УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ВЫПУСКНОГО КЛАПАНА, УПРАВЛЯЕМОГО С ПОМОЩЬЮ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE AND METHOD FOR ACTUATING AT LEAST ONE EXHAUST VALVE OF VALVE-CONTROLLED INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к устройству для приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана, управляемого с помощью клапанов двигателя внутреннего сгорания для безрельсовых транспортных средств, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к способу приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана, управляемого с помощью клапанов двигателя внутреннего сгорания, согласно ограничительной части пункта 14 формулы изобретения.
Например, из образующего уровень техники US 2010/319657 А1 известно увеличение тормозного действия двигателя внутреннего сгорания в режиме принудительного холостого хода тем, что на обратный напор отработавших газов с помощью подпорного клапана в тракте отработавших газов накладывается действие декомпрессии (EVB соответственно exhaust valve brake), при котором по меньшей мере один выпускной клапан каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания в режиме торможения удерживается открытым в промежуточном положении. Это осуществляется в клапанном механизме двигателя внутреннего сгорания с помощью гидравлического цилиндропоршневого блока в силовом потоке между приводным кулачком кулачкового вала и нагружающим выпускной клапан исполнительным элементом, соответственно коромыслом. Кроме того, в исполнительном механизме расположен второй цилиндропоршневой блок, который выполнен в виде само по себе известного гидравлического, компенсирующего клапанный зазор элемента (HVA).
В таких устройствах проблемы может создавать элемент HVA в режиме торможения двигателем, поскольку при этом за счет неопределенных процессов движения и за счет возникающего прыганья клапанов, вызванного обратным напором отработавших газов, может возникать «накачивание» элемента HVA, при котором не обеспечивается мгновенное надежное закрывание выпускного клапана в режиме подачи топлива двигателя внутреннего сгорания.
Поэтому задачей изобретения является дальнейшее усовершенствование известного из уровня техники устройства и известного из уровня техники способа с помощью конструктивно простых средств так, что как в регулярном режиме, так и в режиме торможения двигателем, соответственно EVB, достигается функционально надежная и без помех работа клапанов.
Решение этой задачи возможно с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные модификации и варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно пункту 1 формулы изобретения, предлагается устройство для приведения в действие по меньшей мере одного выпускного клапана, управляемого с помощью клапанов двигателя внутреннего сгорания для безрельсовых транспортных средств, содержащее приводимый в движение кулачковым валом исполнительный элемент, который предпочтительно образован приводимым с помощью кулачкового вала коромыслом. Кроме того, в силовом потоке между кулачком кулачкового вала и по меньшей мере одним выпускным клапаном включен первый цилиндропоршневой блок, предпочтительно гидравлически нагружаемый цилиндропоршневой блок, с помощью которого обеспечивается возможность удерживания по меньшей мере одного выпускного клапана в режиме торможения двигателем с обратным напором отработавших газов в незакрытом промежуточном положении. Дополнительно к этому предусмотрен второй цилиндропоршневой блок, который выполнен в виде компенсирующего клапанный зазор элемента (HVA), предпочтительно в виде гидравлического, компенсирующего клапанный зазор элемента (HVA). Согласно изобретению, в силовом потоке между кулачком и выпускным клапаном предусмотрено по меньшей мере одно фиксирующее приспособление для фиксации, в частности для бесступенчатой фиксации, исполнительного элемента, при этом фиксирующее приспособление выполнено и/или, например, предназначено для управления с помощью управляющего приспособления так, что оно в режиме торможения двигателем активируется при прохождении основной окружности кулачка, и в соответствии с этим фиксируется положение исполнительного элемента, и что оно в режиме торможения двигателем деактивируется при прохождении зоны кулачка, и в соответствии с этим снимается фиксация положения исполнительного элемента.
Таким образом, фиксация осуществляется, согласно изобретению, лишь в режиме торможения двигателем, в то время как исполнительный элемент, например ролик коромысла в качестве исполнительного элемента, находится на основной окружности кулачка. Фиксация снимается незадолго перед ходом кулачка, а затем снова мгновенно активируется. С помощью решения, согласно изобретению, т. е. управляемой во времени фиксацией исполнительного элемента, в частности коромысла, удается надежно предотвращать нежелаемое накачивание компенсирующих элементов и тем самым нежелательное удерживание открытыми выпускных клапанов. В частности, выполнение фиксирующего приспособления так, что с его помощью обеспечивается возможность бесступенчатой, соответственно, независимой от положения фиксации образованного, например с помощью коромысла исполнительного элемента, особенно предпочтительно, поскольку в этом случае исполнительный элемент можно затем мгновенно фиксировать в любом положении исполнительного элемента, без возникновения при этом задержки при фиксации, как это может происходить, например, при фиксирующих соединениях с геометрическим замыканием. Тем самым предпочтительно возможно также простое согласование положения фиксации с измененными условиями внутри клапанного привода.
Понятно, что в этом случае действие по меньшей мере одного фиксирующего приспособления в полностью активированном состоянии предпочтительно таково, что тем самым полностью устраняется действие регулирования элемента HVA по меньшей мере в режиме торможения двигателем, т. е. исполнительный элемент удерживается в своем положении жестко, соответственно, неподвижно, и тем самым по меньшей мере одно фиксирующее приспособление прикладывает к исполнительному элементу удерживающую силу, которая больше действующей за счет элемента HVA силы перестановки.
В то время как в клапанном приводе с двумя интегрированными, гидравлическими цилиндропоршневыми блоками, в частности в режиме EVB, за счет наложения друг на друга динамических движений могут происходить сложные и неопределенные процессы движения, которые не обеспечивают желаемое отсутствие клапанных зазоров в клапанном приводе и в результате могут оказывать отрицательное влияние на функцию EVB, этот недостаток устраняется с помощью решения согласно изобретению, однако без отрицательного влияния в регулярном режиме двигателя внутреннего сгорания на функцию HVA.
Особенно предпочтительно исполнительный элемент может быть образован с помощью состоящего из двух частей коромысла с расположенным на стороне кулачка кулачковым рычагом и расположенным на стороне выпускного клапана исполнительным рычагом, при этом фиксирующее приспособление в этом случае может взаимодействовать с исполнительным рычагом и/или с кулачковым рычагом.
В первом предпочтительном варианте выполнения изобретения фиксирующее приспособление может быть образовано с помощью по меньшей мере одного электромагнита, который при соответствующем управлении в режиме торможения двигателем и при прохождении основной окружности кулачка исполнительного элемента, соответственно коромысла, активируется. Такое, в частности, электронное управление (это может быть модифицированное устройство управления двигателем) обеспечивает возможность точной установки в соответствии с состоянием нагрузки и режима двигателя внутреннего сгорания, например со скоростью вращения двигателя, рабочими циклами и т.д. Тем самым возможна также особенно предпочтительная бесступенчатая фиксация. Исполнительный элемент может быть полностью или же также лишь в некоторых зонах выполнен из магнитнопритягиваемого материала, соответственно покрыт им.
При этом электромагнит может с помощью своей магнитной силы нагружать, соответственно стабилизировать, движение коромысла против регулировочного действия элемента HVA с целью эффективного противодействия неопределенным процессам движения. Предпочтительно для этого электромагнит расположен, например, на стороне корпуса двигателя внутреннего сгорания в зоне движения выполненного в виде коромысла исполнительного элемента и снаружи его оси поворота. Возможно также расположение на стороне клапанного привода. Понятно, что расположение для бесступенчатого, соответственно независимого от положения регулирования должно быть таким, чтобы это было возможно, т. е., например, чтобы электромагнит был расположен сбоку от исполнительного элемента, соответственно коромысла.
При этом понятие «электромагнит» следует понимать исключительно в широком смысле, и оно должно охватывать, естественно, все требуемые для реализации электромагнитного принципа действия конструктивные элементы.
В одном альтернативном варианте выполнения изобретения фиксирующее приспособление может быть образовано с помощью по меньшей мере одного фрикционного тормоза, который взаимодействует с исполнительным элементом, в частности, с помощью фрикционного тормоза, расположенного вокруг оси опрокидывания выполненного в виде коромысла исполнительного элемента. Тем самым создается механический вариант выполнения, который обеспечивает возможность торможения исполнительного элемента, соответственно коромысла, и тем самым стабилизации его движения.
Предпочтительно выполненное в виде фрикционного тормоза фиксирующее приспособление может иметь по меньшей мере один фрикционный диск, который воздействует на заданную тормозную поверхность исполнительного элемента, в частности на выполненную в качестве тормозной поверхности торцевую сторону ступицы выполненного в виде коромысла исполнительного элемента.
Приведение в действие фрикционного тормоза можно осуществлять, в принципе, различным образом, при этом предпочтительным является гидравлическое приведение в действие фрикционного тормоза. Например, для этого можно применять гидравлический управляющий клапан, который, например, в зависимости от вращения кулачкового вала в режиме торможения двигателем соответствующим образом нагружает воздействующий на тормозной диск цилиндропоршневой блок.
Предпочтительно в клапанном приводе предусмотрено несколько, например два, выпускных клапанов для каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания, которые приводятся совместно в действие с помощью исполнительного элемента через клапанный мостик, при этом первый цилиндропоршневой блок расположен в клапанном мостике и воздействует по меньшей мере на одну часть выпускных клапанов, в частности, лишь на один из выпускных клапанов.
Наконец, первый цилиндропоршневой блок и элемент HVA могут предпочтительно совместно снабжаться из системы циркуляции под давлением смазочного масла напорным маслом, при этом в ведущем к первому цилиндропоршневому блоку подводящем трубопроводе расположен обратный клапан, при этом дополнительно камера сжатия первого цилиндропоршневого блока в закрытом состоянии по меньшей мере одного выпускного клапана имеет управляемый с помощью стационарной контропоры выпускной трубопровод, и цилиндропоршневой блок, а также клапанная пружина выпускного клапана согласованы так, что в режиме торможения двигателем при соответственно закрытой выпускной заслонке в системе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания остается открытым заданным образом выпускной клапан.
Обеспечиваемые решением, согласно изобретению, преимущества относятся аналогично к способу, согласно изобретению, и к безрельсовому транспортному средству, согласно изобретению. В этом отношении делается ссылка на приведенные выше выкладки.
Ниже приводится более подробное пояснение примера выполнения изобретения.
На единственной прилагаемой фиг. 1 изображена необходимая для понимания данного изобретения головка 1 цилиндров управляемого с помощью клапанов четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания (дизельного двигателя), в которой, наряду с невидимыми впускными клапанами, расположены в качестве примера два выпускных клапана 2, 3 (видны лишь стержни клапанов). Удерживающие клапаны 2, 3, известным образом закрытые клапанные пружины, не изображены.
Воздействующий на выпускные клапаны 2, 3 клапанный привод состоит из приводного кулачка 4 кулачкового вала двигателя 1 внутреннего сгорания, опирающегося на неподвижную поворотную ось 5 коромысла 6 и клапанного мостика 7, который перекрывает оба выпускных клапана 2, 3, соответственно их стержни.
Функционально двухплечевое коромысло 6 выполнено здесь в качестве примера состоящим из двух частей, а именно с кулачковым рычагом 6а и воздействующим на клапанный мостик 7 исполнительным рычагом 6b, которые выступают на обеих сторонах опоры за ось 5 коромысла.
Клапанный рычаг 6а с помощью отдельной оси 8 поворота опирается на исполнительный рычаг 6b и несет установленный с возможностью вращения на оси 9 ролик 10, который катится по кулачку 4 для привода коромысла 6.
Между клапанным рычагом 6а и исполнительным рычагом 6b расположен лежащий снаружи оси 8 поворота гидравлический компенсирующий клапанный зазор элемент, соответственно HVA-элемент 11, который может иметь известную конструкцию и поэтому дополнительно не поясняется.
Исполнительный рычаг 6b коромысла 6 воздействует через регулировочный винт 12 (с контргайкой) и сферически опирающуюся на него соединительную чашку 13 на клапанный мостик 7 в расположенном между обоими выпускными клапанами 2, 3 месте.
Кроме того, над клапанным мостиком 7 предусмотрена стационарная контропора 14, функция которой будет пояснена ниже.
Внутри клапанного мостика 7 расположен цилиндропоршневой блок 15 с направляемым внутри напорной камеры 16 с возможностью ограниченного перемещения поршнем 17, который воздействует на выпускной клапан 2. Напорная камера 16 соединена через подводящий канал 18 с интегрированным шариковым обратным клапаном 19 и через не изображенные, обозначенные в целом позицией 20 подводящие каналы в соединительной чашке 13, регулировочном винте 12, в коромысле 6 и, наконец, через ось 5 коромысла с напорной циркуляционной системой смазочного масла двигателя внутреннего сгорания. Понятно, что в коромысле 6 предусмотрены также другие каналы 20 для смазки подвижных частей клапанного привода.
Дополнительно к этому в клапанном мостике 7 предусмотрен выпускной канал 21 заданного поперечного сечения, который входит в напорную камеру 16 цилиндропоршневого блока 15 и который управляется с помощью стационарной контропоры 14.
С помощью HVA-элемента 11 можно известным образом устранять возникающий, например, за счет износа клапанный зазор в передаточной цепи между кулачком 4 и выпускными клапанами 2, 3, соответственно клапанным мостиком 7, при этом толкатель 22 HVA-элемента 11, соответственно, выдвигается или вдвигается и изменяет расстояние s между кулачковым рычагом 6а и исполнительным рычагом 6b коромысла 6.
В регулярном режиме двигателя внутреннего сгорания без торможения двигателем оба выпускных клапана 2, 3 отрыты с помощью коромысла 6 и клапанного мостика 7 при прохождении кулачка и снова закрываются при достижении основной окружности кулачка. Через свободное при прохождении кулачка выпускное отверстие 21 может выходить масло из напорной камеры 16, однако оно тотчас заменяется при прохождении основной окружности через подводящие каналы 20 и обратный клапан 19.
Это динамическое равновесие изменяется в случае торможения двигателем, в котором заслонка отработавших газов в тракте отработавших газов двигателя внутреннего сгорания закрывается, и тем самым на противоположную камере сгорания сторону выпускных клапанов действует значительный обратный напор отработавших газов, соответственно давление отработавших газов, которое при соответствующей настройке клапанной пружины выпускного клапана 2 и выполнении цилиндропоршневого блока 15 удерживает выпускной клапан 2 открытым в промежуточном положении. При этом должно обеспечиваться, что управляющее действие между клапанным мостиком 7 (выпускным каналом 21) и контропорой 14 не нарушается за счет возможно возникающего слишком большого клапанного зазора.
Поэтому в силовом потоке между кулачком 4 и выпускными клапанами 2, 3 предусмотрено фиксирующее приспособление 23 и/или фиксирующее приспособление 24, которое в режиме торможения двигателем при прохождении основной окружности кулачка активируется, и в соответствии с этим фиксирует положение коромысла 6, в то время как оно (фиксирующее приспособление) в режиме торможения двигателем при прохождении основной окружности кулачка 4 деактивируется, и в соответствии с этим снимается фиксация положения коромысла 6, как будет пояснено в качестве примера ниже.
Фиксирующее приспособление 23 является, например, управляемым, неподвижным относительно корпуса электромагнитом 23 (изображен в виде штриховки), который расположен в зоне перемещения исполнительного рычага 6b так, что он в активированном состоянии (во время фазы основной окружности кулачка) фиксирует положение исполнительного рычага 6b, предпочтительно бесступенчато, с помощью магнитной силы. Электромагнит 23 показан здесь лишь по причинам возможности изображения над коромыслом 6. Для реализации возможности бесступенчатой перестановки он расположен предпочтительно сбоку от коромысла 6, т. е. фактическое положение электромагнита 23 таково, что он, исходя из изображения на фиг. 1, должен быть повернут на 90° в плоскость чертежа или из плоскости чертежа и расположен там.
Это приводит к тому, что предотвращается возможно возникающее «накачивание» HVA-элемента 11 (увеличение расстояния s), и при завершении режима торможения двигателем мгновенно снова имеется клапанный привод без зазора с надежно закрывающимися выпускными клапанами 2,3.
При этом электромагнит предпочтительно управляется с помощью не изображенного электронного блока управления (например, соответствующим образом модифицированного блока управления двигателем) так, что его фиксирующее действие прикладывается к коромыслу 6 лишь при прохождении основной окружности кулачка 4 и лишь в режиме торможения двигателем, в то время как при ходе кулачка, соответственно в регулярном, с подачей топлива в режиме работы двигателя он переключается в неактивное состояние.
Вместо электромагнита 23 можно использовать в качестве альтернативного решения или дополнительно также фрикционный тормоз 24 в качестве фиксирующего приспособления для фиксации коромысла 6. В этом случае вокруг оси 5 коромысла может быть расположен по меньшей мере один, установленный без возможности проворачивания тормозной диск 25, который воздействует на одну из торцевых поверхностей 6с исполнительного рычага 6b коромысла 6.
С помощью фрикционного тормоза 24 можно, соответственно, тормозить и фиксировать исполнительный рычаг 6b коромысла 6.
Фрикционный тормоз 24 можно, например, гидравлически приводить в действие так, что фрикционное и тем самым в конечном итоге фиксирующее действие возникает лишь при прохождении основной окружности кулачка 4 и в режиме торможения двигателем, в то время как при прохождении зоны кулачка и в режиме работы двигателя с подачей топлива он не действует.
Для этого на фрикционный диск 25 может действовать изображенный лишь схематично с помощью силовых стрелок 26 цилиндропоршневой блок, который нагружается гидравлически давлением через управляющий клапан, при этом управляющий клапан, как указывалось выше, лишь при прохождении основной окружности кулачка и в режиме торможения двигателем соединен с источником давления (например, с напорной циркуляционной системой смазочного масла двигателя внутреннего сгорания).
Вместо состоящего из двух частей коромысла может быть также предусмотрено состоящее из одной части коромысло или качающийся рычаг с роликовым контактом или без него с кулачком 4 и с соответствующим расположением HVA-элемента 11 в силовом потоке между кулачком 4 и выпускным клапаном 2.
Перечень позиций
1 Головка цилиндров
2 Выпускной клапан
3 Выпускной клапан
4 Кулачок
5 Ось коромысла
6 Коромысло
6а Кулачковый рычаг
6b Исполнительный рычаг
6с Торцевая поверхность ступицы
7 Клапанный мостик
8 Ось поворота
9 Ось
10 Ролик
11 Гидравлический элемент компенсации клапанного зазора (элемент HVA)
12 Регулировочный винт
13 Соединительная чашка
14 Контропора
15 Цилиндропоршневой блок
16 Напорная камера
17 Поршень
18 Подводящий канал
19 Шариковый обратный клапан
20 Подводящие каналы
21 Выпускной канал
22 Толкатель
23 Электромагнит
24 Фрикционный тормоз
25 Фрикционный диск
26 Приложение давления