Настоящее изобретение относится к переключаемому приводному устройству для подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания. В частности, изобретение относится к переключаемому приводному устройству для газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания, который может периодически перемещаться между закрытым положением и открытым положением под действием кулачка распределительного вала. Кроме того, изобретение относится также к двигателю внутреннего сгорания, а также транспортному средству с таким приводным устройством.
В ситуациях, когда не требуется полного приводного момента двигателя внутреннего сгорания, расход топлива двигателем внутреннего сгорания можно уменьшить посредством деактивации впрыска отдельных цилиндров. Если при этом одновременно деактивируют также газообмен в соответствующих цилиндрах, то можно в еще большей мере сократить расход топлива, поскольку в этом случае отпадает необходимость в работе газообмена. Одновременно за счет деактивации газообмена уменьшают остывание системы нейтрализации отработавших газов, в частности, в режиме низкой нагрузки.
Для обеспечения возможности такой целенаправленной деактивации газообмена отдельных цилиндров в уровне техники известны различные системы с комбинациями клапанных рычагов и балансиров. Однако недостаток известных систем часто заключается в том, что возникают большие нагрузки на подшипники или отдельные конструктивные элементы, и/или в том, что для деактивации или активации необходимо привести в движение многие или крупные конструктивные элементы.
Задачей изобретения является предложение улучшенного по сравнению с уровнем техники решения для целенаправленной деактивации газообмена отдельных цилиндров двигателя внутреннего сгорания. В частности, в основу изобретения положена задача предоставления переключаемого (отключаемого) приводного устройства для подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания, которую можно реализовать при немногих нагруженных, то есть, в частности, не нагруженных моментами конструктивных элементах.
В соответствии с изобретением эту задачу решают посредством переключаемого приводного устройства, двигателя внутреннего сгорания, а также транспортного средства с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются в последующем описании более подробно со ссылками на фигуры.
Соответствующее изобретению приводное устройство для подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания содержит состоящий из двух частей клапанный рычаг для приведения в действие подъемного клапана. Он содержит поворотную, установленную вокруг оси клапанного рычага первую часть клапанного рычага, на которой концентрически к оси клапанного рычага установлена опорная втулка, предпочтительно, имеющая форму полого цилиндра. Далее, состоящий из двух частей клапанный рычаг содержит установленную на опорной втулке с возможностью поворота вторую часть клапанного рычага. Другими словами, связанная с первой частью клапанного рычага опорная втулка может служить, таким образом, в качестве подшипника качения для второй части клапанного рычага. Кроме того, как первая, так и вторая части клапанного рычага содержат, соответственно, выемку, предпочтительно в форме паза, простирающегося параллельно оси клапанного рычага. При этом в целях лучшего различия обеих выемок выемку первой части клапанного рычага называют далее «первой выемкой», а выемку второй части клапанного рычага - «второй выемкой».
Дополнительно к состоящему из двух частей клапанному рычагу, переключаемое приводное устройство содержит, далее, соединительное устройство для разъемного и без возможности поворота соединения первой и второй частей клапанного рычага. Для этого соединительное устройство содержит стопорный элемент, например, в форме клиновой шпонки, который выборочно входит в зацепление и выходит из зацепления с первой и второй выемками. В случае зацепления между стопорным элементом и первой или второй выемкой речь идет предпочтительно о зацеплении «паз-пружина» и/или о зацеплении с геометрическим и/или силовым замыканием. При этом приведение в действие подъемного клапана, предпочтительно смена закрытого положения подъемного клапана на открытое положение, прерывается, если стопорный элемент не находится в зацеплении с первой или второй выемкой. Другими словами, состоящий из двух частей клапанный рычаг может присутствовать, с одной стороны, в соединенном состоянии, в котором обе части клапанного рычага соединены без возможности поворота и действуют как отдельный двухсторонний общий клапанный рычаг для обеспечения газообмена на подъемном клапане. С другой стороны, состоящий из двух частей клапанный рычаг может присутствовать в рассоединенном состоянии, в котором обе части клапанного рычага могут поворачиваться независимо относительно друг друга и действуют как два отдельных односторонних рычага, чтобы прервать газообмен на подъемном клапане. Смена соединенного состояния на рассоединенное и наоборот происходит за счет движения стопорного элемента.
В целом за счет этого образуется переключаемое (отключаемое) приводное устройство для подъемного клапана, при котором за счет вида соединения, а также соответствующего изобретению крепления обеих частей клапанного рычага, достигают менее нагруженного и, таким образом, менее подверженного износу направления клапанного рычага, при котором можно большей частью по возможности предотвратить возникновение моментов на подшипниках и конструктивных элементах.
В случае подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания речь идет предпочтительно о газораспределительном клапане, который может под действием кулачка распределительного вала косвенно периодически двигаться между закрытым и открытым положениями. При этом, например, первая часть клапанного рычага может быть активно соединена через ролик, установленный с возможностью вращения на первой части клапанного рычага, с кулачком распределительного вала, а вторая часть клапанного рычага может быть технически подвижно соединена с подъемным клапаном или газораспределительным клапаном. Это согласование первой и второй части клапанного рычага с кулачком или клапаном может быть также реализовано противоположным образом. Иначе говоря, в случае первой части клапанного рычага, установленной с возможностью поворота вокруг оси клапанного рычага, речь может идти как о кулачковом рычаге, так и о рычаге клапана, при этом в этом случае, соответственно, установленная с возможностью поворота на опорной втулке вторая часть клапанного рычага должна быть соответствующим образом выполнена в качестве рычага другой формы (рычаг клапана или кулачковый рычаг).
В соответствии с первым аспектом изобретения опорная втулка может быть интегрально образована на первой части клапанного рычага. Другими словами, опорная втулка и первая часть клапанного рычага выполнены монолитно. За счет этого можно предпочтительным образом облегчить изготовление и монтаж. Дополнительно или альтернативно опорная втулка может также концентрично окружать ось клапанного рычага. Или, выражаясь иначе, опорная втулка может полностью окружать по периметру ось клапанного рычага. При этом особо предпочтительно выполнение опорной втулки в форме полого цилиндра, внутренний радиус которого главным образом соответствует наружному радиусу оси клапанного рычага. За счет этого можно предпочтительным образом добиться большой поверхности прилегания между опорной втулкой и осью клапанного рычага, что повышает стабильность крепления. Кроме того, для уменьшения трения между установленной с возможностью поворота вокруг оси клапанного рычага первой частью клапанного рычага и осью клапанного рычага, первая часть клапанного рычага и опорная втулка могут быть также расположены на общем вкладыше подшипника качения вокруг оси клапанного рычага. Дополнительно или альтернативно опорная втулка может содержать также паз, предпочтительно проходящий по периметру, то есть перпендикулярно оси клапанного рычага. В этом случае в него может быть вставлено пружинное стопорное кольцо для осевой фиксации положения второй части клапанного рычага. За счет этого предпочтительным образом прерывают осевое движение второй части клапанного рычага и за счет этого достигают более стабильного направления клапанного рычага. При этом для уменьшения трения предпочтительно между пружинным стопорным кольцом и второй частью клапанного рычага дополнительно расположить также регулировочную шайбу, окружающую опорную втулку.
В соответствии со следующим аспектом изобретения стопорный элемент за счет движения перпендикулярно оси клапанного рычага, предпочтительно за счет главным образом радиального движения, может быть выборочно переведен в положение Se деблокирования или в положение Sa стопорения. Для этого с тем, чтобы перевести стопорный элемент выборочно в положение Se деблокирования или положение Sa стопорения, соединительное устройство может быть выполнено с возможностью перемещения стопорного элемента перпендикулярно оси клапанного рычага для разъемного соединения первой и второй частей клапанного рычага без возможности поворота. При этом в положении Se деблокирования стопорный элемент не должен находиться в зацеплении с первой и второй выемками. Выражение «находиться в зацеплении» при этом может означать в общем вхождение конструктивных элементов друг в друга и/или нахождение стопорного элемента в первой и второй выемке. Предпочтительно, если стопорный элемент «находится в зацеплении» с первой и второй выемками, возникает соединение с силовым и/или геометрическим замыканием между стопорным элементом и первой выемкой, а также стопорным элементом и второй выемкой. Особо предпочтительно, чтобы при этом стопорный элемент был соединен с первой и второй выемкой с силовым замыканием в радиальном направлении и осевом направлении и с геометрическим замыканием в окружном направлении. При этом такие указания направления (радиальное, осевое, по периметру) следует понимать во всем документе применительно к оси клапанного рычага. Так, например, выражение «в окружном направлении» может являться сокращенной формой выражения «в окружном направлении к оси клапанного рычага» или «в окружном направлении относительно оси клапанного рычага». В результате того, что стопорение или деблокирование стопорения происходит за счет движения стопорного элемента перпендикулярно оси клапанного рычага, можно предпочтительным образом избежать нагрузок на подшипники и конструктивные элементы, поскольку при этом к подшипникам и конструктивным элементам хотя и приложены силы, но отсутствуют моменты.
В соответствии со следующим аспектом изобретения первая и вторая выемки могут быть выполнены соответственно в виде проходящего параллельно оси клапанного рычага паза с сужающимся в направлении оси клапанного рычага поперечным сечением, например, в форме трапециевидного паза. При этом выражение «поперечное сечение паза» должно обозначать сечение через первую или вторую выемку перпендикулярно оси клапанного рычага. Другими словами, лежащая относительно оси клапанного рычага по периметру радиально снаружи протяженность паза может быть больше протяженности паза, лежащей по периметру радиально глубже. Кроме того, стопорный элемент может быть выполнен в форме клина и/или широкого конца клина и/или, по меньшей мере частично, дополняющим форму для первой и/или второй выемки. При этом поверхности прилегания межу стопорным элементом и первой и второй выемкой проходят параллельно оси клапанного рычага. За счет этого можно добиться в окружном направлении соединения с геометрическим замыканием между стопорным элементом и первой и/или второй выемкой, в результате чего обеспечивают возможность стабильного стопорения обеих частей клапанного рычага. Кроме того, за счет этого можно облегчить введение или вкладывание стопорного элемента в первую и вторую выемку.
Для дальнейшего улучшения стопорения в этой взаимосвязи в соответствии с усовершенствованием этого аспекта каждое из поперечных сечений паза может быть выполнено, кроме того, таким образом, что при зацеплении стопорного элемента с первой и второй выемкой происходит самотормозящаяся затяжка стопорного элемента в окружном направлении. Другими словами, посадка стопорного элемента в первой и второй выемке может быть выполнена таким образом, что предотвращается непреднамеренное самостоятельное разъединение соединения между стопорным элементом и первой и второй выемкой против движений в окружном направлении. При этом конкретное исполнение поперечного сечения паза, при котором возникает такая самотормозящаяся затяжка стопорного элемента, может быть определено специалистом посредством несложных последовательностей тестов с различными поперечными сечениями паза. За счет самоторможения можно в целом предпочтительным образом повысить эксплуатационную надежность приводного устройства.
В соответствии со следующим аспектом изобретения каждое из поперечных сечений паза к оси клапанного рычага, то есть в направлении оси клапанного рычага, может быть ограничено основанием паза и сбоку двумя боковыми поверхностями. При этом угол α наклона боковых поверхностей паза меньше угла αh самоторможения пары материалов «первая часть клапанного рычага - стопорный элемент» и/или меньше угла αh самоторможения пары материалов «вторая часть клапанного рычага - стопорный элемент». При этом угол α наклона должен обозначать угловое отклонение боковых поверхностей паза от идеального прямоугольного сечения (ср. также фиг. 5). Кроме того, обе боковых поверхности паза могут образовывать также один и тот же или различные углы α наклона. Далее, зависимое от пары материалов определение угла αh самоторможения можно осуществить посредством арктангенса коэффициента μ трения покоя между обоими конструктивными элементами (αh < 2-арктангенс (μ)) или, однако, экспериментальным путем. В предпочтительном здесь случае пары материалов в виде смазанных маслом железных поверхностей, угол наклона боковых поверхностей паза должен быть, таким образом, меньше 11.4°. Предпочтительным образом за счет этого можно добиться легко реализуемой фиксации стопорного элемента в окружном направлении.
В соответствии со следующим аспектом изобретения стопорный элемент может иметь большую протяженность вдоль оси клапанного рычага. Другими словами, стопорный элемент может иметь, таким образом, в осевом направлении длину большую, нежели в радиальном или окружном направлениях. Для образования по возможности большой площади соприкосновения между стопорным элементом и первой и второй выемкой стопорный элемент может иметь - особо предпочтительно - в осевом направлении ту же длину, что и первая и вторая выемки. Дополнительно или альтернативно стопорный элемент может также простираться предпочтительно главным образом параллельно оси клапанного рычага. Например, стопорный элемент может быть выполнен для этого в форме стержня и/или балки. При помощи этих признаков предпочтительным образом достигают стабильного, без возможности поворота соединения обеих частей клапанного рычага. Дополнительно или альтернативно стопорный элемент может перемещаться относительно оси клапанного рычага лишь вертикально. То есть, выражаясь иначе, стопорный элемент для того, чтобы выборочно переводить его в зацепление и выводить из зацепления с первой и второй выемками, может быть подвижным исключительно в радиальном направлении. За счет этого предпочтительным образом достигают надежного и несложного соединения или разъединения обеих частей клапанного рычага.
В соответствии со следующим аспектом изобретения соединительное устройство может содержать, кроме того, опорный кронштейн для осевой фиксации стопорного элемента. При этом опорный кронштейн может содержать две расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении опоры, на которых стопорный элемент может быть, установлен с возможностью поворота посредством двух установленных на стопорном элементе цапф. Для этого опоры содержат предпочтительно втулки, особо предпочтительно втулки с продольными отверстиями для крепления цапф. За счет этого можно добиться надежного крепления стопорного элемента.
Для того, чтобы при этом облегчить введение стопорного элемента в первую и вторую выемки, в соответствии со следующим аспектом изобретения цапфы стопорного элемента могут быть соответственно направлены в проходящем в окружном направлении продольном отверстии опор опорного кронштейна. Другими словами, опоры могут содержать соответственно втулки с простирающимися в окружном направлении продольными отверстиями, в которых подвижно установлены цапфы стопорного элемента. Тем самым, наряду с движением поворота стопорного элемента вокруг цапф дополнительно возможно также движение стопорного элемента в окружном направлении, за счет чего можно избежать заклинивания обеих частей клапанного рычага при стопорении.
В соответствии со следующим аспектом изобретения опорный кронштейн может содержать, кроме того, также установленный с возможностью вращения в осевом направлении направляющий ролик, который для радиальной фиксации стопорного элемента в радиальном направлении может опираться о стопорный элемент. При этом установленный с возможностью вращения направляющий ролик может катиться по наружной поверхности стопорного элемента. За счет этого предпочтительным образом в любой момент времени или в любом состоянии поворота в застопоренном состоянии можно добиться оптимальной радиальной передачи силы для фиксации стопорного элемента.
Для самостоятельного удерживания опорного кронштейна соединительное устройство может в соответствии со следующим аспектом изобретения содержать также, по меньшей мере, один, расположенный на оси клапанного рычага направляющий штифт, на котором опорный кронштейн установлен с возможностью радиального перемещения относительно оси клапанного рычага. Дополнительно или альтернативно соединительное устройство может содержать также, по меньшей мере, одну расположенную на оси клапанного рычага направляющую, на которой опорный кронштейн установлен с возможностью перемещения радиально к оси клапанного рычага. Оба варианта обеспечивают возможность несложно реализуемого, предпочтительным образом радиального направления опорного кронштейна, чтобы за счет этого добиться надежной смены положений Se деблокирования и Sa стопорения. Вместо расположения или крепления нескольких направляющих штифтов и/или направляющих на оси клапанного рычага они могут быть установлены также в других местах. Так, соединительное устройство может содержать дополнительно или альтернативно также, по меньшей мере, один направляющий штифт, расположенный на головке цилиндра или на выступе и/или консоли головки цилиндра, на котором опорный кронштейн установлен радиально относительно оси клапанного рычага с возможностью перемещения. Дополнительно или альтернативно направляющий штифт может быть выполнен при этом также в форме направляющей.
Для достижения достаточной радиальной фиксации стопорного элемента в соответствии со следующим аспектом изобретения соединительное устройство может содержать, кроме того, зажимное устройство, посредством которого опорный кронштейн можно зажимать в радиальном направлении относительно первой и второй выемок. Для этого зажимное устройство может содержать, например, один или несколько пружинных элементов (например, винтовых пружин). При этом зажимное устройство может быть также выполнено, кроме того, для более сильного зажимания опорного кронштейна и, таким образом, стопорного элемента относительно оси клапанного рычага и, тем самым, относительно первой и второй выемки, если стопорный элемент не вложен в первую или вторую выемку или не находится в зацеплении с ними, так, как будто бы стопорный элемент вложен в первую или вторую выемку или находится в зацеплении с ними. Другими словами, зажимное устройство может быть выполнено для согласования силы зажимания с опорным кронштейном и/или стопорным элементом в зависимости от их/его расстояния от оси клапанного рычага. За счет этого предпочтительным образом достигают надежной радиальной фиксации стопорного элемента.
Для того, чтобы обеспечить при этом возможность быстрой и несложной смены между застопоренным и деблокированным состояниями состоящего из двух частей клапанного рычага, в соответствии со следующим аспектом изобретения приводное устройство может содержать механизм переключения, посредством которого можно приводить в действие стопорный элемент, чтобы выборочно входить в зацепление и выходить из зацепления с первой и второй выемками. Другими словами, механизм переключения может быть выполнен для перевода стопорного элемента в состояние зацепления с первой и второй выемками для соединения без возможности поворота первой и второй частей клапанного рычага и для вывода стопорного элемента из зацепления с первой и второй выемками для разъединения соединения без возможности поворота первой и второй частей клапанного рычага. При этом этот механизм переключения может представлять собой электромагнитное и/или пневматическое и/или гидравлическое механизм переключения. Например, механизм переключения может содержать установленный на опорном кронштейне материал постоянного магнита, при этом для переключения стопорного элемента материал постоянного магнита магнитно взаимодействует с электромагнитами. Дополнительно или альтернативно механизм переключения может содержать также установленное на опорном кронштейне устройство с поршнем и цилиндром, при этом для переключения стопорного элемента цилиндр нагружают гидравлической средой. Механизм переключения выполнен при этом предпочтительно таким образом, что стопорный элемент в деактивированном состоянии механизма переключения находится в зацеплении с первой и второй выемками, а в активированном состоянии механизма переключения выведен из состояния зацепления с первой и второй выемками. За счет этого можно предпочтительным образом улучшить отказобезопасность, так как в случае ошибки механизма переключения сохраняется возможность эксплуатации подъемного клапана (Fail-Safe = отказобезопасность).
В соответствии со следующим аспектом изобретения, кроме того, предложен двигатель внутреннего сгорания, в частности, дизельный двигатель внутреннего сгорания. При этом двигатель внутреннего сгорания содержит подъемный клапан с переключаемым приводным устройством аналогично описанному в настоящем документе. Далее, двигатель внутреннего сгорания может содержать также несколько, то есть по меньшей мере два подъемных клапана соответственно с переключаемым приводным устройством. Тем самым, предпочтительным образом в целом представлен двигатель внутреннего сгорания, в случае которого - предпочтительно в режиме низкой нагрузки - можно целенаправленно деактивировать газообмен отдельных подъемным клапанов.
Далее, изобретение относится также к транспортному средству, содержащему названный выше двигатель внутреннего сгорания, то есть двигатель внутреннего сгорания, содержащий подъемный клапан с переключаемым приводным устройством в соответствии с описанным в этом документе. При этом в случае транспортного средства речь идет о грузовом транспортном средстве. Говоря иначе, в случае транспортного средства речь может идти о транспортном средстве, которое по своей конструкции и оснащению выполнено для транспортировки людей, транспортировки грузов или прицепов. Например, в случае транспортного средства речь может идти о грузовом автомобиле, автобусе или седельном тягаче. В этой взаимосвязи специалисту, разумеется, сразу становится очевидным, что соответствующий изобретению двигатель внутреннего сгорания можно использовать также в транспортных средствах других типов, поэтому также существует притязание на защиту для других типов транспортных средств, которые содержат такой двигатель внутреннего сгорания с переключаемым приводным устройством для подъемного клапана. Таким образом, в соответствии с изобретением предложено, в частности, также рельсовое транспортное средство, предпочтительно самодвижущаяся единица подвижного состава, воздушное судно, предпочтительно самолет, а также судно. При этом раскрытые во взаимосвязи с транспортным средством признаки должны быть, следовательно, соответственно раскрыты также для рельсового транспортного средства и воздушного судна с возможностью притязания, таким образом, в частности, также независимо от транспортного средства.
Описанные ранее аспекты и признаки изобретения можно при этом комбинировать между собой любым образом. Дальнейшие подробности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылкой на приложенные чертежи. Фигуры показывают:
Фиг. 1 показывает схематическое изображение переключаемого приводного устройства для подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 2 показывает схематическую схему в разобранном состоянии состоящего из двух частей клапанного рычага переключаемого приводного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 3 показывает схематическую схему в разобранном состоянии соединительного устройства переключаемого приводного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 4 показывает схематический вид сбоку на переключаемое приводное устройство в соответствии с фиг. 1 в положении Sa стопорения и положении Se деблокирования;
Фиг. 5 показывает увеличенный детальный вид из фиг. 4 для пояснения угла наклона боковых поверхностей паза; и
Фиг. 6 показывает транспортное средство, содержащее двигатель внутреннего сгорания с переключаемым приводным устройством в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Одинаковые или функционально эквивалентные элементы обозначены при этом на всех фигурах одинаковыми ссылочными обозначениями и частично не описаны по отдельности.
Фиг. 1 показывает схематическое изображение переключаемого приводного устройства 100 для подъемного клапана двигателя 20 внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления изобретения. При этом приводное устройство 100 содержит состоящий из двух частей клапанный рычаг 10 для приведения в действие подъемного клапана, не изображенного более подробно. Для этого состоящий из двух частей клапанный рычаг 10 содержит установленную с возможностью поворота вокруг оси 2 клапанного рычага, то есть способную поворачиваться в определенном угловом диапазоне вокруг оси 2 клапанного рычага, первую часть 1а клапанного рычага. На этой первой части 1а клапанного рычага концентрично по отношению к оси 2 клапанного рычага установлена имеющая предпочтительно форму полого цилиндра опорная втулка 1а1, на которой, в свою очередь, с возможностью поворота установлена вторая часть 1b клапанного рычага. В изображенном на фиг. 1 смонтированном состоянии опорная втулка, конечно, не видна (см. в этой связи фиг. 2), так что здесь обе части 1а и 1b клапанного рычага видны установленными рядом друг с другом на оси 2 клапанного рычага. Используемый в этой взаимосвязи признак, в соответствии с которым опорная втулка 1а1 установлена «концентрично» по отношению к оси 2 клапанного рычага, должен означать при этом, что опорная втулка 1а1 и ось 2 клапанного рычага расположены вокруг общей центральной оси (штриховая линия на фиг. 1) таким образом, что первая часть 1а клапанного рычага и установленная на опорной втулке 1а1 вторая часть 1b клапанного рычага могут поворачиваться вокруг этой общей центральной оси. Иными словами, выражение «концентрично» может означать в этой взаимосвязи также «коаксиально». Понятие «концентрично» при этом не означает, что опорная втулка 1а1 по необходимости полностью окружает ось 2 клапанного рычага, что, впрочем, возможно.
При этом первая часть 1а клапанного рычага может - как показано - через установленный с возможностью вращения на первой части 1а клапанного рычага ролик 1а3 находиться в активном соединении с кулачком 11 распределительного вала 12. То есть, иначе говоря, за счет периодического движения кулачка 11 при вращении распределительного вала 12 первая часть 1а клапанного рычага может быть приведена в движение, в частности, движение поворота вокруг оси 2 клапанного рычага. Это движение первой части 1а клапанного рычага можно затем посредством соединительного устройства 4, подробнее описанного далее, выборочно либо перенести, либо не перенести на вторую часть 1b клапанного рычага. Для этого соединительное устройство 4 выполнено для выборочного соединения между собой без возможности поворота обеих частей 1a, 1b. Другими словами, первую и вторую части 1а и 1b можно соединить в отношении техники движения посредством соединительного устройства 4. При этом вторая часть 1b клапанного рычага может находиться в активном соединении с подъемным клапаном, предпочтительно с газораспределительным клапаном, так что в соединенном состоянии обеих частей 1а, 1b клапанного рычага подъемный клапан может под действием кулачка 11 распределительного вала 12 периодически двигаться между открытым положением и закрытым положением. Названная привязка первой или второй частей 1а, 1b к кулачку 11 или клапану может быть реализована, однако, также противоположным образом.
Кроме того, из фиг. 1 видно, что ось 2 клапанного рычага в данном случае выполнена не в форме сквозного цилиндра, а содержит уплощенные области 2а, которые служат для крепления соединительного устройства 4 для осуществляемого без возможности поворота соединения первой и второй частей 1а, 1b клапанного рычага. При этом соединительное устройство 4 выполнено в виде направляемого на двух направляющих штифтах 4d1, 4d2 опорного кронштейна 4b, который посредством зажимного устройства 4е - в форме двух спиральных пружин 4е1, 4е2 - натянут против первой и второй частей 1а, 1b клапанного рычага. В случае этого варианта осуществления, соединительное устройство 4 расположено при этом в направлении силы тяжести выше оси 2 клапанного рычага. Однако альтернативно возможны также другие позиции соединительного устройства 4 относительно оси 2 клапанного рычага. Подробное исполнение опорного кронштейна 4b, а также принцип действия соответствующего изобретению соединительного механизма, описаны при этом более подробно во взаимосвязи со следующими фигурами.
Фиг. 2 схематически показывает изображение в разобранном состоянии состоящего из двух частей клапанного рычага 10 переключаемого приводного устройства 100 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как упоминалось выше, состоящий из двух частей клапанный рычаг 10 содержит при этом первую часть 1 клапанного рычага и вторую часть 1b клапанного рычага. Обе части 1а и 1b клапанного рычага могут быть при этом выполнены в форме одностороннего рычага, то есть может быть соответственно выполнена одна концевая область для поворотного крепления рычага и соответственно - другая концевая область для передачи силы. Как показано на фиг. 2, на первой части 1а клапанного рычага установлена имеющая в данном случае форму полого цилиндра опорная втулка 1а1. Если при этом опорная втулка 1а1 и первая часть 1а клапанного рычага выполнены состоящими из нескольких частей, то крепление, то есть предпочтительно длительное соединение друг с другом без возможности поворота, может быть осуществлено, например, посредством сварки, пайки и/или запрессовки. Альтернативно опорная втулка 1а1 и первая часть 1а клапанного рычага могут быть выполнены также монолитными, например, при интегральном образовании опорной втулки 1а1 на первой части 1а клапанного рычага.
На имеющей форму полого цилиндра опорной втулке 1а1 установлена с возможностью поворота вторая часть 1b клапанного рычага. Другими словами, установленная на первой части 1а клапанного рычага опорная втулка 1а1 может служить, таким образом, в качестве подшипника качения для второй части 1b клапанного рычага. Для того, чтобы при этом зафиксировать осевую позицию второй части 1b клапанного рычага на опорной втулке 1а1, опорная втулка 1а1 может содержать проходящий по периметру, то есть перпендикулярно оси 2 клапанного рычага, паз 1а2. В него для осевой фиксации положения второй части 1b клапанного рычага может быть вставлено стопорное кольцо 5, при этом для уменьшения трения в осевом направлении между второй частью 1b и стопорным кольцом 5 может быть дополнительно расположена регулировочная шайба 6. Для дальнейшего уменьшения трения состоящий из двух частей клапанный рычаг 10 может содержать, кроме того, имеющий предпочтительно форму полого цилиндра вкладыш 7 подшипника скольжения, посредством которого первая часть 1а клапанного рычага и/или опорная втулка 1а1 установлена/установлены на оси 2 клапанного рычага. При этом вкладыш 7 подшипника скольжения выполнен предпочтительно концентрично окружающим ось 2 клапанного рычага или полностью охватывающим его по периметру. Вместо использования (опционального) вкладыша 7 подшипника скольжения, первая часть 1а клапанного рычага и/или опорная втулка 1а1 могут быть также установлены непосредственно на вале 2 клапанного рычага, при этом в этом случае дополнительно наносят облегчающий скольжение слой, например, MoS2.
Для разъемного соединения без возможности поворота первой и второй частей 1а и 1b клапанного рычага первая часть 1а клапанного рычага содержит первую выемку 3а, а вторая часть 1b клапанного рычага содержит вторую выемку 3b. Они выполнены в данном случае в форме простирающегося параллельно оси 2 клапанного рычага паза с трапециевидным поперечным сечением. При этом обе выемки 3а и 3b расположены таким образом и имеют такой размер, что они могут дополнять друг друга в целом до общего паза, в который для стопорения или соединения обеих частей 1а и 1b клапанного рычага может входить в зацепление или быть вставлен стопорный элемент 4а, подробнее описанный ниже и дополняющий форму. Если при этом стопорный элемент 4а находится в состоянии зацепления с первой и второй выемками 3а, 3b (= положение Sa стопорения), то обе части 1а и 1b клапанного рычага соединены без возможности поворота перемыкающим обе выемки 3а, 3b стопорным элементом 4а, в результате чего обеспечена возможность передачи движения между распределительным валом 12 и подъемным клапаном. Если, напротив, стопорный элемент 4а не находится в состоянии зацепления с первой и второй выемками 3а, 3b (= позиция Se деблокирования), то обе части 1а и 1b клапанного рычага не соединены с точки зрения техники движения, то есть могут поворачиваться независимо друг от друга, так что в этом случае передача движения между распределительным валом 12 и подъемным клапаном невозможна. При этом в данном случае зацепление стопорного элемента 4а с первой и второй выемками 3а, 3b происходит «сверху». Альтернативно при помощи соответствующего размещения первой и второй выемок 3а, 3b и соединительного устройства может быть реализовано, однако, также зацепление «снизу» или в любом радиальном направлении.
Фиг. 3 показывает схематическое изображение в разобранном состоянии соединительного устройства 4 переключаемого приводного устройства 100, включая выполненный в данном случае в виде закладного сухаря стопорный элемент 4а в соответствии с вариантом осуществления изобретения. При этом стопорный элемент 4а, обладающий большей протяженностью вдоль оси 2 клапанного рычага, выполнен с дополняющей формой относительно первой и второй выемок 3а, 3b (ср. фиг. 2). За счет этого стопорный элемент 4а может предельно оптимально взаимодействовать с первой и второй выемками 3а, 3b в форме зацепления «паз-пружина» для разъемного соединения без возможности поворота обеих частей 1а и 1b клапанного рычага.
Для крепления направляющей стопорного элемента 4а и, в частности, особо надежной смены положений Sa стопорения и Se деблокирования на стопорном элементе 4а установлены две цапфы 4а1, 4а2, посредством которых стопорный элемент 4а установлен с возможностью поворота в опорном кронштейне 4b. При этом опорный кронштейн 4b выполнен в форме портала и содержит две расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении опоры 4b1, 4b2, которые содержат в себе соответственно протирающиеся в окружном направлении продольные отверстия 4b3 (изображено лишь одно), которые посредством цапф 4а1, 4b1 направляют стопорный элемент 4а. Эта направляющая в виде продольного отверстия при этом обеспечивает возможность ограниченного движения стопорного элемента 4а в окружном направлении, в результате чего облегчается введение стопорного элемента 4а в первую и вторую выемки 3а, 3b и, таким образом, смена положений Sa стопорения и Se деблокирования. Для того, чтобы дополнительно зафиксировать стопорный элемент 4а в радиальном направлении, опорный кронштейн 4b содержит, кроме того, установленный в осевом направлении с возможностью вращения направляющий ролик 4с, который опирается о стопорный элемент 4а. При этом установленный с возможностью вращения направляющий ролик 4с может предпочтительно катиться по наружной поверхности стопорного элемента 4а, в результате чего в любой момент времени или в любом состоянии поворота предпочтительным образом может быть достигнута оптимальная радиальная передача силы для фиксации стопорного элемента 4а.
Кроме того, эта форма исполнения опорного кронштейна 4b содержит два направляющих ушка 4f1 и 4f2, посредством которых опорный кронштейн 4b, предпочтительно для движения в радиальном направлении, направляют на двух направляющих штифтах 4d1 и 4d2 (ср. фиг. 1). При этом особо предпочтительно, чтобы соединительное устройство 4 содержало, кроме того, зажимное устройство, посредством которого опорный кронштейн 4b можно зажимать в радиальном направлении относительно первой и второй выемкой 3а, 3b. При этом оно может быть выполнено - как показано на фиг. 1 - в форме двух окружающих направляющие штифты 4d1, 4d2 спиральных пружин 4е1, 4е2, при этом спиральные пружины 4е1, 4е2 на одном из их концов соответственно опираются о соответствующее направляющее ушко 4f1 или 4f2 и на их противоположном конце соответственно опираются об упор соответствующего направляющего штифта 4d1 или 4d2.
Фиг. 4 показывает схематический вид сбоку на переключаемое приводное устройство 100 в соответствии с фиг. 1, соответственно, в положении Sa стопорения (сверху) и положении Se деблокирования (снизу). При этом в изображенном сверху положении Sa стопорения стопорный элемент 4а почти полностью вложен в первую и вторую выемки 3а, 3b, в результате чего первая и вторая части 1а и 1b клапанного рычага соединены с точки зрения техники движения. В изображенном снизу положении Se деблокирования стопорный элемент 4а не находится в контакте с первой и/или второй выемками 3а, 3b, в результате чего первая и вторая части 1а, 1b клапанного рычага являются подвижными независимо друг от друга. При этом смена обоих этих положений происходит за счет движения стопорного элемента 4а в плоскости, перпендикулярной оси 2 клапанного рычага, предпочтительно за счет радиального движения стопорного элемента 4а. К тому же в изображенном в данном случае варианте осуществления направляемый на направляющих штифтах 4d1, 4d2 опорный кронштейн 4b можно поднимать или опускать радиально оси 2 клапанного рычага посредством механизма переключения 13. При этом механизм переключения 13 выполнен в форме электромагнита, который магнитно взаимодействует с материалом постоянного магнита, установленным на опорном кронштейне. Дополнительно или альтернативно механизм переключения 13 может содержать также установленный на опорном кронштейне 4b механизм с поршнем и цилиндром, при этом для переключения стопорного элемента 4а цилиндр нагружают гидравлической средой и/или сжатым воздухом.
Фиг. 5 показывает увеличенный детальный вид на область первой выемки 3а положения Se деблокирования по фиг. 4. В ней более отчетливо различима форма или поперечное сечение выемки 3а и стопорного элемента 4а. При этом в данном случае первая и вторая выемки 3a, 3b выполнены соответственно в форме трапециевидного паза, проходящего параллельно оси 2 клапанного рычага. То есть первая и вторая выемки 3а, 3b имеют соответственно сужающееся в направлении оси 2 клапанного рычага поперечное сечение паза. При этом в направлении к оси 2 клапанного рычага он ограничен основанием паза, а сбоку - двумя боковыми поверхностями паза, при этом по сравнению с идеальным поперечным сечением они соответственно наклонены на угол α наклона. При этом этот наклон облегчает введение дополняющего форму стопорного элемента 4а в первую и вторую выемки 3а, 3b. При этом угол α наклона боковых стенок паза, однако, выбран меньше угла αh самоторможения соответствующей пары материалов «первая часть клапанного рычага - стопорный элемент» и/или «вторая часть клапанного рычага - стопорный элемент» (в примере 11,4°), так что зажимание стопорного элемента 4а в положении Sa стопорения происходит с самоторможением. За счет этого можно предпочтительным образом добиться надежной фиксации стопорного элемента 4а в окружном направлении.
Фиг. 6 показывает транспортное средство 30, содержащее двигатель 20 внутреннего сгорания с переключаемым приводным устройством 100 для подъемного клапана в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В случае транспортного средства 30 речь идет о транспортном средстве промышленного назначения в форме грузового автомобиля. Однако альтернативно в случае транспортного средства 30 речь может идти также об автобусе и/или седельном тягаче. Посредством соответствующего изобретению переключаемого приводного устройства 100 в схематически изображенном транспортном средстве 30 можно предпочтительным образом - предпочтительно в режиме низкой нагрузки - целенаправленно деактивировать газообмен отдельных подъемных клапанов двигателя 20 внутреннего сгорания и за счет этого в целом уменьшить расход топлива.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры осуществления, специалисту видно, что возможно внесение различных изменений и применение эквивалентов в качестве замены без выхода за рамки изобретения. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами осуществления и должно содержать все примеры осуществления, приходящиеся на область приложенной формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков дополнительных пунктов формулы изобретения независимо от пунктов, на которые были сделаны ссылки.
Перечень ссылочных обозначений
1а Первая часть клапанного рычага
1а1 Опорная втулка
1а2 Паз
1а3 Ролик
1b Вторая часть клапанного рычага
2 Ось клапанного рычага
2а Уплощенная область оси клапанного рычага
3а Первая выемка
3b Вторая выемка
4 Соединительное устройство
4а Стопорный элемент
4а1, 4а2 Цапфа
4b Опорный кронштейн
4b1, 4b2 Опоры
4b3 Продольное отверстие
4с Направляющий ролик
4d1, 4d2 Направляющий штифт
4е Зажимное устройство
4е1, 4е2 Спиральные пружины
4f1, 4f2 Направляющие ушки
5 Стопорное кольцо
6 Регулировочная шайба
7 Вкладыш подшипника скольжения
10 Состоящий из двух частей клапанный рычаг
11 Кулачок
12 Распределительный вал
13 Механизм переключения
20 Двигатель внутреннего сгорания
30 Транспортное средство
100 Приводное устройство
Sa Положение стопорения
Se Положение деблокирования
α Угол наклона
αh Угол самоторможения
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Переключаемое приводное устройство (100) предназначено для подъемного клапана двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно для газораспределительного клапана, способного периодически косвенно перемещаться под действием кулачка (11) распределительного вала (12) между открытым положением и закрытым положением. Переключаемое приводное устройство (100) включает клапанный рычаг (10) и соединительное устройство (4). Клапанный рычаг (10) предназначен для приведения в действие подъемного клапана и состоит из двух частей. Клапанный рычаг (10) содержит первую часть (1а) и вторую часть (1b). Первая часть (1а) установлена с возможностью поворота вокруг оси (2) клапанного рычага. На первой части (1а) концентрично по отношению к оси (2) клапанного рычага установлена опорная втулка. Вторая часть (1b) установлена с возможностью поворота на опорной втулке. Первая часть (1а) имеет первую выемку. Вторая часть (1b) имеет вторую выемку. Соединительное устройство (4) предназначено для разъемного соединения без возможности поворота первой и второй частей (1а), (1b) клапанного рычага. Соединительное устройство (4) содержит стопорный элемент, который выборочно входит в зацепление и выходит из зацепления с первой и второй выемками. Приведение подъемного клапана в действие прерывается, если стопорный элемент не находится в зацеплении с первой или второй выемкой. Раскрыты двигатель внутреннего сгорания, включающий подъемный клапан с переключающим приводным устройством и транспортное средство, включающее двигатель. Технический результат заключается в уменьшении числа нагруженных конструктивных элементах приводного устройства. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Переключаемое приводное устройство (100) для подъемного клапана двигателя (20) внутреннего сгорания, предпочтительно газораспределительный клапан, способный периодически косвенно перемещаться под действием кулачка (11) распределительного вала (12) между открытым положением и закрытым положением, включающее
а) клапанный рычаг (10) для приведения в действие подъемного клапана, состоящий из двух частей и содержащий
а1) первую часть (1а), установленную с возможностью поворота вокруг оси (2) клапанного рычага, и на которой концентрично по отношению к оси (2) клапанного рычага установлена опорная втулка (1а1); и
а2) вторую часть (1b), установленную с возможностью поворота на опорной втулке (1а1);
при этом первая часть (1а) имеет первую выемку (3а), а вторая часть (1b) имеет вторую выемку (3b); и
b) соединительное устройство (4) для разъемного соединения без возможности поворота первой и второй частей (1а, 1b) клапанного рычага, содержащее стопорный элемент (4а), который выборочно входит в зацепление и выходит из зацепления с первой и второй выемками (3а, 3b), при этом приведение подъемного клапана в действие прерывается, если стопорный элемент не находится в зацеплении с первой или второй выемкой (3а, 3b).
2. Приводное устройство (100) по п. 1, в котором опорная втулка
а) интегрально образована на первой части (1а) клапанного рычага; и/или
b) концентрично окружает ось (2) клапанного рычага; и/или
с) содержит паз (1а2), в который вставлено стопорное кольцо (5) для осевой фиксации положения второй части (1b) клапанного рычага.
3. Приводное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором стопорный элемент (4а) посредством движения перпендикулярно оси (2) клапанного рычага выборочно переводится
а) в положение Se деблокирования, в котором стопорный элемент (4а) не находится в зацеплении с первой и второй выемками (3а, 3b), или
b) в положение Sа стопорения, в котором стопорный элемент (4а) находится в зацеплении с первой и второй выемками (3а, 3b).
4. Приводное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором
а) первая и вторая выемки (3а, 3b) выполнены соответственно в виде проходящего параллельно оси (2) клапанного рычага паза с сужающимся в направлении оси (2) клапанного рычага поперечным сечением паза; и
b) стопорный элемент (4а) выполнен в форме клина и/или широкого конца клина и/или, по меньшей мере, частично дополняющим форму для первой и/или второй выемки (3а, 3b).
5. Приводное устройство (100) по п. 4, в котором каждое из поперечных сечений паза выполнено с возможностью зажимания стопорного элемента (4а) с самоторможением в окружном направлении при зацеплении стопорного элемента (4а) с первой или второй выемкой (3а, 3b).
6. Приводное устройство (100) по п. 4, в котором каждое из поперечных сечений паза ограничено в направлении оси (2) клапанного рычага основанием паза и в боковом направлении двумя боковыми стенками паза, при этом угол α наклона боковых стенок паза меньше угла αh самоторможения пары материала «первая часть клапанного рычага – стопорный элемент» и/или «вторая часть клапанного рычага – стопорный элемент».
7. Приводное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором стопорный элемент (4а)
а) имеет наибольшую протяженность вдоль оси клапанного рычага; и/или
b) простирается параллельно оси (2) клапанного рычага; и/или
с) выполнен с возможностью перемещения только перпендикулярно оси (2) клапанного рычага.
8. Приводное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором соединительное устройство (4) содержит опорный кронштейн (4b) для осевой фиксации стопорного элемента (4а), снабженный двумя расположенными на расстоянии друг от друга в осевом направлении опорами (4b1, 4b2), на которых стопорный элемент (4а) установлен с возможностью поворота посредством двух цапф (4а1, 4а2), установленных на стопорном элементе (4а).
9. Приводное устройство (100) по п. 8, в котором цапфы (4а1, 4а2) стопорного элемента (4а) направлены в отверстие (4b3) опор (4b1, 4b2) опорного кронштейна (4b), который простирается в окружном направлении.
10. Приводное устройство (100) по п. 8 или 9, в котором опорный кронштейн (4b) содержит направляющий ролик (4с), установленный в осевом направлении с возможностью вращения и радиальной фиксации стопорного элемента (4а) в радиальном направлении, при котором опирается на стопорный элемент (4а).
11. Приводное устройство (100) по любому из пп. 8-10, в котором соединительное устройство (4) содержит по меньшей мере один расположенный на оси (2) клапанного рычага направляющий штифт (4d1, 4d2) или расположенную на оси (2) клапанного рычага направляющую, на котором/которой опорный кронштейн установлен радиально оси (2) клапанного рычага с возможностью перемещения.
12. Приводное устройство (100) по любому из пп. 8-11, в котором соединительное устройство (4) содержит зажимное устройство (4е), посредством которого опорный кронштейн (4b) зажимается в радиальном направлении относительно первой и второй выемок (3а, 3b).
13. Приводное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, которое дополнительно содержит электромагнитный, и/или пневматический, и/или гидравлический механизм (13) переключения, посредством которого приводится в действие стопорный элемент (4а) для его вхождения в зацепление или выхода из зацепления с первой и второй выемками (3а, 3b).
14. Двигатель (20) внутреннего сгорания, предпочтительно дизельный двигатель внутреннего сгорания, включающий подъемный клапан с переключающим приводным устройством (100) по любому из предыдущих пунктов.
15. Транспортное средство, предпочтительно грузовое транспортное средство, включающее двигатель (20) внутреннего сгорания по п. 14.
| Автомобиль-сани, движущиеся на полозьях посредством устанавливающихся по высоте колес с шинами | 1924 |
|
SU2017A1 |
| FR 2990465 B1, 15.01.2016 | |||
| US 4252093 A, 24.02.1981 | |||
| EP 1878883 A1, 16.01.2008 | |||
| RU 2016145153 A, 18.05.2018 | |||
| КЛАПАННОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ОСЕВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ КУЛАЧКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА КЛАПАНУ, А ТАКЖЕ ДВИГАТЕЛЬ | 2012 |
|
RU2596688C2 |
