Кулачковый механизм с толкателем, регулировочный клапанный механизм, транспортное средство и способ работы двигателя внутреннего сгорания
CAM MECHANISM WITH A TAPPET, ADJUSTING VALVE MECHANISM, VEHICLE AND METHOD FOR OPERATION OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к кулачковому механизму с толкателем для регулируемого клапанного механизма, транспортному средству и способу работы двигателя внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания имеют один или несколько управляемых впускных и выпускных клапанов на каждый цилиндр. Управляемые клапанно-распределительные механизмы дают возможность гибко управлять клапанами для изменения времени открытия, времени закрытия и/или высоты хода клапана. В результате чего, работа двигателя осуществляется с возможностью адаптации, например, к конкретной ситуации нагрузки.
В патенте под № DE 19611641 С1 приведен пример такого клапанного механизма, с помощью которого имеется возможность приводить в действие газораспределительный клапан с несколькими различными кривыми хода. С этой целью на распределительном валу по меньшей мере с одной, несколькими канавками кулачка, указывающими на участок расположения кулачка, расположен кулачок с толкателем с возможностью вращения, но также и с возможностью перемещения в осевом направлении, который имеет контур хода, куда вводится приводной элемент в виде штифта радиально наружу с целью произвести осевое смещение кулачка с толкателем. Благодаря осевому смещению кулачка с толкателем в соответствующем газораспределительном клапане устанавливается другая высота хода клапана. Кулачок с толкателем фиксируется после его осевого смещения относительно распределительного вала, то есть в своем осевом относительном положении на распределительном валу так, что в зависимости от осевого относительного положения по меньшей мере один подпружиненный шарик фиксатора, который, в свою очередь, зафиксирован и находится в распределительном валу, заходит по меньшей мере в одно гнездо фиксатора. Осевое смещение кулачка с толкателем для изменения высоты хода клапана происходит исключительно в так называемой основной окружности участка расположения кулачка или каждого из этих участков, или канавки кулачка этого участка. Вследствие этого ограничивается количество переключающих оборотов клапанного механизма.
Чем короче согласованные друг с другом основные окружности кулачков, тем меньше времени для осевого смещения кулачкового механизма. Чем меньше времени есть для осевого смещения кулачкового механизма с толкателем, тем круче должна располагаться наклонная плоскость кулисы переключения передач (дорожки зацепления). При осевом смещении кулачка с толкателем могут частично возникать значительные усилия при контакте между штифтом приводного элемента и кулисой переключения передач. В частности, если наклонная плоскость расположена круто, могут возникать особенно большие силы, которые могут негативно повлиять на срок службы кулачкового механизма с толкателем и/или ограничить максимальное количество переключающих оборотов.
Патент DE 102012112482 А1 описывает способ работы двигателя внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами. В двигателе внутреннего сгорания для приведения в действие газораспределительных клапанов есть клапанный механизм с по меньшей мере одним распределительным валом с возможностью вращения и с как минимум одним кулачком с толкателем с возможностью перемещения по оси соответствующего распределительного вала. Соответствующий кулачок с толкателем имеет, по меньшей мере, одну прорезь кулисы, по меньшей мере, с одной канавкой, расположенной на наружной поверхности соответствующей прорези кулисы, при этом соответствующий кулачок с толкателем имеет как минимум один участок расположения с несколькими канавками кулачка для блокирования хода разных клапанов. Для обеспечения осевого смещения соответствующего кулачка с толкателем движимый штифт приводного элемента вводится радиально снаружи в канавку прорези кулисы. Осевое смещение соответствующего кулачка с толкателем выполняется в зависимости от направления его осевого смещения и/или в зависимости от зазора клапана вне основной окружности (каждой) ее участка расположения кулачка.
Задачей изобретения является создание альтернативного или улучшенного кулачкового механизма с толкателем и способа работы двигателя внутреннего сгорания, в котором силы, возникающие при перемещении держателя кулачка уменьшаются по сравнению с обычными системами.
Задача решается при помощи кулачкового механизма с толкателем и способа согласно независимым пунктам. Предпочтительные усовершенствования представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Кулачковый механизм с толкателем предназначен для регулируемого клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в частности, коммерческого транспортного средства. Кулачковый механизм с толкателем включает распределительный вал и держатель кулачка. Держатель кулачка расположен на распределительном валу, без возможности вращения и с возможностью осевого перемещения, между первым осевым положением и вторым осевым положением и имеет первый кулачок, второй кулачок и первую дорожку зацепления для осевого смещения держателя кулачка. Кулачковый механизм с толкателем включает кулачковый следящий элемент, который в первом осевом положении держателя кулачка связан с первым кулачком, а во втором осевом положении держателя кулачка связан со вторым кулачком. Кулачковый механизм с толкателем имеет первый исполнительный механизм, который имеет убирающийся и выдвигающийся элемент, в частности штифт, для введения в зацепление в первую дорожку зацепления для осевого смещения держателя кулачка. Первый кулачок и второй кулачок расположены вдоль продольной оси распределительного вала, со смещением относительно друг друга. Первый кулачок имеет область основной окружности и область хода клапана с граничной частью, смежной с областью основной окружности первого кулачка. Второй кулачок имеет область основной окружности и область хода клапана с граничной частью, смежной с областью основной окружности второго кулачка. Граничная часть первого кулачка и граничная часть второго кулачка выполнены одинаковыми и расположены на одном и том же радиальном положении вокруг продольной оси распределительного вала. Первый исполнительный механизм, кулачковый следящий элемент и первая дорожка зацепления расположены и выполнены так, что возможно осевое смещение держателя кулачка, в то время как кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка и/или граничной частью второго кулачка.
Кулачковый механизм с толкателем позволяет расширить доступное время для осевого перемещения держателя кулачка путем удлинения в граничные участки кулачков. Благодаря большей зоне переключения могут быть уменьшены ускорения и, следовательно, инерционные силы для осевого перемещения при том же количестве переключающих оборотов. С одной стороны, это может быть использовано, например, для повышения надежности функционирования и срока службы благодаря меньшим усилиям и давлениям. С другой стороны, это может быть использовано, например, для увеличения максимального количества переключающих оборотов системы.
В частности, первый кулачок может быть выполнен так, что будет непосредственно граничить со вторым кулачком.
В предпочтительном варианте исполнения первый исполнительный механизм, кулачковый следящий элемент и первая дорожка зацепления расположены и выполнены так, что осевое смещение держателя кулачка начинается и/или заканчивается, когда кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или граничной частью второго кулачка. Таким образом, в частности, начало и/или конец осевого смещения держателя кулачка могут быть смещены в граничные области. Таким образом, время, доступное для осевого смещения держателя кулачка, может быть увеличено.
В одном из вариантов исполнения граничные участки простираются в диапазоне, превышающем или равном 1° угла распределительного вала.
В другом усовершенствованном варианте граничные участки простираются в диапазоне между 5° и 45° угла распределительного вала, в частности между 15° и 30° угла распределительного вала.
В другом варианте исполнения граничные участки образуют одну общую обширную наклонную плоскость.
В одном из вариантов исполнения граничные участки расположены на участке выбега первого и второго кулачка. В качестве альтернативы или дополнительно осевое смещение держателя кулачка начинается, когда кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или второго кулачка. Осевое смещение заканчивается предпочтительно, когда кулачковый следящий элемент связан с областью основной окружности первого кулачка или второго кулачка. Однако также возможно, что осевое смещение заканчивается только в дальнейшей граничной части на участке разбега первого или второго кулачка, при этом дальнейшие граничные части первого и второго кулачков также выполнены одинаковыми и расположены в одном и том же радиальном положении вокруг продольной оси распределительного вала.
В другом варианте исполнения граничные части расположены на участке разбега первого и второго кулачков. В качестве альтернативы или дополнительно осевое смещение держателя кулачка заканчивается, когда кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или второго кулачка. Осевое смещение держателя кулачка начинается предпочтительно, когда кулачковый следящий элемент связан с областью основной окружности первого кулачка или второго кулачка. Однако также возможно, что осевое смещение начинается уже в другой граничной части на участке выбега первого или второго кулачка, при этом дальнейшие граничные части первого и второго кулачков также сформированы одинаковым образом и расположены в одном и том же радиальном положении вокруг продольной оси распределительного вала.
В одном примере исполнения держатель кулачка имеет вторую дорожку зацепления для осевого смещения держателя кулачка в направлении, противоположном направлению осевого смещения, вызванному первой дорожкой зацепления. Кулачковый механизм с толкателем имеет кроме того второй исполнительный механизм, который имеет убирающийся и выдвигающийся элемент, в частности штифт, для введения в зацепление во вторую дорожку зацепления для осевого смещения держателя кулачка. Второй исполнительный механизм, кулачковый следящий элемент и вторая дорожка зацепления расположены и выполнены так, что возможно осевое смещение держателя кулачка (в частности его начало и/или завершение), в то время как кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или граничной частью второго кулачка.
В частности, возможно нахождение первого и второго исполнительных механизмов отдельно друг от друга. Однако также возможно нахождение первого и второго исполнительных механизмов в общем корпусе.
Предпочтительно первая дорожка зацепления и вторая дорожка зацепления могут быть предусмотрены отдельно друг от друга. Однако также возможно расположения первой дорожки зацепления и второй дорожки зацепления в одной области держателя кулачка. Предпочтительно первая дорожка зацепления и вторая дорожка зацепления могут пересекаться.
В еще одном примере исполнения первая дорожка зацепления имеет сужение поперечного сечения для уменьшения зазора между первой дорожкой зацепления и убирающимся и выдвигающимся элементом первого исполнительного механизма при зацеплении (выдвигающегося элемента на первой дорожке зацепления). Сужение поперечного сечения расположено таким образом, что уменьшение зазора происходит до того, как кулачковый следящий элемент свяжется с граничной частью первого кулачка или второго кулачка. Таким образом, участок дорожки зацепления, предусмотренный для уменьшения зазора, не уменьшает участок дорожки зацепления, предусмотренного для осевого смещения держателя кулачка.
Для достижения подобных преимуществ также возможно, чтобы вторая дорожка зацепления имела сужение поперечного сечения для уменьшения зазора между второй дорожкой зацепления и убирающимся и выдвигающимся элементом второго исполнительного механизма при зацеплении (выдвигающегося элемента на второй дорожке зацепления). Сужение поперечного сечения расположено таким образом, что уменьшение зазора происходит до того, как кулачковый следящий элемент свяжется с граничной частью первого кулачка или второго кулачка.
В особенно предпочтительном варианте исполнения первая дорожка зацепления и/или вторая дорожка зацепления проходит спирально вокруг продольной оси распределительного вала.
В еще одном варианте исполнения убирающийся и выдвигающийся элемент первого исполнительного механизма и/или второго исполнительного механизма может радиально перемещаться относительно продольной оси распределительного вала.
Изобретение распространяется на регулируемый клапанный механизм для двигателя внутреннего сгорания. Регулируемый клапанный механизм имеет кулачковый механизм с толкателем, как об этом говорится в данном документе. Регулируемый клапанный механизм имеет газораспределительный клапан, в частности, впускной или выпускной клапан, который связан с кулачковым следящим элементом. Первый кулачок и второй кулачок способствуют различной высоте хода клапана, времени открытия и/или времени закрытия газораспределительного клапана.
В другом усовершенствованном варианте газораспределительный клапан является выпускным клапаном. Первый кулачок установлен для нормального режима работы двигателя внутреннего сгорания, в котором первый кулачок удерживает выпускной клапан открытым в такте выталкивания. Второй кулачок установлен для работы в режиме торможения двигателем внутреннего сгорания, в котором, предпочтительно, выпускной клапан в такте сжатия и такте выталкивания сначала остается закрытым и открывается перед достижением верхней мертвой точки движения поршня.
В предпочтительном варианте исполнения второй кулачок выполнен таким образом, что выпускной клапан открывается между 100° угла коленчатого вала и 60° угла коленчатого вала (угол коленчатого вала) перед достижением верхней мертвой точки. В качестве альтернативы или дополнительно второй кулачок выполнен таким образом, что выпускной клапан закрывается после открытия в такте выталкивания в диапазоне между верхней мертвой точкой и 30° угла коленчатого вала после верхней мертвой точки. В качестве альтернативы или дополнительно второй кулачок выполнен таким образом, что выпускной клапан закрывается после открытия в такте сжатия в диапазоне между верхней мертвой точкой и 30° угла коленчатого вала.
Изобретение распространяется на транспортное средство, в частности на коммерческое транспортное средство (например, грузовик или автобус), включающее регулируемый клапанный механизм, как описано здесь, или кулачковый механизм с толкателем, как описано здесь.
Изобретение также распространяется на способ работы двигателя внутреннего сгорания с кулачковым механизмом с толкателем. Кулачковый механизм с толкателем содержит держатель кулачка с первым кулачком и вторым кулачком, расположенный на распределительном валу так, что он не может вращаться, но может перемещаться в осевом направлении. Первый кулачок и второй кулачок имеют область основной окружности и область хода клапана с граничным участком, расположенным рядом с соответствующей областью основной окружности. Граничная часть первого кулачка и граничная часть второго кулачка выполнены одинаковыми и расположены на одном и том же радиальном положении вокруг продольной оси распределительного вала. Кулачковый механизм с толкателем имеет кулачковый следящий элемент, который связан то с первым кулачком, то со вторым. Способ включает осевое смещение держателя кулачка, в ходе которого выполняется осевое смещение держателя кулачка, в частности, начинается или заканчивается, тогда как кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка и/или второго кулачка.
Способ предлагает такие же преимущества, что и описываемый в настоящем документе кулачковый механизм с толкателем. Кроме того, способ имеет более высокую гибкость, поскольку он не ограничивается осевым смещением держателя кулачка посредством исполнительных механизмов и дорожек зацепления, как описано здесь.
В частности, способ может использовать описываемый в настоящем документе кулачковый механизм с толкателем предпочтительно с радиально убирающимися и выдвигающимися элементами исполнительных механизмов, которые вступают в зацепление со спиральными дорожками зацепления для осевого смещения держателя кулачка. Однако также возможно, что в способе будет использоваться другая система смещения для осевого смещения держателя кулачка.
В предпочтительном варианте исполнения осевое смещение держателя кулачка начинается, пока кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или второго кулачка, и/или кончается, пока кулачковый следящий элемент связан с областью основной окружности первого кулачка или второго кулачка.
В качестве альтернативы или дополнительно осевое смещение кулачкового держателя начинается, пока кулачковый следящий элемент связан с областью основной окружности первого кулачка или второго кулачка, и/или заканчивается, пока кулачковый следящий элемент связан с граничной частью первого кулачка или второго кулачка.
Предпочтительные варианты исполнения и особенности изобретения, описанные выше, по желанию выполнены с возможностью объединения их друг с другом. Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них изображено следующее:
Фигура 1 пример регулируемого клапанного механизма в аксонометрии;
Фигура 2 пример регулируемого клапанного механизма в дополнительной аксонометрии;
Фигура 3 вид сверху на распределительный вал взятого в качестве примера регулируемого клапанного механизма;
Фигура 4 продольное сечение распределительного вала с фигуры 3 вдоль линии А-А;
Фигура 5А первое поперечное сечение распределительного вала с фигуры 4 вдоль линии В-В;
Фигура 5В второе поперечное сечение распределительного вала с фигуры 4 вдоль линии С-С;
Фигура 6 Диаграмма хода углов распределительного вала; и
Фигура 7 Увеличение одного из фрагментов диаграммы хода углов распределительного вала с фигуры 6.
Варианты исполнения, показанные на фигурах, по меньшей мере, частично совпадают, так что схожие или идентичные детали имеют те же ссылочные номера, а для их пояснения в описании других вариантов исполнения или фигур ссылка дается на них же во избежание повторений.
Далее со ссылкой на фигуры 1-4 сначала описывается регулируемый клапанный механизм с кулачковым механизмом с толкателем. Кулачковый механизм с толкателем делает возможным переключение между разными профилями кулачков управления задействованных газораспределительных клапанов. Система, раскрытая здесь в качестве примера, относится к работе выпускных клапанов двигателя внутреннего сгорания. Однако принципы, раскрытые в данном документе, также применимы к регулируемому клапанному механизму для одного или нескольких впускных клапанов.
На фигурах 1 и 2 показан регулируемый клапанный механизм 10. Регулируемый клапанный механизм 10 имеет распределительный вал 12 и держатель кулачка 14. Кроме того, регулируемый клапанный механизм 10 включает первое и второе передаточные устройства 16 и 18 и первый и второй выпускные клапаны 20 и 22. Кроме того, регулируемый клапанный механизм 10 имеет первый исполнительный механизм 24 и второй исполнительный механизм 26. Держатель кулачка 14, передаточные устройства 16 и 18 и исполнительные механизмы 24 и 26 образуют кулачковый механизм с толкателем 11.
Распределительный вал 12 выполнен в виде выходного распределительного вала, который приводит в действие выходные клапаны 20 и 22. Распределительный вал 12 является частью двойной системы распределительных валов (не показана подробно), которая дополнительно включает впускной распределительный вал (не показан) для приведения в действие одного или нескольких впускных клапанов. Распределительный вал 12 расположен вместе с впускным распределительным валом как верхний распределительный вал. Таким образом, распределительный вал 12 и впускной распределительный вал образуют так называемую систему DOHC (двойной верхний распределительный вал, англ. double overhead camshaft). В качестве альтернативы распределительный вал 12 может также образовывать так называемую систему SOHC (одинарный верхний распределительный вал, англ. single overhead camshaft). В других вариантах исполнения распределительный вал 12 может быть расположен как нижний распределительный вал.
На распределительном валу 12 расположен держатель кулачка 14 без возможности вращения. Держатель кулачка 14 дополнительно может перемещаться вдоль продольной оси распределительного вала 12. Держатель кулачка 14 может перемещаться по оси между первым ограничителем хода 28 и вторым ограничителем хода 30.
Далее описан держатель кулачка 14 со ссылкой на фигуры 1-4. Держатель кулачка 14 имеет три кулачка 32, 34 и 36, которые смещены друг относительно друга в продольном направлении держателя кулачка 14 и распределительного вала 12. Первый кулачок 32 расположен на первом конце держателя кулачка 14 и выполнен для нормального режима работы, как подробно будет описано ниже в качестве примера. Второй кулачок 34 расположен рядом с первым кулачком 32 и выполнен для работы в режиме торможения двигателем, что будет тоже подробно описано ниже в качестве примера. Третий кулачок 36 расположен на некотором расстоянии от второго кулачка 34 и от второго конца держателя кулачка 14. Третий кулачок 36 выполнен для нормального режима работы. Третий кулачок 36 имеет ту же форму, что и первый кулачок 32.
Держатель кулачка 14 содержит дополнительно первый участок без кулачков 38 и второй участок без кулачков 40. Первый участок без кулачков 38 расположен у второго конца держателя кулачка 14. Второй участок без кулачков 40 расположен между вторым кулачком 34 и третьим кулачком 36. В первом участке без кулачков 38 расположена первая дорожка зацепления (кулиса переключения передач) 42 по спирали вокруг продольной оси держателя кулачка 14. Во втором участке без кулачков 40 расположена вторая дорожка зацепления (кулиса переключения передач) 44 по спирали вокруг продольной оси держателя кулачка 14.
Для смещения держателя кулачка 14 между ограничителями хода 28 и 30 исполнительные механизмы 24 и 26 (фиг. 1 и 2) с выдвижными элементами (например, штифт, не показаны подробно) могут выборочно зацеплять дорожки зацепления 42, 44. В частности, первый исполнительный механизм 24 может избирательно входить в зацепление с первой дорожкой зацепления 42 для перемещения держателя кулачка 14 из одного осевого положения в другое осевое положение. В первом осевом положении держатель кулачка 14 располагается у второго ограничителя хода 30. Во втором осевом положении держатель кулачка 14 располагается у первого ограничителя хода 28. На фигурах 1-4 держатель кулачка 14 изображен в первом осевом положении. Второй исполнительный механизм 26 может в свою очередь избирательно входить в зацепление со второй дорожкой зацепления 44. Затем держатель кулачка 14 перемещается из первого осевого положения во второе осевое положение. Первый исполнительный механизм 24 и второй исполнительный механизм 26 управляются узлом управления 27, схематически изображенном на фигурах 1 и 2.
Смещение вызывается тем, что выдвинувшийся штифт соответствующего исполнительного механизма 24, 26 является неподвижным относительно осевого направления распределительного вала 12. Таким образом, подвижный держатель кулачка 14 ввиду спиральной формы дорожек зацепления 42, 44 смещается в продольном направлении распределительного вала 12, когда выдвинувшийся штифт входит в зацепление с соответствующей дорожкой зацепления 42, 44. В конце процесса смещения штифт соответствующего исполнительного механизма 24, 26 выводится из соответствующей дорожки зацепления 42, 44 и таким образом приходит в убранное положение. Штифт соответствующего исполнительного механизма 24, 26 теряет зацепление с соответствующей дорожкой зацепления 42, 44.
Первое передаточное устройство 16 и второе передаточное устройство 18 (фиг. 1 и 2) связывает держатель кулачка 14 и выпускные клапаны 20, 22. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие (открывается), когда первый кулачок 32 или второй кулачок 34 прижимают вниз первое передаточное устройство 16. Второй выпускной клапан 22 приводится в действие (открывается), когда третий кулачок 36 прижимает вниз второе передаточное устройство 18.
Если держатель кулачка 14 находится в первом осевом положении (как показано на фиг. 1-4), первое передаточное устройство 16 через кулачковый следящий элемент 16А связывает первый кулачок 32 и первым выпускной клапан 20. Другими словами, первое передаточное устройство 16 в первом осевом положении держателя кулачка 14 не находится в связи второго кулачка 34 и первого выпускного клапана 20. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие в соответствии с контуром первого кулачка 32. Во втором осевом положении держателя кулачка 14 первое передаточное устройство 16 через кулачковый следящий элемент 16А связано с вторым кулачком 34 и первым выпускным клапаном 20. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие в соответствии с контуром второго кулачка 34.
В первом осевом положении держателя кулачка 14 второе передаточное устройство 18 через кулачковый следящий элемент 18А связано с третьим кулачком 36 и вторым выпускным клапаном 22. Второй выпускной клапан 22 приводится в действие в соответствии с контуром третьего кулачка 36. Во втором осевом положении держателя кулачка 14 второе передаточное устройство 18 не приводит в действие второй выпускной клапан 22. Во втором осевом положении держателя кулачка 14 кулачковый следящий элемент 18А второго передаточного устройства 18 находится в том же осевом положении относительно распределительного вала 12, что и первый участок без кулачков 38. Первый участок без кулачков 38 не имеет выступа для приведения в действие второго передаточного устройства 18. Если держатель кулачка 14 находится во втором осевом положении, второй выпускной клапан 22 не задействуется.
Первый участок без кулачков 38, таким образом, имеет две функции. С одной стороны, первый участок без кулачков 38 принимает первую дорожку зацепления 42. С другой стороны, первый участок без кулачков 38 служит для обеспечения того, чтобы во втором осевом положении держателя кулачка 14 не был задействован второй выпускной клапан 22. Такая интеграция функций выгодна с точки зрения монтажного пространства.
В проиллюстрированном варианте исполнения первое передаточное устройство 16 и второе передаточное устройство 18 выполнены, как качающийся рычаг. В другом варианте исполнения передаточные устройства 16 и 18 выполнены как клапанный рычаг или толкатель. В других вариантах исполнения передаточные устройства 16 и 18 могут, например, иметь ролики с возможностью вращения, как кулачковые следящие элементы 16А, 18А.
Со ссылкой на фигуру 4 показано устройство стопорения 46. Устройство стопорения 46 имеет упругий элемент 48 и фиксирующий элемент 50. Упругий элемент 48 расположен в глухом отверстии распределительного вала 12. Упругий элемент 48 предварительно смещает фиксирующий элемент 50 по направлению к держателю кулачка 14. Во внутренней периферийной поверхности держателя кулачка 14 расположены первая и вторая выемки 52 и 54. Для стопорения держателя кулачка 14 фиксирующий элемент 50 вжимается в первую выемку 52, когда держатель кулачка 14 находится в первом осевом положении. Во втором осевом положении держателя кулачка 14 фиксирующий элемент 50 вжимается во вторую выемку 54.
На фигуре 5А изображено сечение сквозь кулачок 34 вдоль линии В-В на фигуре 4. Второй кулачок 34 имеет первую область основной окружности 34А и вторую область основной окружности 34С. Области основной окружности 34А, 34С разделены друг от друга с одной стороны первой областью хода клапана 34 В, а с другой стороны - второй областью хода клапана 34D. Вторая область хода клапана 34D имеет граничную часть 34Е, которая непосредственно примыкает к первой области основной окружности 34А. Граничная часть 34Е образует оконечную боковую поверхность (наклонную плоскость) второго кулачка 34.
На фигуре 5В изображено сечение сквозь кулачок 32 вдоль линии С-С на фигуре 4. Первый кулачок 32 имеет область основной окружности 32А и область хода клапана 32В. Область хода клапана 32В имеет граничную часть 32С, которая непосредственно примыкает к области основной окружности 32А. Граничная часть 32С образует оконечную боковую поверхность (наклонную плоскость) первого кулачка 32.
Граничная часть 32С первого кулачка 32 и граничная часть 34Е второго кулачка 34 выполнены одинаковыми. Граничная часть 32С первого кулачка 32 и граничная часть 34Е второго кулачка 34 расположены на одном и том же радиальном положении относительно продольной оси распределительного вала 12. Граничные части 32С, 34Е образуют общую обширную наклонную плоскость. Таким образом, граничные участки 32С, 34Е позволяют осевое смещение держателя кулачка 14 не только в области 32А, 34А основной окружности, но и дополнительно в граничной части 32С, 34Е.
На фигуре 6 изображены различные кривые от А до Е на диаграмме хода углов распределительного вала. На фигуре 7 изображено увеличение одного из фрагментов диаграммы с фигуры 6, на котором, в частности представлены граничные участки 32С, 34Е.
Пунктирная кривая А показывает высоту хода выпускного клапана 20 в соответствии с нормальным режимом работы, обусловленном кулачком 32. Кривая А, таким образом, соответствует распущенному в линию профилю первого кулачка 32. В нормальном режиме работы выпускной клапан 20 открывается во время такта выпуска (такта выталкивания) для выталкивания отработанного газа через область хода клапана 32В. В остальных случаях выпускной клапан 20 остается закрытым из-за участка основной окружности 32А первого кулачка 32.
Сплошная кривая В отображает ход выпускного клапана 20 в соответствии с режимом торможения двигателем, обусловленным вторым кулачком 34. Кривая В, таким образом, соответствует распущенному в линию профилю второго кулачка 34. В режиме торможения двигателем выпускной клапан 20 слегка открывается в конце такта сжатия в области верхней мертвой точки при угле коленчатого вала около 60° до 100° до верхней мертвой точки через первую область хода клапана 34В. Это изображено на фигуре 6 соответственно при около -225° распределительного вала (угол распределительного вала) и при около 135° распределительного вала. В верхней мертвой точке выпускной клапан 20 открывается дальше через область хода клапана 34В и закрывается в конце такта расширения примерно в нижней мертвой точке. Открытие выпускного клапана 20 в конце такта сжатия заставляет сжатый воздух в цилиндре проходить через открытый выпускной клапан 20 в выхлопную систему через поршень, перемещающийся к верхней мертвой точке. Ранее выполненная операция сжатия тормозит коленчатый вал и, следовательно, двигатель внутреннего сгорания. Открытый выпускной клапан 20 во время такта расширения приводит к тому, что воздух из газоотводной трубы всасывается обратно в цилиндр. В конце такта расширения цилиндр в основном заполнен воздухом из выхлопной системы.
В режиме торможения двигателем после достижения нижней мертвой точки в конце такта расширения выпускной клапан 20 сначала может быть закрыт второй областью основной окружности 34С. В конце такта выталкивания (такта выпуска) выпускной клапан 20 открывается в области верхней мертвой точки через вторую область хода клапана 34D. Открытие происходит снова примерно на 60° угла коленчатого вала до 100° угла коленчатого вала перед верхней мертвой точкой. Это показано на фигуре 6 соответственно примерно при угле распределительного вала -45° и примерно при угле распределительного вала 315°. Закрытый выпускной клапан 20 во время первой части такта выталкивания заставляет воздух, всасываемый в такте расширения, сжиматься, выполняя работу. Давление в цилиндре растет. Работа сжатия тормозит коленчатый вал и, следовательно, двигатель внутреннего сгорания. Открытие выпускного клапана 20 в конце такта выталкивания приводит к тому, что воздух через открытый выпускной клапан 20 выталкивается в выхлопную систему. В такте всасывания цилиндр снова заполняется воздухом через открытый впускной клапан или открытые впускные клапаны. Цикл начинается снова.
Как объяснено выше, использование второго кулачка 34 для управления выпускным клапаном 20 приводит к двукратному сжатию с последующей декомпрессией, благодаря чему обеспечивается функция торможения двигателем.
Как видно из фигуры 7, первый кулачок 32 и второй кулачок 34 так приспособлены друг к другу, что граничная часть 32С первого кулачка 32 и граничная часть 34Е второго кулачка 34 выполнены одинаковыми (идентичными). Это позволяет осевому смещению держателя кулачка 14 осуществляться не только в областях основной окружности 32А, 34А. Вместо этого осевое смещение может дополнительно происходить, когда кулачковый следящий элемент 16А связан с одной из граничных частей 32С, 34Е. Благодаря этому осевое смещение может начаться раньше. Это видно из кривых С, D и Е.
Штрих-пунктирная кривая С относится к перемещению подвижного штифта одного из исполнительных механизмов 24 или 26 относительно держателя кулачка 14. Штриховая кривая D относится к движению соответствующей дорожки зацепления 42 или 44 и, таким образом, к держателя кулачка 14 вдоль продольной оси распределительного вала 12. Штрих-пунктирная с двумя точками кривая Е показывает профиль контура углубления соответствующей дорожки зацепления 42 или 44 (показано только на фигуре 6). В дальнейшем описывается осевое смещение держателя кулачка 14 из первого осевого положения во второе осевое положение. Аналогичным образом происходит осевое смещение держателя кулачка 14 из второго осевого положения в первое осевое положение.
Сначала подвижный штифт первого исполнительного механизма 24 выдвигается в направлении первой дорожки зацепления 42 и входит в первую дорожку зацепления 42. Зацепление возможно благодаря контуру углубления первой дорожки зацепления 42 (смотри кривую Е). После зацепления ввиду уменьшения поперечного сечения первой дорожки зацепления 42 возникает уменьшение зазора между штифтом первого исполнительного механизма 24 и первой дорожкой зацепления 42. Уменьшение зазора происходит в области S (см. фигуру 7). Штифт первого исполнительного механизма 24 достигает и проходит область S, прежде чем кулачковый следящий элемент 16А достигнет граничной части 32С первого кулачка 32. Если кулачковый следящий элемент 16А, наконец, достигает граничной части 32С первого кулачка 32, первая дорожка зацепления 42 принимает спиральную форма, тем самым заставляя держатель кулачка 14 перемещаться в осевом направлении. Таким образом, это приводит к смещению держателя кулачка 14 в первой области смещения V1, в то время как кулачковый следящий элемент 16А находится в контакте с граничной частью 32С. Таким образом, начинается осевое смещение держателя кулачка 14 перед тем, как кулачковый следящий элемент 16А достигнет области основной окружности 32А. В области основной окружности 32А, 34А далее происходит осевое смещение кулачкового следящего элемента 16А (область смещения V2) и, наконец, заканчивается до того, как кулачковый следящий элемент 16А достигает первой области хода клапана 34В.
Осевое смещение держателя кулачка 14, таким образом, также происходит вне областей основной окружности 32А, 34А в граничной части 32С первого кулачка 32 и граничной части 34Е второго кулачка 34. Это увеличивает временной диапазон для осевого смещения держателя кулачка 14. Из-за увеличенной области смещения ускорения и, следовательно, инерционные силы при одинаковом количестве переключающих оборотов для осевого смещения держателя кулачка 14 могут быть уменьшены. С одной стороны, это может быть использовано для повышения функциональной надежности и срока службы благодаря меньшим усилиям и давлениям. С другой стороны, имеется возможность использовать это для увеличения максимального количества переключающих оборотов.
В показанном примере дополнительная область смещения V1, которая становится возможной благодаря идентично сформированным граничным участкам 32С, 34Е, простирается примерно на 22° угла распределительного вала.
Чтобы обеспечить осевое смещение держателя кулачка 14, показанного на фигурах, может потребоваться реализовать свободную от кулачка часть 38 с дополнительным осевым интервалом допуска (интервал свободного хода), которая служит как в качестве нулевого кулачка, так и оснащена второй дорожкой зацепления 42. Соседний кулачок 36 исполняется соответственно. Во время осевого смещения в пределах граничных участков 32С, 34Е от второго осевого положения к первому осевому положению кулачковый следящий элемент 18А затем смещается по оси в пределах этого дополнительного интервала допуска. Таким образом, предотвращается столкновение кулачкового следящего элемента 18А с выбегом третьего кулачка 36.
Однако специалисты в данной области техники поймут, что описанный здесь кулачковый механизм с толкателем не ограничивается описанным здесь применением. Например, в качестве альтернативы или в дополнение к идентичной реализации участков выбега (выходных зон) может быть предусмотрена идентичная конструкция участков разбега (входных зон) кулачков для реализации одинаково сформированных граничных участков. Также возможно использовать описанные здесь принципы регулируемых клапанных механизмов для впускных клапанов двигателя внутреннего сгорания. Так, например, участок разбега первого кулачка для нормальной работы может быть идентичным участку разбега второго кулачка для режима - цикл Миллера и расположен в том же радиальном положении относительно продольной оси распределительного вала.
Следует также подчеркнуть, что для расширения зоны переключения для осевого смещения держателя кулачка необязательно использовать описанное здесь устройство смещения (первый исполнительный механизм, второй исполнительный механизм, первая дорожка зацепления, вторая дорожка зацепления). Скорее, например, способ работы двигателя внутреннего сгорания со всякого рода перемещающим устройством для держателя кулачка может включать смещение держателя кулачка, в то время как кулачковый следящий элемент находится в контакте с граничной областью. В частности, осевое смещение может начинаться и/или заканчиваться, когда кулачковый следящий элемент находится в контакте с граничной областью.
Изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами исполнения, описанными выше. Напротив, возможны различные варианты и модификации, которые используют сущность изобретения и, следовательно, попадают в область охраны. В частности, изобретение также претендует на защиту предмета и признаков дополнительных пунктов независимо от пунктов формулы изобретения, упомянутых выше.
Перечень ссылочных обозначений
10 Регулируемый клапанный механизм
11 Кулачковый механизм с толкателем
12 Распределительный вал
14 Держатель кулачка
16 Первое передаточное устройство (первый качающийся рычаг)
16А Кулачковый следящий элемент
18 Второе передаточное устройство (второй качающийся рычаг)
18А Кулачковый следящий элемент
20 Первый выпускной клапан
22 Второй выпускной клапан
24 Первый исполнительный механизм
26 Второй исполнительный механизм
27 Узел управления
28 Первый ограничитель хода
30 Второй ограничитель хода
32 Первый кулачок
32А Область основной окружности
32В Область хода клапана
32С Граничная часть области хода клапана 32В
34 Второй кулачок
34А Первая область основной окружности
34В Первая область хода клапана
34С Вторая область основной окружности
34D Вторая область хода клапана
34Е Граничная часть второй области хода клапана 32В
36 Третий кулачок
38 Первый участок без кулачков
40 Второй участок без кулачков
42 Первая дорожка зацепления
44 Вторая дорожка зацепления
46 Устройство стопорения
48 Упругий элемент
50 Фиксирующий элемент
52 Первая выемка
54 Вторая выемка
А Профиль кулачка управления 32
В Профиль кулачка управления 34
С Движение штифта
D Движение дорожки зацепления / движение держателя кулачка
Е Контур углубления дорожки зацепления
S Область уменьшения зазора
V1 Первая область (осевого) смещения
V2 Вторая область (осевого) смещения