хода. Тем самым, в первом осевом положении основания 22 может быть реализован режим торможения двигателя внутреннего сгорания. Напротив, например, во втором осевом положении основания 22 может быть реализован обычный режим работы двигателя внутреннего сгорания.

Процесс смещения основания 22 для кулачков по оси инициируется посредством неподвижного крепления выдвинутого штифта 24A, 26A соответствующего исполнительного элемента 24, 26 относительно осевого направления вала 12. В результате подвижное основание 22 для кулачков перемещается вдоль вала 12 благодаря спиральной форме рабочих участков 32, 34, когда один из выдвинутых штифтов 24A, 26A входит в зацепление с соответствующим рабочим участком 32, 34. В конце процесса осевого смещения выдвинутый штифт 24A, 26A соответствующего исполнительного элемента 24, 26 направляется в противоположную от соответствующего рабочего участка 32, 34 сторону выхода по извлекающей рампе и, тем самым, задвигается или, соответственно, выталкивается. Штифт 24A, 26A соответствующего исполнительного элемента 24, 26 выходит из зацепления с соответствующим рабочим участком 32, 34.

Пока исполнительные элементы 24 и 26 работоспособны, имеется возможность произвольного переключения между первым и вторым осевыми положениями основания 22. Это позволяет реализовать, например, для первого осевого положения - режим торможения двигателем, а для второго осевого положения - обычный режим работы клапанов 18, 20.

Однако существует вероятность выхода из строя первого исполнительного элемента 24. Результатом такой ситуации будет отсутствие возможности перемещения основания 22 с помощью первого исполнительного элемента 24 из первого осевого положения, отвечающего за режим торможения двигателем, во второе осевое положение основания 22 и, тем самым, в обычный режим работы. Чтобы все же обеспечить возможность осевого перемещения основания 22 для кулачков из первого осевого положения во второе осевое положение, для второго исполнительного элемента 26 предусмотрен третий рабочий участок 36. В частности, при выходе из строя первого исполнительного элемента 24 второй исполнительный элемент 26 позволит произвести переключение в обычный режим работы.

Третий рабочий участок 36 выполнен в качестве аварийного рабочего участка, используемого вторым исполнительным элементом 26 при выходе из строя первого исполнительного элемента 24. Такую ситуацию может обнаруживать, например, блок 38 управления, схематически изображенный на фиг. 2. Блок 38 управления может быть соединен линией связи с первым 24 и вторым 26 исполнительными элементами, а также, например, с одним или несколькими другими компонентами двигателя внутреннего сгорания, в частности, для регулирования частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания. Возможно, чтобы блок 38 управления мог приводить в действие первый 24 и/или второй 26 исполнительные элементы напрямую или опосредованно.

Третий рабочий участок 36 также может продолжаться в форме спирали, по меньшей мере частично. В частности, третий рабочий участок 36 может быть более мелким (менее глубоким) и более коротким (менее длинным) по сравнению с рабочими участками 32, 34. Например, значение длины кривой третьего рабочего участка может находиться в диапазоне от 20° до 90° УПРВ, например, от 30° до 60°УПРВ (угол поворота распределительного вала), а значения длины кривых рабочих участков 32, 34 могут быть больше, например, в диапазоне от 120° до 160°УПРВ или более. Возможно, чтобы значение глубины третьего рабочего участка 36 находилось в диапазоне от 2 до 3 мм, в то время как значение глубины рабочих участков 32, 34 может быть больше, например, от 3 до 6 мм, в частности, ок. 4,5 мм. Дополнительно третий рабочий участок 36 может иметь больший наклон по сравнению с наклоном рабочих участков 32, 34.

Таким образом, третий рабочий участок 36 выполнен для обеспечения возможности переключения с первого осевого положения на второе осевое положение в сравнительно малой области, в частности, по сравнению с рабочими участками 32, 34. При этом необходимо учитывать, что рабочие участки 32, 34 и 36 целесообразно расположены только в области основной окружности кулачков 28–31, так как только здесь может быть реализована возможность переключения между кулачками 28–31. Адаптация геометрической формы третьего рабочего участка 36 в сравнении с рабочими участками 32, 34 возможна благодаря тому, что он используется только в качестве аварийного рабочего участка. Аварийное переключение может осуществляться на сравнительно малых, предварительно заданных оборотах двигателя (и, тем самым, при соответствующей частоте вращения распределительного вала). При этом в процессе перемещения основания 22 для кулачков действуют меньшие силы.

Если блок 38 управления, например, обнаружит, что первый исполнительный элемент 24 вышел из строя и при этом существует необходимость обратного перемещения из первого осевого положения во второе осевое положение, блок 38 управления может снизить обороты двигателя до предварительно заданной величины, например, до оборотов холостого хода, к примеру 600 об/мин. После того как штифт 26A второго исполнительного элемента 26 пересекает или, соответственно, проходит выталкивающую часть (например, выталкивающую наклонную плоскость) 34A второго рабочего участка 34 без срабатывания, блок 38 управления задействует второй исполнительный элемент 26, например, подает электропитание. В этом случае штифт 26A второго исполнительного элемента 26 перемещается в часть вхождения или, соответственно на наклонную плоскость 36E вхождения третьего рабочего участка 36, примыкающего близко, например, в диапазоне однозначных величин УПРВ, к выталкивающей части 34A второго рабочего участка 34 (см. фиг. 3). Благодаря малым оборотам вала 12 имеется достаточно времени для перехода на третий рабочий участок 36.

При этом штифт 26A второго исполнительного элемента 26 приводит к перемещению основания 22 для кулачков из первого осевого положения в направлении второго осевого положения. Здесь штифт 26A посредством взаимодействия с выталкивающей частью 36A третьего рабочего участка 36 уже может быть вытолкнут из третьего рабочего участка 36, прежде чем основание 22 для кулачков фактически достигнет второго осевого положения. После выталкивания штифта 26A основание 22 для кулачков перемещается по, так сказать, заданной инерции во второе осевое положение, в котором оно фиксируется стопором (не изображен). Тем самым, посредством зацепления штифта 26A основание 22 перемещается с ускорением на второй рабочий участок 36 так, что это позволяет занять второе осевое положение по инерции. Вместе с тем, величина ускорения может быть подобрана так, что основание 22 для кулачков не будет ударятся о соответствующий осевой упор второго осевого положения во избежание слишком сильного отскока и, как результат, невозможности фиксации во втором осевом положении.

Возможно, чтобы блок 38 управления предпринимал неоднократные попытки, направленные на фактическое перемещение основания 22 под воздействием штифта 26A на третий рабочий участок 36 во второе осевое положение и целесообразную его фиксацию в этом положении.

После перемещения основания 22 для кулачков путем зацепления с третьим рабочим участком 36 блок 38 управления снова может дать разрешение на повышение оборотов двигателя. В качестве альтернативы или дополнительно блок 38 управления может целесообразно предотвращать повторное перемещение основания 22 для кулачков вторым исполнительным элементом 26 в первое осевое положение.

Например, на основании 22 также может быть предусмотрен четвертый рабочий участок (на фиг. не изображен), с помощью которого первый исполнительный элемент 24, например, при выходе из строя второго исполнительного элемента 26 может переместить основание 22 для кулачков из второго осевого положения в первое осевое положение. Четвертый рабочий участок может быть выполнен и использоваться аналогично третьему рабочему участку 36.

Данное изобретение не ограничивается предпочтительными примерами осуществления, которые были описаны выше. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, в которых также будет использована идея данного изобретения, и поэтому такие варианты будут входить в пределы правовой охраны. В частности, данное изобретение претендует на защиту предмета и признаков из зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от отсылки к соответствующим пунктам формулы. В частности, признаки независимого пункта 1 формулы изобретения могут быть раскрыты независимо друг от друга. Дополнительно признаки зависимых пунктов формулы изобретения раскрываются независимо от всех признаков независимого пункта 1 и, к примеру, независимо от признаков касательно наличия, расположения и/или конфигурации вала, основания для кулачков, механизма передачи усилия, первого исполнительного элемента и/или второго исполнительного элемента из независимого пункта 1.

Список номеров позиций

10 Регулируемый клапанный привод

12 Вал

14 Система кулачков с регулируемым положением

16 Механизм передачи усилия

18 Первый клапан механизма газораспределения

20 Второй клапан механизма газораспределения

22 Основание для кулачков

24 Первый исполнительный элемент

24A Штифт

26 Второй исполнительный элемент

26A Штифт

28 Первый кулачок

29 Второй кулачок

30 Третий кулачок

31 Четвертый кулачок

32 Первый рабочий участок

34 Второй рабочий участок

34A Выталкивающая часть

36 Третий рабочий участок

36A Выталкивающая часть

36E Часть вхождения

38 Блок управления

40 Первый передающий усилие элемент

41 Второй передающий усилие элемент

42 Ось рычага

43 Подшипниковая опора

44 Копир

45 Копир

46 Опорное приспособление

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Регулируемый клапанный привод с системой кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания включает в себя вал, основание для кулачков, установленное на валу без возможности вращения и с возможностью осевого смещения, первый исполнительный элемент (24) и второй исполнительный элемент (26). Основание для кулачков содержит первый кулачок, второй кулачок, первый рабочий участок (32), второй рабочий участок (34) и третий рабочий участок (36). Первый исполнительный элемент (24) выполнен с возможностью перемещения основания для кулачков в первом осевом направлении и зацепления с первым рабочим участком (32). Второй исполнительный элемент (26) выполнен с возможностью перемещения основания для кулачков во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, и зацепления со вторым рабочим участком (34) и с возможностью перемещения основания для кулачков в первом осевом направлении и зацепления с третьим рабочим участком (36). Раскрыто транспортное средство. Технический результат заключается в обеспечении при выходе из строя исполнительного элемента возможности осевого перемещения кулачка с регулируемым положением по заданной для вышедшего из строя исполнительного элемента траектории осевого перемещения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулируемый клапанный привод (10), в частности, с системой (14) кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания, включающий

вал (12);

основание (22) для кулачков, установленное на валу (12) без возможности вращения и с возможностью осевого смещения, содержащее первый кулачок (28), второй кулачок (29), первый рабочий участок (32), второй рабочий участок (34) и третий рабочий участок (36);

первый исполнительный элемент (24), выполненный с возможностью перемещения основания (22) для кулачков в первом осевом направлении и зацепления с первым рабочим участком (32); и

второй исполнительный элемент (26), выполненный с возможностью перемещения основания (22) для кулачков во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, и зацепления со вторым рабочим участком (34) и с возможностью перемещения основания (22) для кулачков в первом осевом направлении и зацепления с третьим рабочим участком (36).

2. Привод (10) по п. 1, в котором

зацепление первого исполнительного элемента (24) с первым рабочим участком (32) приводит к перемещению основания (22) для кулачков из первого осевого положения во второе осевое положение; и

зацепление второго исполнительного элемента (26) с третьим рабочим участком (36) приводит к перемещению основания (22) для кулачков из первого осевого положения во второе осевое положение; и дополнительно

зацепление второго исполнительного элемента со вторым рабочим участком (34) приводит к перемещению основания (22) для кулачков из второго осевого положения в первое осевое положение.

3. Привод (10) по п. 1 или 2, в котором

при зацеплении второго исполнительного элемента (26) с третьим рабочим участком (36) конец выталкивающей части (36A) третьего рабочего участка (36) достигается до того, как основание (22) для кулачков достигнет второго осевого положения; и/или

при зацеплении второго исполнительного элемента (26) с третьим рабочим участком (36) происходит ускорение основания (22) для кулачков, при котором после выталкивания второго исполнительного элемента (26) из третьего рабочего участка (36) основание (22) перемещается еще дальше, в частности, по инерции, до второго осевого положения; и/или

штифт (26A) второго исполнительного элемента (26) выталкивается из третьего рабочего участка (36) до того, как основание (22) для кулачков достигнет второго осевого положения.

4. Привод (10) по п. 2 или 3, в котором

механизм (16) передачи усилия в первом осевом положении основания (22) для кулачков устанавливает кинематическую связь между вторым кулачком (29) и клапаном (18, 20) механизма газораспределения, а второй кулачок (29) выполнен в виде тормозного кулачка; и/или

двигатель внутреннего сгорания работает в режиме торможения двигателем, когда основание (22) для кулачков находится в первом осевом положении.

5. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий

блок управления (38), выполненный с возможностью приведения в действие первого исполнительного элемента (24) и/или второго исполнительного элемента (26).

6. Привод (10) по п. 5, в котором

блок управления (38) выполнен с возможностью введения в зацепление второго исполнительного элемента (26) с третьим рабочим участком (36) при выходе из строя первого исполнительного элемента (24) и/или при отсутствии возможности осевого смещения с использованием первого исполнительного элемента (24).

7. Привод (10) по п. 5 или 6, в котором

блок управления (38) выполнен с возможностью снижения оборотов двигателя внутреннего сгорания до предварительно заданного предельного значения и/или сохранения таких оборотов до того, как второй исполнительный элемент (26) введен в зацепление с третьим рабочим участком (36) и/или в процессе такого введения в зацепление; и/или

блок управления (38) выполнен с возможностью снижения оборотов двигателя внутреннего сгорания до оборотов холостого хода и/или сохранения таких оборотов до того, как второй исполнительный элемент (26) введен в зацепление с третьим рабочим участком (36) и/или в процессе такого введения в зацепление.

8. Привод (10) по любому из пп. 5-7, в котором

блок управления (38) выполнен с возможностью многократного введения в зацепление второго исполнительного элемента (26) с третьим рабочим участком (36) до тех пор, пока основание (22) для кулачков не перемещено во второе осевое положение.

9. Привод (10) по любому из пп. 5-8, в котором

блок управления (38) выполнен с возможностью блокировки осевого перемещения основания (22) для кулачков посредством введения второго исполнительного элемента (26) в зацепление со вторым рабочим участком (34) при выходе из строя первого исполнительного элемента (24).

10. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, в котором

длина, в частности, длина кривой третьего рабочего участка (36) меньше длины, в частности, длины кривой первого рабочего участка (32) и/или длины, в частности, длины кривой второго рабочего участка (34); и/или

значение длины, в частности, длины кривой третьего рабочего участка (36) меньше или равно 90° угла поворота распределительного вала и/или больше или равно 20° угла поворота распределительного вала.

11. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, в котором

глубина третьего рабочего участка (36) меньше глубины первого рабочего участка (32) и/или глубины второго рабочего участка (34); и/или

значение глубины третьего рабочего участка (36) меньше или равно 2 мм и/или больше или равно 1 мм.

12. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, в котором

наклон третьего рабочего участка (36) больше наклона первого рабочего участка (32) и/или наклона второго рабочего участка (34); и/или

протяженность третьего рабочего участка (36) вдоль оси основания (22) для кулачков меньше протяженности первого рабочего участка (32) вдоль оси основания (22) и/или протяженности второго рабочего участка (34) вдоль оси основания (22); и/или

третий рабочий участок (36) имеет меньшие размеры в сравнении с первым рабочим участком (32) и/или вторым рабочим участком (34).

13. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, в котором

начало части (36E) вхождения, в частности, наклонная плоскость вхождения на третьем рабочем участке (36) примыкает к концу выталкивающей части (34A), в частности, выталкивающей наклонной плоскости второго рабочего участка (34), в частности, по окружности вокруг основания (22) для кулачков.

14. Привод (10) по любому из предыдущих пунктов, в котором

основание (22) для кулачков содержит четвертый рабочий участок; и

первый исполнительный элемент (24) выполнен с возможностью перемещения основания (22) для кулачков во втором осевом направлении и зацепления с четвертым рабочим участком; и/или

зацепление первого исполнительного элемента (24) с четвертым рабочим участком приводит к перемещению основания (22) для кулачков из второго осевого положения основания (22) в первое осевое положение основания (22).

15. Транспортное средство, в частности транспортное средство хозяйственного назначения, с регулируемым клапанным приводом (10) по любому из предыдущих пунктов.