Кулачковый механизм с толкателем
CAM MECHANISM WITH PUSHER

Изобретение представляет собой кулачковый механизм с толкателем для двигателя внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания с клапанным распределением имеют один или несколько регулируемых впускных и выпускных клапанов на каждый цилиндр. Регулируемые клапанные механизмы позволяют гибко управлять клапанами для изменения времени открытия, времени закрытия и/или высоты подъёма клапана. В результате чего работа двигателя выполнена с возможностью адаптации, например, к конкретной ситуации нагрузки. Например, регулируемый клапанный механизм может быть реализован в виде так называемого кулачкового механизма с толкателем.
В патенте под № DE 19611641C1 приведен пример такого кулачкового механизма с толкателем, с помощью которого имеется возможность приводить в действие газораспределительный клапан с несколькими различными кривыми подъема. 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 подъема, 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 подъёма 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.
Кулачковый механизм с толкателем может занимать значительное пространство. В частности, расположение исполнительных механизмов для перемещения держателя кулачка (кулачка с толкателем) может стать проблемой в условиях ограниченного пространства. Как правило, исполнительные механизмы прикреплены к раме, соединенной с головкой цилиндра или крышкой головки цилиндра.
В патенте под № DE 10 2011 050 484 A1 приведен пример двигателя внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами, одной головкой цилиндра и одной крышкой головки цилиндра. Для приведения в действие газораспределительных клапанов предусмотрен по меньшей мере один установленный распределительный вал с возможностью вращения, по меньшей мере, с 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. Для обеспечения осевого смещения соответствующего кулачка с толкателем предусмотрен приводной элемент. Приводной элемент установлен в головке цилиндра или в крышке головки цилиндра.
В основе изобретения лежит задача, направленная на обеспечение улучшенного или альтернативного кулачкового механизма с толкателем, который, в частности, имеет структуру, оптимизированную в пространственном отношении.
Эта задача решается с помощью кулачкового механизма с толкателем, сконструированного в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в Описании.
Кулачковый механизм с толкателем для двигателя внутреннего сгорания оснащен распределительным валом. Кулачковый механизм с толкателем имеет держатель кулачка, который расположен на распределительном валу с возможностью поворота и перемещения по оси. Держатель кулачка оснащен первой кулисой переключения передач. Предпочтительно, чтобы держатель кулачка также имел вторую кулису переключения передач. Кулачковый механизм с толкателем имеет первый исполнительный механизм с перемещаемым вдоль продольной оси распределительного вала элементом (например, задвижной и выдвижной элемент). Элемент сконструирован, в частности, в виде штифта. Элемент предназначен для перемещения по оси держателя кулачка в первом направлении в контакте с первой кулисой переключения передач. Предпочтительно, чтобы кулачковый механизм с толкателем был дополнительно оснащен вторым исполнительным механизмом с возможностью перемещения элемента вдоль продольной оси распределительного вала (например, задвижной и выдвижной элемент). Элемент сконструирован, в частности, в виде штифта. Элемент предназначен для перемещения по оси держателя кулачка во втором направлении, противоположном первому направлению, в контакте со второй кулисой переключения передач.
Наличие одного или нескольких исполнительных механизмов, перемещающихся по оси, позволяет оптимизировать пространственное расположение исполнительных механизмов в отношении систем с радиально действующими исполнительными механизмами. В частности, работающие в осевом направлении исполнительные механизмы выполнены с возможностью встраивания в существующие конструкции вдоль распределительного вала.
При использовании только одного исполнительного механизма, имеется возможность, например, быть разработан с возможностью перемещения в двух направлениях. Таким образом, становится возможным осевое перемещение держателя кулачка в обоих направлениях вдоль продольной оси распределительного вала. Исполнительный механизм выполнен с возможностью, например, перемещать держатель кулачка в первом направлении навстречу к упругому предварительно напряжённому элементу. В противоположном направлении исполнительный механизм позволяет осуществлять перемещение держателя кулачка при помощи упругого предварительно напряжённого элемента посредством втягивания перемещающегося элемента. Также возможно использовать другой механизм, который в сочетании с одним только исполнительным механизмом допускает перемещение по оси держателя кулачка между первым и вторым осевыми положениями.
При использовании двух исполнительных механизмов один из них имеет возможность перемещать держатель кулачка из второго осевого положения в первое. Второй исполнительный механизм выполнен с возможностью перемещать держатель кулачка из первого осевого положения во второе. В первом осевом положении первый кулачок держателя кулачка имеет возможность находиться в рабочем соединении по меньшей мере с одним газораспределительным клапаном. Во втором осевом положении второй кулачок держателя кулачка выполнен с возможностью находиться в рабочем соединении по меньшей мере с одним газораспределительным клапаном.
В особенно предпочтительном варианте исполнения первый исполнительный механизм размещен внутри или на поверхности первой опоры подшипника, который позволяет распределительному валу вращаться. В качестве альтернативы или дополнения размещается второй исполнительный механизм внутри или на поверхности второй опоры подшипника, который позволяет распределительному валу вращаться. Таким образом, исполнительные механизмы не занимают отдельное пространство. Вместо этого исполнительные механизмы выполнены с возможностью встраивания непосредственно в любые опоры подшипника распределительного вала, не занимая дополнительного пространства.
В частности, первый исполнительный механизм выполнен с возможностью крепления к первой опоре подшипника, и/или второй исполнительный механизм выполнен с возможностью крепления ко второй опоре подшипника.
Кроме того, подача гидравлической жидкости к первому исполнительному механизму и/или второму исполнительному механизму может выполняться через опоры подшипников. Таким образом, для гидравлических труб также не требуется дополнительного пространства. Аналогичным образом, например, внутри или на поверхности первой и/или второй опоры подшипника имеется возможность предусмотреть электропроводку и/или пневмопроводку для первого и/или второго исполнительного механизма.
В одном из вариантов исполнения первая кулиса переключения передач и/или вторая кулиса переключения передач расположены ярусно. Ярусная конструкция кулисы переключения передач позволяет осуществлять простое контактирование с исполнительными механизмами посредством перемещающихся элементов. Перемещающиеся элементы исполнительных механизмов выполнены с возможностью прижимания к уступу соответствующей ярусной кулисы переключения передач, когда необходимо перемещать держатель кулачка.
В дополнительном варианте исполнения первая кулиса переключения передач расположена на первом конце держателя кулачка, а вторая кулиса переключения передач расположена на противоположном втором конце держателя кулачка. Таким образом, движение перемещаемых элементов может быть минимизировано. Исполнительные механизмы выполнены с возможностью размещения непосредственно рядом с концами держателя кулачка.
В одном из вариантов исполнения первая кулиса переключения передач имеет контактную поверхность с исполнительным механизмом, проходящую в окружном направлении вокруг продольной оси распределительного вала. В качестве альтернативы или дополнения вторая кулиса переключения передач имеет контактную поверхность с исполнительным механизмом, которая проходит в окружном направлении вокруг продольной оси распределительного вала. Благодаря такому контакту между перемещаемыми элементами исполнительных механизмов и соответствующими контактными поверхностями с исполнительным механизмом имеется возможность осуществлять перемещение держателя кулачка. Кроме того, сглаживание перемещения держателя кулачка возможно реализовать в рамках других усовершенствованных вариантов посредством контакта с соответствующими контактными поверхностями с исполнительными механизмами.
В дополнительном варианте исполнения контактная поверхность с исполнительным механизмом первой кулисы переключения передач имеет первую и вторую наклонные плоскости. Первая наклонная плоскость контактной поверхности с исполнительным механизмом первой кулисы переключения передач увеличивает расстояние между первым исполнительным механизмом и контактной поверхностью с исполнительным механизмом кулисы переключения передач относительно направления вращения распределительного вала. Вторая наклонная плоскость контактной поверхности с исполнительным механизмом первой кулисы переключения передач уменьшает расстояние между первым исполнительным механизмом и контактной поверхностью с исполнительным механизмом кулисы переключения передач относительно направления вращения распределительного вала.
В качестве альтернативы или дополнения контактная поверхность с исполнительным механизмом второй кулисы переключения передач имеет первую и вторую наклонные плоскости. Первая наклонная плоскость контактной поверхности с исполнительным механизмом второй кулисы переключения передач увеличивает расстояние между вторым исполнительным механизмом и контактной поверхностью с исполнительным механизмом кулисы переключения передач относительно направления вращения распределительного вала. Вторая наклонная плоскость контактной поверхности с исполнительным механизмом второй кулисы переключения передач уменьшает расстояние между вторым исполнительным механизмом и контактной поверхностью с исполнительным механизмом второй кулисы переключения передач относительно направления вращения распределительного вала.
Наклонные плоскости обеспечивают скользящее перемещение держателя кулачка посредством контактирования с перемещаемыми элементами. Если, например, перемещаемый элемент первого исполнительного механизма контактирует со второй наклонной плоскостью контактной поверхности с исполнительным механизмом первой кулисы переключения передач, то держатель кулачка перемещается в первом направлении одновременно вращаясь вместе с распределительным валом. С другой стороны, если перемещаемый элемент второго исполнительного механизма контактирует со второй наклонной плоскостью контактной поверхности с исполнительным механизмом второй кулисы переключения передач, то держатель кулачка перемещается во втором направлении, одновременно вращаясь вместе с распределительным валом.
В частности, первая и вторая наклонные плоскости первой и второй кулис переключения передач выполнены с возможностью расположения таким образом, что перемещение держателя кулачка становится возможным только в пределах области основного круга кулачка.
В одном из вариантом исполнения первый и/или второй исполнительный механизм приводится в действие гидравлически, электрически и/или пневматически.
В дополнительном варианте исполнения перемещение по оси держателя кулачка сглаживается гидравлически и/или посредством упругого элемента. Сглаживание имеет возможность обеспечивать стопорение (фиксацию на оси) держателя кулачка.
В одном из вариантов исполнения кулачковый механизм с толкателем имеет первый упругий элемент, который обеспечивает перемещение держателя кулачка во втором направлении. В качестве альтернативы или дополнения кулачковый механизм с толкателем имеет также второй упругий элемент, который обеспечивает перемещение держателя кулачка в первом направлении. Упругие элементы позволяют сглаживать скользящее перемещение держателя кулачка. Если держатель кулачка смещен, например, посредством первого исполнительного механизма в первом направлении, то первый упругий элемент выполнен с возможностью сглаживать перемещение держателя кулачка.
В другом усовершенствованном варианте первый упругий элемент подпирает держатель кулачка в области опоры подшипника, чтобы распределительный вал имел возможность вращаться, и сам имеет возможность вращаться вокруг продольной оси распределительного вала относительно опоры подшипника или держателя кулачка. В качестве альтернативного варианта или дополнения второй упругий элемент подпирает держатель кулачка в области опоры подшипника, чтобы распределительный вал имел возможность вращаться, и сам имеет возможность вращаться вокруг продольной оси распределительного вала относительно опоры подшипника или держателя кулачка. Таким образом, уже существующие опоры подшипников распределительного вала выполнены с возможностью использования их для подпирания упругих элементов с целью сглаживания перемещения держателя кулачка. Расположение упругих элементов в таком положении, чтобы они имели возможность вращаться, предусматривается для того, чтобы предотвратить затирание упругих элементов о держатель кулачка или опору подшипника, поскольку упругие элементы, в данном варианте исполнения, либо вращаются при помощи держателя кулачка, либо закреплены на опоре подшипника.
В одном из вариантов исполнения кулачковый механизм с толкателем имеет первый гидравлический цилиндр амортизатора, который обеспечивает сглаживание перемещения по оси держателя кулачка в первом направлении. В качестве альтернативного варианта или дополнительно, кулачковый механизм с толкателем имеет второй гидравлический цилиндр амортизатора, который служит для сглаживания перемещения по оси держателя кулачка во втором направлении.
В другом усовершенствованном варианте кулачковый механизм с толкателем дополнительно оснащен первым дросселем, который расположен ниже по потоку от первого гидравлического цилиндра амортизатора и/или вторым дросселем, который расположен ниже по потоку от второго гидравлического цилиндра амортизатора. Посредством дросселей имеется возможность реализовать сопротивление гидравлической жидкости, вытекающей из гидравлических цилиндров амортизатора, в результате чего может быть достигнуто желаемое сглаживание.
В одном из вариантов исполнения второй исполнительный механизм обеспечивает сглаживание перемещения держателя кулачка, когда первый исполнительный механизм перемещает держатель кулачка по оси в первом направлении. В качестве альтернативного варианта или дополнения первый исполнительный механизм обеспечивает сглаживание перемещения держателя кулачка, когда второй исполнительный механизм перемещает держатель кулачка по оси во втором направлении. Таким образом, механизмы, предназначенные для сглаживания, выполнены с возможностью встраивания непосредственно в исполнительные механизмы.
В дополнительном варианте исполнения второй исполнительный механизм сглаживает перемещение держателя кулачка по оси гидравлически и/или посредством упругого элемента второго исполнительного механизма. В качестве альтернативного варианта или дополнительно первый исполнительный механизм обеспечивает сглаживание перемещения держателя кулачка по оси гидравлически и/или посредством упругого элемента первого исполнительного механизма.
Изобретение также представляет собой регулируемый клапанный механизм для двигателя внутреннего сгорания. Регулируемый клапанный механизм включает кулачковый механизм с толкателем, как описано здесь. Регулируемый клапанный механизм оснащен, по меньшей мере, одним газораспределительным клапаном и устройством, передающим усилие (например, толкатель, клапанный рычаг или качающийся рычаг). В зависимости от осевого положения держателя кулачка, устройство, передающее усилие, соединяет избирательно первый кулачок держателя кулачка в рабочем соединении по меньшей мере с одним газораспределительным клапаном или второй кулачок держателя в рабочем соединении по меньшей мере с одним газораспределительным клапаном.
В соответствии с еще одним аспектом, изобретение также относится к транспортному средству, в частности к коммерческому транспортному средству, которое оснащено описанными здесь кулачковым механизмом с толкателем или регулируемым клапанным механизмом. Таким коммерческим транспортным средством может быть, например, автобус или грузовик.
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 вид в оксонометрической проекции регулируемого клапанного механизма с кулачковым механизмом с толкателем; и
Фигура 2 схематическое изображение одного из вариантов исполнения кулачкового механизма с толкателем;
Фигура 3 схематическое изображение дополнительного варианта исполнения кулачкового механизма с толкателем;
Фигура 4 схематическое изображение другого дополнительного варианта исполнения кулачкового механизма с толкателем;
Фигура 5 схематическое изображение другого дополнительного варианта исполнения кулачкового механизма с толкателем; и
Фигуры 7 – 18 схематические изображения другого дополнительного варианта исполнения кулачкового механизма с толкателем для объяснения принципа работы примерного кулачкового механизма с толкателем.
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.
На фиг. 1 показан регулируемый клапанный механизм 10. Такой регулируемый клапанный механизм 10 выполнен с возможностью, например, быть частью двигателя внутреннего сгорания коммерческого транспортного средства, в частности грузового автомобиля или автобуса. Регулируемый клапанный механизм 10 оснащен первым газораспределительным клапаном 12, вторым газораспределительным клапаном 14, кулачковым механизмом с толкателем 16, устройством, передающим усилие 18, первой опорой подшипника (корпусом подшипника) 20 и второй опорой подшипника (корпусом подшипника) 22.
Регулируемый клапанный механизм 10 используется для регулировки управления газораспределительными клапанами 12, 14. В частности, имеется возможность отрегулировать время открытия, время закрытия и/или высоту подъёма газораспределительных клапанов 12, 14. Газораспределительные клапаны 12, 14 выполнены с возможностью быть представленными в виде впускных клапанов или выпускных клапанов.
Опоры подшипников 20, 22 позволяют расположить распределительный вал 24 с возможностью его вращения. Кроме того, ось клапанного рычага 42 прикреплена к опорам подшипников 20, 22. Опоры подшипников 20, 22 выполнены с возможностью, например, фиксации на монтажной раме или головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания. В других вариантах исполнения распределительный вал 24 и ось клапанного рычага 42 выполнены с возможностью, например, крепления отдельно друг от друга.
Кулачковый механизм с толкателем 16 оснащен распределительным валом 24, держателем кулачка 26, первым исполнительным механизмом 28 и вторым исполнительным механизмом 30.
Держатель кулачка 26 расположен на распределительном валу 24 с возможностью вращения и перемещения в осевом направлении. Держатель кулачка 26 состоит из первого кулачка 32, второго кулачка 34, первой кулисы переключения передач 36 и второй кулисы переключения передач 38.
Первый кулачок 32 и второй кулачок 34 расположены рядом друг с другом. Первый кулачок 32 и второй кулачок 34 имеют разные контуры кулачков. Расположение первого кулачка 32 и второго кулачка 34 предусмотрено в центральной части держателя кулачка 26. В зависимости от осевого положения держателя кулачка 26 по отношению к распределительному валу 24 устройство, передающее усилие, 18 устанавливает рабочее соединение между первым кулачком 32 и газораспределительными клапанами 12, 14 или между вторым кулачком 34 и газораспределительными клапанами 12, 14.
В частности, устройство, передающее усилие, 18 имеет клапанный рычаг 40 и ось клапанного рычага 42. Клапанный рычаг 40 повторяет контур движения первого кулачка 32 или второго кулачка 34 посредством кулачкового следящего элемента 44 в зависимости от осевого положения опоры подшипника 26. Кулачковый следящий элемент 44 выполнен в виде ролика с возможностью вращения. Клапанный рычаг 40 установлен с возможностью вращения вокруг оси клапанного рычага 42. В области подъема клапана кулачка 32 или 34 газораспределительные клапаны 12, 14, соответственно, приводятся в действие посредством клапанного рычага 40. В других вариантах исполнения устройство, передающее усилие, 18, например, оснащено качающимся рычагом или толкателем.
В примере, показанном на фиг.1, держатель кулачка 26 находится в первом осевом положении. В первом осевом положении устройство, передающее усилие, 18 устанавливает рабочее соединение между первым кулачком 32 и газораспределительными клапанами 12, 14. Держатель кулачка 26 выполнен с возможностью перемещения во второе осевое положение (слева на фиг. 1). Во втором осевом положении устройство, передающее усилие, 18 устанавливает рабочее соединение между вторым кулачком 34 и газораспределительными клапанами 12, 14. Держатель кулачка (кулачок с толкателем) 26 выполнен с возможностью перемещения вдоль осевого направления распределительного вала 24 посредством совместной работы первого исполнительного механизма 28, второго исполнительного механизма 30, первой кулисы переключения передач 36 и второй кулисы переключения передач 38.
Первый исполнительный механизм 28 устанавливается и фиксируется в первой опоре подшипника 20. Второй исполнительный механизм 30 устанавливается и фиксируется во второй опоре подшипника 22. Размещение и закрепление исполнительных механизмов 28, 30 в опорах подшипников 20, 22 имеет преимущества в пространственном отношении. Нет необходимости предусматривать отдельное пространство для размещения исполнительных механизмов 28, 30.
Первая кулиса переключения передач 36 и вторая кулиса переключения передач 38 расположены на противоположных осевых концах держателя кулачка 26. Первая кулиса переключения передач 36 взаимодействует с первым исполнительным механизмом 28 для перемещения держателя кулачка 26 из второго осевого положения в первое осевое положение. Держатель кулачка 26 перемещается посредством первого исполнительного механизма 28 и первой кулисы переключения передач 36 в первом направлении. Вторая кулиса переключения передач 38 взаимодействует со вторым исполнительным механизмом 30 для перемещения держателя кулачка 26 из первого осевого положения во второе осевое положение. Держатель кулачка 26 выполнена с возможностью перемещения посредством второго исполнительного механизма 30 и второй кулисы переключения передач 38. Второе направление противоположно первому направлению. Первое и второе направления проходят параллельно продольной оси распределительного вала 24.
Каждый исполнительный механизм 28, 30 имеет перемещаемый штифт (штырь) 46, 48. Штифт 46 первого исполнительного механизма 28 закрыт на фиг. 1 первой опорой подшипника 20. Штифты 46, 48 перемещаются в осевом направлении распределительного вала 24. Вместо штифтов 46, 48 имеется возможность использовать другие перемещаемые элементы для перемещения держателя кулачка 26.
Первая кулиса переключения передач 36 и вторая кулиса переключения передач 38 расположены ярусно. В частности, каждая кулиса переключения передач 36, 38 имеет контактную поверхность с исполнительным механизмом 50, 52. Контактные поверхности с исполнительными механизмами 50, 52 проходят в окружном направлении вокруг продольной оси распределительного вала 24. Контактная поверхность с исполнительным механизмом 50 имеет наклонную плоскость 50А и вторую наклонную плоскость 50В. Первая наклонная плоскость 50А увеличивает расстояние между первым исполнительным механизмом 28 и контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50 относительно направления вращения распределительного вала 24. Вторая наклонная плоскость 50В уменьшает расстояние между первым исполнительным механизмом 28 и контактной поверхностью исполнительного механизма 50 относительно направления вращения распределительного вала 24. Аналогичным образом, контактная поверхность с исполнительным механизмом 52 имеет первую наклонную плоскость 52А и вторую наклонную плоскость 52В. Первая наклонная плоскость 52А увеличивает расстояние между вторым исполнительным механизмом 30 и контактной поверхностью с исполнительным механизмом 52 относительно направления вращения распределительного вала 24. Вторая наклонная плоскость 52В уменьшает расстояние между вторым исполнительным механизмом 30 и контактной поверхностью с исполнительным механизмом 52 относительно направления вращения распределительного вала 24. Другими словами, в области первых наклонных плоскостей 50А, 52А контактные поверхности с исполняющими механизмами 50, 52 проходят спирально (по винтовой линии) по направлению друг к другу относительно направления вращения распределительного вала 24. В области вторых наклонных плоскостей 50В, 52В контактные поверхности с исполнительным механизмом 50, 52 проходят спирально (по винтовой линии) в противоположном направлении относительно направления вращения распределительного вала 24.
Для перемещения держателя кулачка 26 из второго осевого положения в первое осевое положение осуществляется выдвижение штифта 46 первого исполнительного механизма 28. Штифт 46 первого исполнительного механизма 28 выдвигается таким образом, что штифт 46 полностью выдвигается, когда держатель кулачка 26 достигает положения поворота, в котором начало второй наклонной плоскости 50В проходит штифт 46 в результате вращения распределительного вала 24. Штифт 46 выполнен с возможностью выдвигаться, например, при прохождении штифтом 46 первой наклонной плоскости 50А посредством вращения распределительного вала 24. Из-за присутствия наклонной плоскости 50В штифт 46 перемещает держатель кулачка 26 из второго осевого положения в первое осевое положение.
Перемещение держателя кулачка 26 из первого осевого положения во второе осевое положение осуществляется аналогично посредством штифта 48 второго исполнительного механизма 30. Из-за присутствия наклонной плоскости 52В контактной поверхности с исполнительным механизмом 52 штифт 48 перемещает держатель кулачка 26 во второе осевое положение.
Кулачковый механизм с толкателем 16 выполнен с возможностью дополнительно включать устройство стопорения (не показано). Устройство стопорения выполнено с возможностью фиксировать на оси держатель кулачка 26 в первом осевом положении и втором осевом положении. Для этой цели, например, устройство стопорения имеет упруго преднапряженный фиксирующий элемент. Этот фиксирующий элемент выполнен с возможностью входить в первую выемку держателя кулачка в первом осевом положении держателя кулачка 26 и входить во вторую выемку держателя кулачка 26 во втором осевом положении держателя кулачка 26. Устройство стопорения может быть предусмотрено, например, в распределительном валу 24.
Исполнительные механизмы 28 и 30 могут представлять собой, например, гидравлические приводы. В нижеследующем описании представлены примеры вариантов исполнения гидравлических систем для приведения в действие исполнительных механизмов 28 и 30.
На фиг. 2 показана гидравлическая система 53. Гидравлическая система 53 оснащена главным гидравлическим трубопроводом 54, первым соединительным трубопроводом 56 и вторым соединительным трубопроводом 58.
Первый исполнительный механизм 28 соединен с главным гидравлическим трубопроводом 54 через первый соединительный трубопровод 56. Второй исполнительный механизм 30 соединен через второй соединительный трубопровод 58 с главным гидравлическим трубопроводом 54. Первый электрический 2-ходовой клапан 60, первый механический 2-ходовой клапан 62 и первый регулирующий клапан 64 расположены в первом соединительном трубопроводе 58 для управления притоком гидравлической жидкости, идущей к первому исполнительному механизму 28. Второй электрический 2-ходовой клапан 66, второй механический 2-ходовой клапан 68 и второй регулирующий клапан 70 расположены во втором соединительном трубопроводе 58 для управления притоком гидравлической жидкости ко второму исполнительному механизму 30.
Для перемещения держателя кулачка 26 при помощи первого исполнительного механизма 28 сначала выполняется электрическое размыкание первого электрического 2-ходового клапана 60. Первый электрический 2-ходовой клапан 60 устанавливает гидравлическое соединение между главным гидравлическим трубопроводом 54 и первым механическим 2-ходовым клапаном 62. С помощью первого механического 2-ходового клапана 62 имеется возможность обеспечить, например, переключение кулачка 32, 34 (см. фиг. 1) только в пределах области основного круга кулачка. В пределах области основного круга кулачка 2-ходовой механический клапан 62 устанавливает гидравлическое соединение между главным гидравлическим трубопроводом 54 и первым исполнительным механизмом 28 через разомкнутый первый электрический 2-ходовой клапан 60. Гидравлическая жидкость проходит через первый регулирующий клапан 64 и заставляет штифт 46 первого исполнительного механизма 28 выдвигаться. Штифт 46 первого исполнительного механизма 28 контактирует с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50 первой кулисы переключения передач 36 и перемещает держатель кулачка 26 в первое осевое положение. Здесь держатель кулачка 26 вращается в окружном направлении вокруг продольной оси распределительного вала 24 (см. Фигура 1). Первый регулирующий клапан 64 выполнен в виде управляемого обратного клапана. Первый регулирующий клапан 64 предотвращает обратный отток гидравлической жидкости от первого исполнительного механизма 28 до тех пор, пока не подается давление регулирования от первого соединительного трубопровода 56. Например, гидравлическая жидкость, идущая от первого исполнительного механизма 28, может сбрасываться в камеру для гидравлической жидкости (не показано) двигателя внутреннего сгорания. В качестве камеры для гидравлической жидкости может выступать, например, масляная камера двигателя внутреннего сгорания.
Для перемещения держателя кулачка 26 при помощи второго исполнительного механизма 30, опять же, сначала выполняется электрическое размыкание второго электрического 2-ходового клапана 66. В пределах области основного круга кулачка второй механический 2-ходовой клапан 68 выполнен с возможностью устанавливать гидравлическое соединение между вторым исполнительным механизмом 30 и главным гидравлическим трубопроводом 54. Штифт 48 второго исполнительного механизма 30 выдвигается, контактирует с контактными поверхностями с исполнительным механизмом 52 и перемещает держатель кулачка 26 во второе осевое положение в то время, как держатель кулачка 26 вращается.
Для сглаживания перемещения по оси держателя кулачка 26 предусмотрены упругие элементы 72, 74, например, пружины. Упругие элементы 72, 74 подпирают держатель кулачка 26 на первой опоре подшипника 20 и второй опоре подшипника 22. Для этой цели упругие элементы 72, 74 установлены с возможностью вращения, например, посредством шариковых подшипников на соответствующей опоре подшипника 20, 22. В качестве альтернативного варианта упругие элементы 72, 74 также выполнены с возможностью крепления к опорам подшипников 20, 22 и соединены с держателем кулачка 26 с возможностью вращения, например, посредством шариковых подшипников.
На фигуре 2 устройство стопорения для держателя кулачка 26, описанное со ссылкой на фиг. 1, дополнительно условно обозначается ссылочным номером 76.
На фигуре 3 показана дополнительная гидравлическая система 78. Гидравлическая система 78 отличается от гидравлической системы 53 на фиг. 2, в частности, сглаживанием перемещения по оси держателя кулачка 26. Для сглаживания перемещения по оси держателя кулачка 26 гидравлическая система 78 имеет первый цилиндр амортизатора 80 и второй цилиндр амортизатора 82.
Поршень первого цилиндра амортизатора 80 выдвигается, когда выдвигается штифт 46 первого исполнительного механизма 28. Если во время перемещения по оси к первому осевому положению держатель кулачка 26 в конце концов контактирует с поршнем первого цилиндра амортизатора 80, то поршень первого цилиндра амортизатора 80 вставляется в паз. В этом случае гидравлическая жидкость вытесняется из первого цилиндра амортизатора 80. Гидравлическая жидкость проходит через первый дроссель 84 в камеру для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания. Посредством вытеснения гидравлической жидкости перемещение по оси держателя кулачка 26 сглаживается.
Аналогичным образом поршень второго цилиндра амортизатора 82 выдвигается, когда выдвигается штифт 48 второго исполнительного механизма 30. Из второго цилиндра амортизатора 82 вытесняется гидравлическая жидкость, когда поршень второго цилиндра амортизатора 82 вставляется в паз под воздействием кулачка держателя 26. Вытесненная гидравлическая жидкость проходит через второй дроссель 86 и достигает камеры для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания.
Когда гидравлическая жидкость вытесняется из первого цилиндра амортизатора 80, первый обратный клапан 88 не дает гидравлической жидкости идти от первого цилиндра амортизатора 80 к первому исполнительному механизму 28. Аналогичным образом, второй обратный клапан 90 предотвращает перетекание гидравлической жидкости, вытесненной из второго цилиндра амортизатора 82, ко второму исполнительному механизму 30.
Первый цилиндр амортизатора 80 сглаживает перемещение по оси держателя кулачка 26 во второе осевое положение. Второй цилиндр амортизатора 82 сглаживает перемещение по оси держателя кулачка 26 в первое осевое положение. Дроссели 84, 86 обеспечивают сопротивление гидравлической жидкости, вытесняемой из соответствующих цилиндров амортизатора 80, 82, чтобы обеспечить требуемое сглаживание.
Преимущество использования цилиндров амотризатора 80, 82 по сравнению с использованием упругих элементов 72, 74 (см. Фигура 2), в частности, заключается в том, что нет силы упругого последействия, а всего лишь обеспечивается сглаживание при помощи цилиндров амортизатора 80, 82.
На фигуре 4 показана дополнительная гидравлическая система 92. Гидравлическая система 92 отличается от гидравлической системы 78 на фиг. 3, в частности тем, что в ней не предусмотрены отдельные цилиндры амортизатора. Сглаживание перемещения по оси держателя кулачка 26 осуществляется самими исполнительными механизмами 28, 30.
В частности, гидравлическая система 92 имеет первый механический 4-ходовой клапан 94 и второй механический 4-ходовой клапан 96. Первый механический 4-ходовой клапан 94 приводится в действие первым электрическим 2-ходовым клапаном 60. Второй механический 4-ходовой клапан 96 приводится в действие вторым электрическим 2-ходовым клапаном 66. Кроме того, гидравлическая система 92 имеет третий электрический 2-ходовой клапан 98 и четвертый электрический 2-ходовой клапан 100.
Для перемещения по оси держателя кулачка 26 в первое осевое положение первый механический 4-ходовой клапан 94 приводится в действие первым электрическим 2-ходовым клапаном 60. Первый 4-ходовой клапан 94 устанавливает гидравлическое соединение между главным гидравлическим трубопроводом 54 и первым исполнительным механизмом 28. Штифт 46 первого исполнительного механизма 28 выдвигается. Держатель кулачка 26 перемещается по направлению к первому осевому положению.
Чтобы сгладить передвижение по оси держателя кулачка 26 при перемещении в первое осевое положение, третий электрический 2-ходовой клапан 98 устанавливает гидравлическое соединение между вторым исполнительным механизмом 30 и главным гидравлическим трубопроводом 54.  Штифт 48 второго исполнительного механизма 30 в выдвинутом положении контактирует с держателем кулачка 26, когда держатель кулачка 26 перемещается в первое осевое положение. В этом случае штифт 48 вставляется в паз второго исполнительного механизма 30. Гидравлическая жидкость вытесняется из второго исполнительного механизма 30. Вытесненная гидравлическая жидкость проходит при помощи соответствующего установленного второго механического 4-ходового клапана 96 через первый дроссель 84 в камеру для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания. Во время вытеснения гидравлической жидкости происходит сглаживание перемещения держателя кулачка 26.
Аналогичным образом держатель кулачка 26 выполнен с возможностью перемещения во второе осевое положение посредством второго исполнительного механизма 30. Скользящее перемещение держателя кулачка 26 затем может сглаживаться посредством первого исполнительного механизма 28. Для этой цели переключаются четвертый электрический 2-ходовой клапан 100 и первый механический 4-ходовой клапан 94, соответственно.
Когда гидравлическая жидкость вытесняется из первого исполнительного механизма 28, первый обратный клапан 88 предотвращает возврат гидравлической жидкости к четвертому электрическому 2-ходовому клапану 100. Аналогичным образом, второй обратный клапан 90 предотвращает возврат гидравлической жидкости, вытесняемой из второго исполнительного механизма 30, к третьему электрическому 2-ходовому клапану 98.
Преимущество этого варианта исполнения, в частности, заключается в том, что нет необходимости предусматривать отдельный цилиндр амортизатора или упругие элементы для сглаживания перемещения по оси держателя кулачка 26.
На фигуре  5 показана дополнительная гидравлическая система 102. Гидравлическая система 102 отличается от гидравлической системы 92 на фиг. 4, в частности тем, что вместо двух отдельных дросселей 84, 86 предусмотрен общий дроссель 104. Кроме того, клапаны 94, 96 имеют нейтральные положения, которые отличаются от фиг. 4.
На фигурах 6-18 показана дополнительная гидравлическая система 106 с примерной конфигурацией для первого исполнительного механизма 28 и второго исполнительного механизма 30. На фиг. 6-15 показана последовательность перемещения держателя кулачка 26 через первый исполнительный механизм 28 в первое осевое положение, в то время как держатель кулачка 26 вращается вместе с распределительным валом 24 (см. фиг. 1).
Гидравлическая система 106 оснащена первым электрическим 2-ходовым клапаном 108 и вторым электрическим 2-ходовым клапаном 110. Кроме того, гидравлическая система 106 включает первый регулирующий клапан 112 и второй регулирующий клапан 114, а также первый обратный клапан 116 и второй обратный клапан 118. Кроме того, гидравлическая система 106 имеет первый дроссель 84 и второй дроссель 86.
Помимо штифта 46 первый исполнительный механизм 28 имеет перемещаемый поршень 120, первую перемещаемую гильзу 122, вторую перемещаемую гильзу 124, первый упругий элемент 126, второй упругий элемент 128 и третий упругий элемент 130. Первый упругий элемент 126 предварительно смещает поршень 120 в направлении, противоположном штифту 46. Второй упругий элемент 128 подпирает штифт 46 первой гильзой 124. Третий упругий элемент 130 предварительно смещает вторую гильзу 124 в направлении поршня 120. Осевое движение штифта 46 во время выдвижения штифта 46 ограничивается второй гильзой 124. Штифт 46 вводится в гильзы 122, 124.
Второй исполнительный механизм 30 сконструирован идентично первому исполнительному механизму 28, с поршнем 132, первой гильзой 134, второй гильзой 136, первым упругим элементом 138, вторым упругим элементом 140 и третим упругим элементом 142.
На фигуре 6 показан первый исполнительный механизм 28 и второй исполнительный механизм 30 в неактивированном состоянии. Штифты 46 и 48 втянуты. Первый и второй 2-ходовые клапаны с электрическим приводом 108, 110 включаются таким образом, что гидравлическая жидкость от первого исполнительного механизма 28 и второго исполнительного механизма 30 направляется в камеру для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания.
На фигуре 7 показан первый исполнительный механизм 28 в начале срабатывания. Первый 2-ходовой клапан с электрическим приводом 108 позволяет гидравлической жидкости проходить от источника гидравлической жидкости. Гидравлическая жидкость направляется в контрольную камеру жидкости для смещения первой гильзы 122.
На фигуре 8 показано, что гидравлическая жидкость, подводимая в контрольную камеру жидкости для смещения первой гильзы122, сместила первую гильзу 122 вместе со второй гильзой 124 и штифтом 46 в направлении контактной поверхности с исполнительным механизмом 50. Первая гильза 122, вторая гильза 124 и штифт 46 сместились под воздействием силы предварительного натяжения третьего упругого элемента 130. Третий упругий элемент 130 сжимается. Штифт 46 соприкасается с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50 в зоне, в которой контактная поверхность с исполнительным механизмом 50 имеет наибольшее расстояние от первого исполнительного механизма 28.
Вследствие смещения второй гильзы 124 и штифта 46 гидравлический канал второй гильзы 124 выравнивается с гидравлическим каналом штифта 46. Гидравлический канал второй гильзы 124 и гидравлический канал штифта 46 устанавливают гидравлическое соединение между источником гидравлической жидкости и контрольной камерой жидкости для перемещения поршня 120. Гидравлическая жидкость течет по гидравлическим каналам второй гильзы 124 и штифта 46 в контрольную камеру жидкости для перемещения поршня 120.
На фигуре 9 показано, что гидравлическая жидкость, подаваемая в контрольную камеру жидкости для перемещения первого поршня 120, сместила поршень 120 в направлении контактной поверхности с исполнительным механизмом 50. Поршень 120 сместился под воздействием силы предварительного натяжения первого упругого элемента 126. Поршень 120 контактирует со штифтом 46, чтобы зафиксировать его.
На фигурах 10 и 11 показано, что вследствие вращения держателя кулачка 26 штифт 46 в итоге входит в зацепление со второй наклонной плоскостью 50В. Штифт 46, зафиксированный поршнем 120, толкает держатель кулачка 26 по направлению ко второму исполнительному механизму 30.
На фигуре 12 показано, как держатель кулачка 26 касается штифта 48 через контактную поверхность с исполнительным механизмом 52 привода в конце перемещения, вызванного первым исполнительным механизмом 28. В результате соприкасания и под воздействием силы предварительного натяжения второго упругого элемента 140 штифт 48 смещается в направлении поршня 132 второго исполнительного механизма 30. В результате происходит демпфирование скользящего перемещения держателя кулачка 26.
На фигуре 13 показано, как сила предварительного натяжения второго упругого элемента 140 переместила штифт 48 назад в исходное положение. В результате держатель кулачка 26 слегка сместился в направлении первого исполнительного механизма 28. Держатель кулачка 26 теперь расположен посередине между первым исполнительным механизмом 28 и вторым исполнительным механизмом 30. В таком положении устройство стопорения 76 (см., например, Фигуры 2-5) имеет возможность удерживать держатель кулачка 26 в осевом направлении на распределительном валу 24 (см. Фигура 1).
На фигуре 14 показано, что первый 2-ходовой клапан с электрическим приводом 108 был переключен. Первый 2-ходовой клапан с электрическим приводом 108 устанавливает гидравлическое соединение между первым исполнительным механизмом 28 и камерой для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания через первый дроссель 86. Гидравлическая жидкость из контрольной камеры для перемещения поршня 120 течет обратно по гидравлическим каналам второй гильзы 124 и штифта 46 в направлении первого 2-ходового клапана с электрическим приводом 108. Кроме того, гидравлическая жидкость из контрольной камеры для перемещения поршня 120 проходит через первый контрольный клапан 112 по направлению к первому 2-ходовому клапану с электрическим приводом 108. В то же время гидравлическая жидкость течет из контрольной камеры для перемещения первой гильзы 128 в направлении первого 2-ходового клапана с электрическим приводом 108.
На фигуре 15 показано, что вследствие вытекания гидравлической жидкости поршень 120 сместился в направлении, противоположном второму исполнительному механизму 30, под воздействием силы предварительного натяжения первого упругого элемента 126. Кроме того, первая гильза 122, вторая гильза 124 и штифт 46 вместе переместились в направлении, противоположном второму исполнительному механизму 30, под воздействием силы предварительного натяжения третьего упругого элемента 130. Штифт 46 втянут.
Из состояния, показанного на фигуре 15, держатель кулачка 26 выполнен с возможностью перемещения назад во второе осевое положение посредством приведения в действие второго исполнительного механизма 30. При этом принцип работы второго исполнительного механизма 30, направленный на перемещение, аналогичен принципу работы первого исполнительного механизма 28 при перемещении в первое осевое положение. Принцип работы первого исполнительного механизма 28 для демпфирования скользящего перемещения также идентичен принципу работы второго исполнительного механизма 30 при демпфировании перемещения в первое осевое положение.
На фигурах 16-18 показано, что смещение держателя кулачка 26 с помощью первого исполнительного механизма 28 выполняется только тогда, когда штифт 46 входит в зацепление с наклонной плоскостью 50В на максимальном расстоянии. Когда штифт 46 входит в контакт с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50 на наклонной плоскости 50В или за пределами наклонной плоскости 50В, смещение держателя кулачка 26 не происходит.
На фигуре 16, как и на фигуре 6, показан первый исполнительный механизм 28 и второй исполнительный механизм 30 в неактивированном состоянии. Штифты 46 и 48 втянуты. Первый и второй 2-ходовые клапаны с электрическим приводом 108, 110 включаются таким образом, что гидравлическая жидкость от первого исполнительного механизма 28 и второго исполнительного механизма 30 направляется в камеру для гидравлической жидкости двигателя внутреннего сгорания.
На фигуре 17 показан первый исполнительный механизм 28 в начале срабатывания. Первый 2-ходовой клапан с электрическим приводом 108 позволяет гидравлической жидкости проходить от источника гидравлической жидкости. Гидравлическая жидкость направляется в контрольную камеру жидкости для смещения первой гильзы 122. Штифт 46 уже находится в контакте с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50. Т.е. штифт 46 соприкасается с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50 в зоне, в которой контактная поверхность с исполнительным механизмом 50 имеет наименьшее расстояние от первого исполнительного механизма 28.
На фигуре 18 показано, что гидравлическая жидкость, подводимая в контрольную камеру жидкости для смещения первой гильзы122, сместила первую гильзу 122 вместе со второй гильзой 124 в направлении контактной поверхности с исполнительным механизмом 50. Однако штифт 46 не переместился с первой гильзой 122 и второй гильзой 124 по направлению к контактной поверхности  с исполнительным механизмом 50, так как штифт 46 уже находится в контакте с контактной поверхностью с исполнительным механизмом 50. Относительное смещение между первой гильзой 122 и штифтом 46 приводит к сжатию второго упругого элемента 128. Гидравлические каналы штифта 46 и второй гильзы 124 не совмещены друг с другом. Таким образом, гидравлическое соединение между первым 2-ходовым клапаном с электрическим приводом 108 и контрольной камерой для перемещения поршня 120 не образуется.
Штифт 46 не будет выдвигаться до тех пор, пока он не войдет в контакт с первой наклонной плоскостью 50А (см. Фигура 1) и областью контактной поверхности с исполнительным механизмом 50, в которой контактная поверхность с исполнительным механизмом 50 имеет наибольшее расстояние от первого исполнительного механизма 28. Таким образом можно гарантировать, что осевое смещение держателя кулачка 26 происходит только в области основного круга.
Изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами исполнения, описанными выше. Напротив, возможны различные варианты и модификации, которые используют сущность изобретения и, следовательно, попадают в сферу 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
12  Газораспределительный клапан
14  Газораспределительный клапан
16  Кулачковый механизм с толкателем
18  Устройство, передающее усилие
20  Первая опора подшипника
22  Вторая опора подшипника
24  Распределительный вал
26  Держатель кулачка
28  Первый исполнительный механизм
30  Второй исполнительный механизм
32  Первый кулачок
34  Второй кулачок
36  Первая кулиса переключения передач
38  Вторая кулиса переключения передач
40  Клапанный рычаг
42  Ось клапанного рычага
44  Кулачковый следящий элемент
46  Штифт
48  Штифт
50  Контактная поверхность с исполнительным механизмом
50A  Первая наклонная плоскость
50B  Вторая наклонная плоскость
52  Контактная поверхность с исполнительным механизмом
52A Первая наклонная плоскость
52B Вторая наклонная плоскость
53  Гидравлическая система
54  Главный гидравлический трубопровод
56  Первый соединительный трубопровод
58  Второй соединительный трубопровод
60  Первый клапан с электрическим приводом
62  Первый клапан с механическим приводом
64  Первый регулирующий клапан
66  Второй клапан с электрическим приводом
68  Второй клапан с механическим приводом
70  Второй регулирующий клапан
72  Первый упругий элемент
74  Второй упругий элемент
76  Устройство стопорения
78  Гидравлическая система
80  Первый цилиндр амортизатора
82  Второй цилиндр амортизатора
84  Первый дроссель
86  Второй дроссель
88  Первый обратный клапан
90  Второй обратный клапан
92  Гидравлическая система
94  Первый 4-ходовой клапан с механическим приводом
96  Второй 4-ходовой клапан с механическим приводом
98  Третий 2-ходовой клапан с электрическим приводом
100 Четвертый 2-ходовой клапан с электрическим приводом
102 Гидравлическая система
104 Общий дроссель
106 Гидравлическая система
108 Первый 2-ходовой клапан с электрическим приводом
110 Второй 2-ходовой клапан с электрическим приводом
112 Первый регулирующий клапан
114 Второй регулирующий клапан
116 Первый обратный клапан
118 Второй обратный клапан
120 Поршень
122 Первая гильза
124 Вторая гильза
126 Первый упругий элемент
128 Второй упругий элемент
130 Третий упругий элемент
132 Поршень
134 Первая гильза
136 Вторая гильза
138 Первый упругий элемент
140 Второй упругий элемент
142 Третий упругий элемент