УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ВЫПУСКНОГО КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КЛАПАННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ, А ТАКЖЕ ТАКОЙ АВТОМОБИЛЬ
APPARATUS AND METHOD FOR ACTUATING AT LEAST ONE EXHAUST VALVE OF A VALVE-CONTROLLED INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR A VEHICLE AND SUCH A VEHICLE

Настоящее изобретение касается устройства для приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапанным распределением для автомобилей согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение касается способа приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапанным распределением для автомобилей согласно ограничительной части п.11 формулы изобретения.
Например, из US 2010/319657 A1 известно повышение тормозного действия двигателя внутреннего сгорания в режиме принудительного холостого хода путем того, что на подпор выхлопных газов посредством подпорного клапана в выпускном тракте накладывается декомпрессионное действие (EVB или, соответственно, Exhaust valve brake, тормоз с выпускным клапаном), при этом по меньшей мере один выпускной клапан каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания в режиме торможения удерживается открытым в промежуточном положении. В клапанном механизме двигателя внутреннего сгорания это осуществляется посредством гидравлически приводимого в действие узла из цилиндра с поршнем в силовом потоке между ведущими кулачками распределительного вала и передающим нагрузку на выпускной клапан элементом для приведения в действие или, соответственно, коромыслом.
Задачей изобретения является предложить преимущественно механически функционирующее типовое устройство этого рода, которое конструктивно простыми средствами обеспечивает возможность точного клапанного распределения как в обычном режиме двигателя, так и в режиме торможения двигателем. Другой задачей изобретения является предоставить способ, который обеспечивает возможность точного клапанного распределения как в обычном режиме двигателя, так и в режиме торможения двигателем.
Решить эту задачу удается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительно усовершенствования и варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
По п.1 формулы изобретения предлагается устройство для приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапанным распределением для автомобилей, у которого, предпочтительно в силовом потоке между распределительным валом и по меньшей мере одним действующим на выпускной клапан исполнительным элементом, предусмотрено по меньшей мере одно средство, посредством которого указанный по меньшей мере один выпускной клапан, в частности при режиме торможения двигателем с подпором выхлопных газов, может удерживаться в не закрытом промежуточном положении. В соответствии с изобретением предлагается, чтобы указанное по меньшей мере одно средство для установки промежуточного положения указанного по меньшей мере одного выпускного клапана было образовано интегрированным в клапанным механизм шаговым переключающим механизмом, в частности шаговым переключающим механизмом, работающим по принципу приводимой в действие нажиманием шариковой ручки, и тогда этот шаговый переключающий механизм при приведении в действие может импульсно переключаться с обычного приведения в действия клапанов по меньшей мере в одно промежуточное положение, и наоборот.
Такого рода структура конструктивно простыми средствами обеспечивает возможность точного клапанного распределения как в обычном режиме двигателя, так и в режиме торможения двигателем, которое, кроме того, еще и устойчиво к механическим повреждения и мало подвержено неисправностям и при этом отличается долгим сроком службы. При этом под термином «импульсный» понимается разнесенное во времени и, таким образом, пошаговое приведение в действие, при котором шаговый переключающий механизм попадает или, соответственно, «перескакивает» в различные позиции или положения. Само это приведение в действие может инициироваться самым разным образом, что еще более подробно поясняется ниже.
Особенно предпочтительно шаговый переключающий механизм имеет направляющую втулку, снабженную продольными пазами различной глубины, входящую в зацепление в продольные пазы, передающую усилие звездочку и взаимодействующий со звездочкой посредством устройства для передачи крутящего момента, предпочтительно выполненного в виде косозубого венца, установленный без возможности вращения в направляющей втулке исполнительный орган. Размеры этих продольных пазов различной глубины рассчитаны предпочтительно так, чтобы в одном положении переключения шагового переключающего механизма было включено обычное приведение в действие клапанов с закрывающимся выпускным клапаном, а в следующем положении переключения промежуточное положение, при котором выпускной клапан закрывается не полностью, и при этом в сочетании с подпором выхлопных газов создает целенаправленное декомпрессионное действие. При очень общем рассмотрении, в связи с процессом переключения предпочтительно следует обеспечивать, чтобы при переключении лучи или, соответственно, зубцы звездочки соответственно входили в зацепление в паз одинаковой глубины. Например, при наличии двух видов пазов различной глубины предпочтительно каждый паз первой глубины расположен рядом с менее глубоким вторым пазом, так что при импульсном приведении в действие происходит простое перескакивание или, соответственно, переключение между двумя позициями переключения. То же самое аналогично относится к случаю более двух видов пазов различной глубины, когда обеспечено, что при переключении лучи или, соответственно, зубцы звездочки соответственно входят в зацепление в паз одинаковой глубины. При необходимости здесь возможна также реализация многоступенчатого торможения.
Для достижения точных значений времени переключения и коротких путей перестановки исполнительный элемент посредством элемента предварительного натяга, такого как, например, пружина, может быть предварительно аксиально натянут относительно снабженной зубчатым венцом торцевой поверхности звездочки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения шаговый переключающий механизм может быть интегрирован в толкатель клапанного механизма, при этом предпочтительно направляющая втулка набегает на кулачок распределительного вала, и передающая усилие звездочка непосредственно или опосредствованно передает движение на клапан. Но эта система может быть также построена в кинематической инверсии.
При этом шаговый переключающий механизм может почти без конструктивных изменений вставляться в имеющиеся клапанные механизмы и образует устойчивую к механическим повреждениям конструкцию, точно передающую усилия для приведения в действие клапанов. При этом предпочтительно звездочка может передавать движение на интегрированное в клапанный механизм коромысло.
Для переключения шагового переключающего механизма по технике управления на исполнительный элемент может передаваться импульсная нагрузка предпочтительно механическим и/или гидравлическим и/или электромагнитным способом посредством устройства управления; при необходимости это может осуществляться путем модификации уже имеющегося устройства управления двигателем в соответствии со специфическими параметрами двигателя и/или движения.
В одном из предпочтительных усовершенствований изобретения у двигателя внутреннего сгорания, у которого два выпускных клапана каждого цилиндра приводятся в действие вместе посредством клапанного моста, предлагается, чтобы с одной стороны клапанного моста была предусмотрена неподвижная контропора с изменяемым положением упора, и чтобы шаговый переключающий механизм был расположен в силовом потоке между контропорой и клапанным мостом. При этом при сохранении конструкции клапанного механизма, имеющей клапанный мост, конструктивно оптимально возможно надежное управление как обычным режимом двигателя, так и промежуточным положение только одного из двух выпускных клапанов.
При этом шаговый переключающий механизм может быть предпочтительно интегрирован в контропору, причем направляющая втулка установлена неподвижно, и звездочка образует изменяемый упор для клапанного моста. В частности, при этой компоновке возможна упрощенная настройка шагового переключающего механизма, так как он не включен в клапанный механизм, испытывающий динамическую нагрузку. При необходимости посредством шагового переключающего механизма, наряду с основным положением (закрытый выпускной клапан), возможно включение нескольких промежуточных положений выпускного клапана, которые могут настраиваться импульсно посредством электронного устройства управления с управлением с обратной связью. При этом при низких дополнительных затратах была бы создана дополнительная степень свободы в управлении декомпрессионным действием выпускного клапана или, соответственно, выпускных клапанов.
Кроме того, у двигателя внутреннего сгорания, имеющего несколько цилиндров, соответственно по меньшей мере один выпускной клапан в режиме торможения двигателем удерживается открытым посредством шагового переключающего механизма, при этом с помощью, в частности дискретной, настройки шаговых переключающих механизмов возможно целенаправленное управление режимом торможения двигателем при его действии. Так, только один цилиндр, несколько цилиндров или все цилиндры двигателя внутреннего сгорания, например, в режиме торможения двигателем могли бы быть включены на декомпрессионное действие.
Наконец, посредством шагового переключающего механизма указанный по меньшей мере один выпускной клапан при пуске двигателя внутреннего сгорания может кратковременно удерживаться открытым для облегчения пуска, например, при низких наружных температурах.
Преимущества, обеспечиваемые при осуществления предлагаемого изобретением способа и/или с помощью предлагаемого изобретением автомобиля, в частности грузового автомобиля, по аналогии соответствуют вышеназванным преимуществам.
Только в качестве примера два примера осуществления изобретения с дополнительными деталями поясняются подробнее ниже.
На схематичном чертеже показано:
фиг. 1 - только частично изображенный клапанный механизм для выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания с клапанным распределением для автомобилей, имеющий распределительный вал, который посредством толкателя приводит в движение коромысло, и имеющий интегрированный в толкатель, гидравлически переключаемый шаговый переключающий механизм для установки промежуточного положения выпускного клапана;
фиг. 2 - на покомпонентном изображении существенные детали шагового переключающего механизма в соответствии с фиг. 1, имеющего направляющую втулку, передающую усилие звездочку и переключающий шаговый переключающий механизм, гидравлически приводимый в действие исполнительный элемент;
фиг. 3 - только частично изображенный клапанный механизм для приведения в действие двух выпускных клапанов каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания посредством клапанного моста, при этом шаговый переключающий механизм в соответствии с фиг. 2 интегрирован в неподвижную контропору и включен в основное положение, которое соответствует обычному режиму двигателя; и
фиг. 4 - клапанный механизм в соответствии с фиг. 3, при этом шаговый переключающий механизм переключен в промежуточное положение выпускного клапана, соответствующее режиму торможения двигателем.
На фиг. 1 в частичном поперечном сечении показана упрощенно изображенная головка 1 блока цилиндров дизельного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом для автомобилей, в частности грузовых автомобилей, имеющая распределительный вал 2, который посредством кулачков 3 приводит в движение как впускные клапаны, так и по меньшей мере один выпускной клапан каждого цилиндра. При отсутствии изображения в остальном клапанный механизм может быть выполнен известным образом.
Приведение в действие выпускных клапанов (здесь на чертеже не показано) осуществляется соответственно посредством кулачков 3, которые через ролики 4 действуют на толкатели 5, установленные с возможностью осевого смещения в стенке 1a головки 1 блока цилиндров. Толкатели 5 нагружают ролики 6 коромысел 7, которые оперты с возможностью поворота на неподвижную ось 8 в головке 1 блока цилиндров и которые известным образом приводят в действие выпускные клапаны.
В каждый из толкателей 5 интегрирован шаговый переключающий механизм 9, который, находясь в силовом потоке клапанного механизма, может переключаться из основного положения, соответствующего обычному приведению в действие клапанов, в положение, в котором данный или данные выпускной клапан (клапаны) удерживается или удерживаются в промежуточном положении. В промежуточном положении выпускные клапаны не закрыты, а образуют проточный зазор для создания декомпрессионного действия в режиме торможения двигателем.
На фиг. 2 при совместном рассмотрении с фиг. 1 эскизно показана конструкция шагового переключающего механизма 9 или, соответственно, его переключающая функция. Существенными конструктивными элементами являются направляющая втулка 10, передающая усилие звездочка 11 и осуществляющий переключение исполнительный орган 12.
Направляющая втулка 10 образует здесь в качестве примера деталь, идентичную толкателю 5, и имеет установленный на своей нижней стороне, набегающий на кулачки 3 ролик 4 (сравн. фиг. 1). В направляющей втулке 10 с одной стороны между, а с другой стороны сквозь радиально вдающиеся внутрь, параллельные оси ребра 10a выполнены ориентированные в осевом направлении пазы 10b, 10c, которые поочередно имеют меньшую глубину 10b и большую глубину 10c. Например, здесь паз 10b первой, меньшей глубины всегда следует за пазом 10c второй, большей по сравнению с ним глубины.
Тогда, в зависимости от положения переключения шагового переключающего механизма 9, в эти пазы 10b или 10c вдаются или, соответственно, входят в зацепление направленные радиально наружу лучи, зубцы или ребра 11b звездочки 11, при этом количество ребер 11b звездочки 11 равно количеству пазов 10b и количеству пазов 10c в направляющей втулке 10.
Когда ребра 11b звездочки 11 входят в зацепление в более глубокие пазы 10c направляющей втулки 10, то выпускные клапаны могут закрываться обычным образом. Когда ребра 11b звездочки 11 входят в зацепление в менее глубокие пазы 10b, посредством звездочки 11 и коромысла 7 выпускные клапаны удерживаются в заданном (открытом) промежуточном положении, в котором они создают декомпрессионное действие при режиме торможения двигателем.
Переключение позиций звездочки 11 осуществляется посредством расположенного внутри направляющей втулки 10, установленного с возможностью смещения в осевом направлении, но без возможности вращения исполнительного органа 12, который с торцевой стороны имеет косозубый венец 12a, который примыкает к соответствующему косозубому венцу 11a звездочки 11.
Когда исполнительный орган 12 смещается в осевом направлении, то посредством взаимодействующих косозубых венцов 12a, 11a он создает сначала крутящий момент, действующий на звездочку 11, и одновременно выдвигает ее из пазов (10b или 10c), пока не будет прекращено зацепление в окружном направлении посредством ребер 10a. Затем звездочка 11 может вращаться относительно направляющей втулки 10 до тех пор, пока ребра 11b звездочки 11 не смогут вдвинуться в соответственно соседние пазы (10b или 10c).
Это происходит, как видно из фиг. 1, посредством выполненного в стенке 1a головки 1 блока цилиндров подводящего канала 1b, который впадает в напорную камеру 10d внутри направляющей втулки 10 и посредством которого на установленный в направляющей втулке исполнительный орган 12 может передаваться импульсная нагрузка в направлении звездочки 11.
При этом предусмотренная на направляющей втулке 10, опертая на стенку 1a винтовая пружина 13 сжатия в качестве примера элемента для предварительного натяжения в состоянии без давления поддерживает соединение без зазора в силовом потоке от кулачка 2 через направляющую втулку 10 и звездочку 11 на коромысло 7. В подводящий канал 1b не изображенным образом посредством гидравлического управляющего клапана и настраивающего этот клапан электронного устройства управления двигателем импульсно может впускаться жидкость под давлением для переключения шагового переключающего механизма 9.
На фиг. 3 и 4 на отдельных участках показан собственно известный клапанный механизм для приведения в действие двух выпускных клапанов 14 каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания (изображен только один выпускной клапан 14 и без клапанной пружины), на которые передается нагрузка посредством воздействующего на стержни двух выпускных клапанов 14 клапанного моста 15. Функционально одинаковые части снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.
Силовой поток в клапанном механизме проходит аналогично фиг. 1 через ведущий распределительный вал 2, снабженный кулачками 3, которые действуют на одно общее коромысло 7, свободный рычаг которого в середине передает движение на клапанный мост и таким образом приводит в действие оба выпускных клапана 14.
В головке 1 блока цилиндров неподвижно закреплена контропора 16, которая выдается за клапанный мост 15 в области выпускного клапана 14, обладающего возможностью управления с установкой в промежуточное положение.
В контропору 16 интегрирован описанный на фиг. 2 шаговый переключающий механизм 9, в который для переключения через находящийся здесь вверху подводящий канал 17 может впускаться жидкость под давлением.
Шаговый переключающий механизм 9 имеет, в свою очередь, здесь неподвижно ввернутую в контропору 16 направляющую втулку 10, обращенную к клапанному мосту 15 звездочку 11 и установленный в направляющей втулке 10 исполнительный орган 12, который примыкает к напорной камере 10d.
Конструкция шагового переключающего механизма 9 аналогична конструкции фиг. 2 с той разницей, что конструктивные элементы расположены в кинематической инверсии и в широком смысле также включены в силовой поток клапанного механизма.
При расположении в соответствии с фиг. 3 и 4 направленная вниз звездочка 11 в режиме торможения двигателем образует действующий на клапанный мост 15 упор, который, будучи оперт на контропору 16, удерживает изображенный выпускной клапан 14 в промежуточном положении (фиг. 4), создающем декомпрессионное действие, в то время как в обычном режиме двигателя с подачей газа (фиг. 3) он втянут, бездействуя.
Импульсное переключение шагового переключающего механизма 9 происходит гидравлическим способом, как описано выше, и поэтому подробно не изложено. Установка позиции шагового переключающего механизма 9 может, как изображено, осуществляться посредством целенаправленного ввертывания направляющей втулки 10 в контропору 16 и фиксации посредством контргайки 19.
Переключение шагового переключающего механизма 9 с обычного, режима двигателя с подачей газа на режим торможения двигателем с соответствующим промежуточным положением выпускных клапанов 14 может осуществляться гидравлическим способом, например, при сигнализирующем о режиме торможения двигателем сигнале устройства управления, и наоборот. При необходимости переключение может при этом выполняться не гидравлическим способом, а электромагнитным посредством встраивания соответствующего электромагнитного исполнительного устройства.
Управление переключением для установки промежуточного положения выпускного клапана 14 может также осуществляться при пуске двигателя внутреннего сгорания и при необходимости при низких наружных температурах, для облегчения начала его работы (более высокая пусковая частота вращения).
При необходимости шаговый переключающий механизм 9 может быть также выполнен так, чтобы могли импульсно устанавливаться несколько промежуточных положений выпускных клапанов 14 для изменяющегося управления декомпрессионным действием. При этом направляющая втулка 10 или, соответственно, количество пазов 10b, 10c в направляющей втулке 10 должно было бы быть кратным количеству ребер 11b звездочки 11, чтобы наряду с основным положением (режимом двигателя) обеспечивать другие промежуточные положения.
Электронное управление переключением шагового переключающего механизма 9 может предпочтительно представлять собой управление с обратной связью, которое отображает текущее состояние переключения шагового переключающего механизма 9. Это может быть осуществлено, например, посредством сенсорной системы, интегрированной в шаговый переключающий механизм 9.
Шаговые переключающие механизмы 9 всего клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания могут быть при необходимости настроены дискретно, так чтобы в режиме торможения двигателем только один цилиндр или несколько цилиндров или, соответственно, все цилиндры могли переключаться на декомпрессионное действие, накладываемое на подпор выхлопных газов.
Список ссылочных обозначений
1 Головка блока цилиндров
1a Стенка
1b Подводящий канал
2 Распределительный вал
3 Кулачок
4 Ролик
5 Толкатель
6 Ролик
7 Коромысло
8 Ось
9 Шаговый переключающий механизм
10 Направляющая втулка
10a Ребра
10b, 10c Пазы
10d Напорная камера
11 Звездочка
11a Косозубый венец
11b Ребра
12 Исполнительный орган
12a Косозубый венец
13 Пружина
14 Выпускной клапан
15 Клапанный мост
16 Контропора
17 Подводящий канал
18 Соединительный винт
19 Контргайка