САМОАДАПТИВНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ИЗМЕНЯЕМЫМИ ФАЗАМИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ
SELF-ADAPTIVE HYDRAULIC SYSTEM WITH VARIABLE TIMING PHASES FOR DIESEL ENGINE AND METHOD OF ITS CONTROL

Область техники
Настоящее изобретение относится к самоадаптивной гидравлической системе с изменяемыми фазами газораспределения для двигателя внутреннего сгорания и способу управления.
Уровень техники
В традиционных четырехтактных поршневых двигателях обычно установлен механизм привода клапанов, приводящий в действие впускной клапан и выпускной клапан с помощью механического распределительного вала. Движение клапанов управляет фазами газораспределения с помощью механического привода между коленчатым валом и распределительным валом, а также распределительным валом и каждым клапаном. Такой механизм давно зарекомендовал себя как простой, эффективный и надежный и к тому же имеющий сравнительно небольшую стоимость. Однако такие параметры, как продолжительность и фаза открытия такого клапанного механизма, являются постоянными и не могут регулироваться во время работы двигателя, фазы газораспределения не могут быть изменены в различных рабочих режимах, и, таким образом, потенциальная эффективность двигателя не может быть полностью задействована. Изменение моментов открытия и закрытия клапанов, а также подъема требует регулировки процесса сгорания в усовершенствованных современных двигателях внутреннего сгорания, при этом наиболее типичным прототипом является система VVT (с изменяемыми фазами газораспределения), основанная на механическом и электрогидравлическом управлении, широко используемая для бензиновых двигателей. Однако в отношении дизельных двигателей, в частности мощных дизельных двигателей, редко говорится о применимых на практике механизмах регулировки клапанов из-за сложности конструкции и интенсивности нагрузки, воздействующей на регулировочные устройства. С 1980-х годов вопросы энергосбережения и сохранения окружающей среды становятся все более актуальными, а спрос общества на экономию топлива и сокращение вредных выбросов становится все более интенсивным, все больше внимания уделяется тому, как усовершенствовать эффективность двигателя и тепловой коэффициент полезного действия, а также снизить вредные выбросы. Усовершенствование механизма изменяемых фаз газораспределения стало ключевой технологией в развитии современных дизельных двигателей.
Изменение фаз газораспределения и продолжительности непосредственно воздействует на эффективность впуска и выпуска двигателя, а они имеют ключевое значение для качества процесса сгорания. При выборе фаз газораспределения и продолжительности должны учитываться такие вопросы, как экономия топлива, устойчивость на низких оборотах и выделение продуктов сгорания с отработавшими газами на высоких оборотах, крутящий момент на низких оборотах, расход топлива на холостых оборотах и частичная нагрузка двигателя. Для достижения надлежащей эффективности двигателя фазы газораспределения должны варьироваться с числом оборотов и нагрузкой. Двигателю требуется относительно большой угол перекрытия клапанов и более поздний угол закрытия впускного клапана на высоких оборотах и при большой нагрузке с тем, чтобы достичь относительно высокой выходной мощности. И наоборот, ему требуется более ранний угол закрытия впускного клапана и относительно небольшой угол перекрытия клапанов на холостых и малых оборотах при небольшой нагрузке с тем, чтобы достичь хорошей устойчивости на холостых оборотах и высокой эффективности при выделении продуктов сгорания.
Благодаря усилиям инженеров по снижению вредных выбросов двигателя и совершенствованию рабочей эффективности двигателя получили свое развитие рециркуляция выхлопных газов (EGR) и технологии последующей обработки. Однако уменьшение вредных выхлопов двигателя привело к падению эффективности двигателя, в то время как применение большого давления наддува может привести к слишком большой величине максимального давления вспышки двигателя. Система с изменяемыми фазами газораспределения может реализовать цикл Миллера путем изменения моментов открытия и закрытия клапанов, и, в некоторых рабочих режимах двигателя, некоторая часть воздуха, которая уже поступила в цилиндр, может снова попасть во впускной коллектор путем задержки времени закрытия впускного клапана, при этом под воздействием турбонаддува поддерживается некоторое давление воздуха, что существенно увеличивает эффективность впуска воздуха двигателя и снижает потери на всасывание насоса. Это ведет к уменьшению фактической степени сжатия и степени расширения большей, чем степень сжатия, что улучшает эффективность и снижает максимальное давление вспышки при работе двигателя.
По сравнению с фиксированными фазами газораспределения система с изменяемыми фазами газораспределения способна обеспечить переменное время открытия и закрытия клапанов или подъема на различных оборотах и нагрузке в различных рабочих диапазонах двигателя с тем, чтобы улучшить эффективность впуска и выпуска воздуха двигателя, а также для лучшего соответствия требованиям обеспечения динамических характеристик двигателя, экономичности и выбросов продуктов сгорания на высоких и низких оборотах, а также при большой и малой нагрузках, что может улучшить общую эффективность двигателя. Для дополнительного улучшения динамических характеристик двигателя и снижения вредных выбросов процесс сгорания в нем обычно нужно перенастроить, и в процессе перенастройки процесса сгорания количество впускаемого и выпускаемого воздуха, а также фазы открытия и закрытия клапанов должны быть своевременно отрегулированы для достижения оптимального процесса сгорания, высокой эффективности и более чистого сгорания. В наши дни развитие высоких технологий выдвинуло энергосбережение, повышение эффективности и низкий уровень выбросов автомобильного двигателя в качестве единой задачи "энергосбережения-высокой эффективности-защиты окружающей среды" для комплексного научно-технического развития. Ограничения, налагаемые фиксированными фазами газораспределения, не могут соответствовать постоянно меняющимся требованиям настоящего времени, что делает системы с изменяемыми фазами газораспределения одним из важных направлений исследований в области автомобильных двигателей.
Благодаря преимуществам систем с изменяемыми фазами газораспределения они привлекают все больше и больше внимания. Зарубежные исследовательские институты проделали по этой тематике большую исследовательскую работу, и были изобретены различные механизмы привода клапанов с изменяемыми фазами газораспределения. В то время как функция параметров клапанов с изменяемыми фазами газораспределения реализована в некоторых системах, только немногие механизмы могут иметь простую конструкцию и небольшую стоимость. Большинство механизмов привода клапанов с изменяемыми фазами газораспределения находятся все еще на экспериментальной стадии из-за вопросов стоимости и надежности. Основной рабочий режим механизмов привода клапанов с изменяемыми фазами газораспределения в существующих изделиях состоит в изменении фазы распределительного вала, где в оригинальные двигатели нужно вносить значительные изменения, как это часто можно видеть в маломощных бензиновых двигателях. Имеются два типа распределительных валов впускных и выпускных клапанов для мощных дизельных двигателей, т.е. "верхний распределительный вал" и "распределительный вал с боковым/нижним расположением". Поскольку "распределительный вал с боковым/нижним расположением" делает конструкцию двигателя простой и недорогой в изготовлении, он широко используется в настоящее время. Однако его впускные и выпускные клапаны обычно приводятся в действие одним распределительным валом, что затрудняет отдельную регулировку впускных и выпускных клапанов. В результате технология изменяемых фаз газораспределения для мощных дизельных двигателей еще только должна быть разработана.
Краткое описание изобретения
С учетом вышеупомянутого предшествующего уровня техники настоящее изобретение обеспечивает создание самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя и способа управления. В частности, оно относится к механизму, способному быстро осуществить изменяемые фазы газораспределения и предназначенному для использования с популярными дизельными двигателями с распределительными валами с боковым/нижним расположением, широко представленными на рынке в настоящее время, а также способу осуществления такого механизма.
Для решения указанной технической задачи в предшествующем уровне техники настоящее изобретение обеспечивает техническое решение для осуществления самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя, содержащей по меньшей мере двигатель, в котором масляный насос размещен на выходном валу привода двигателя. Масляный насос соединен с реверсивным клапаном регулировки давления и также соединен с главным смазочным каналом двигателя через масляную входную трубку масляного насоса. Реверсивный клапан регулировки давления соединен с масляной магистралью и масляной возвратной трубкой соответственно. Масляная магистраль соединена с главной трубкой подачи масла. Рабочей средой системы является моторное масло. Масляная входная трубка масляного насоса втягивает масло из главного смазочного канала двигателя, а масляный насос соединен с выходным валом двигателя. Реверсивный клапан регулировки давления регулирует масло под давлением, нагнетаемое масляным насосом до надлежащего рабочего давления, и переключает направление его потока для переключения рабочего режима системы. Главная трубка подачи масла, масляная магистраль и рабочие цилиндры двигателя соединены через самоадаптивный узел изменения длины толкателя. Масляная возвратная трубка соединена с маслосборным баком двигателя. Самоадаптивный узел изменения длины толкателя представляет собой самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа золотникового клапана. Самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа золотникового клапана содержит по меньшей мере основу, нижнюю концевую заглушку, поршень, шаровой палец коромысла, сухарь пальца, внутренний золотник и пружину. Основание расположено на головке цилиндра рабочего цилиндра двигателя. В упомянутой основе имеется нижняя концевая заглушка. Шаровой палец коромысла соединен с коромыслом клапана упомянутого двигателя. Шаровой палец коромысла прижат к верхнему концу поршня сухарем пальца. В упомянутой основе имеется отверстие основания для подачи масла. Нижняя концевая заглушка имеет отверстие подачи масла нижней концевой заглушки, масляное возвратное отверстие нижней концевой заглушки и масляный возвратный канал нижней концевой заглушки. Внутренний золотник прижат к нижнему концу поршня усилием пружины. Главная трубка подачи масла представляет собой трубку подачи масла из общей магистрали, и с ее помощью масло под давлением поступает на рабочие цилиндры двигателя через патрубки подачи масла.
Другой вариант технического решения осуществления самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно настоящему изобретению представляет собой систему, которая содержит по меньшей мере двигатель, маслосборный бак, шестеренчатый насос и распределительную шестерню. Между двигателем и маслосборным баком имеется масляная возвратная магистраль. На выходном валу привода двигателя имеется насос. Масляный насос соединен с реверсивным клапаном регулировки давления. Главный смазочный канал двигателя соединен с масляным насосом через масляную входную трубку масляного насоса. Реверсивный клапан регулировки давления также соединен с масляной магистралью и масляной возвратной трубкой соответственно. Маслопровод соединен с главной трубкой подачи масла. Рабочей средой системы является моторное масло. Масляная входная трубка масляного насоса втягивает масло из главного смазочного канала двигателя. Масляный насос соединен с выходным валом двигателя. Реверсивный клапан регулировки давления регулирует масло под давлением, нагнетаемое масляным насосом до надлежащего рабочего давления, и переключает направление его потока для переключения рабочего режима системы. Главная трубка подачи масла, масляная магистраль и рабочие цилиндры двигателя соединены через самоадаптивный механизм изменения длины толкателя. Масляная возвратная трубка соединена с маслосборным баком двигателя. Самоадаптивный узел изменения длины толкателя представляет собой управляемый механизм переключения маслопровода распределительной пластины, который содержит по меньшей мере масляную входную трубку, подвижную пластину, неподвижную пластину, патрубки подачи масла распределительной пластины и компоненты гидравлического толкателя. Подвижная пластина соединена с распределительной шестерней двигателя и снабжена маслопроводящим отверстием подвижной пластины. Неподвижная пластина снабжена множеством маслопроводящих отверстий, соответствующих положениям рабочих цилиндров двигателя. В рабочих цилиндрах двигателя размещены компоненты гидравлического толкателя. Маслопроводящие отверстия неподвижной пластины соединены с компонентами гидравлического толкателя рабочих цилиндров через патрубки подачи масла. Каждый из компонентов гидравлического толкателя содержит гидравлический поршень, нижнюю концевую заглушку, имеющую масляное входное и возвратное отверстие, а также нижний толкатель. Патрубки подачи масла распределительной пластины соединены с компонентами гидравлического толкателя.
Способ управления самоадаптивной гидравлической системой с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно настоящему изобретению выполняется одной из вышеописанных двух конструкций самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя. Работа реверсивного клапана регулировки давления управляется командами управления, посылаемыми электронным блоком управления двигателя в соответствии с рабочим режимом двигателя. Команды управления хранятся в MAP, управляемом двигателем. Переключение маслопровода осуществляется системой с изменяемыми фазами газораспределения для выполнения переключения между рабочим режимом и нерабочим режимом двигателя. Процесс управления происходит следующим образом:
Сначала масляный насос втягивает моторное масло из главного смазочного канала двигателя, и при этом масляный насос получает двигательную энергию из выходной мощности двигателя.
Реверсивный клапан регулировки давления доводит давление моторного масла до 10 МПа и определяет, выполнять ли переключение направления согласно конкретным величинам числа оборотов, нагрузки и температуры моторного масла двигателя, а также выполняет переключение между рабочим режимом и нерабочим режимом двигателя путем управления работой упомянутого реверсивного клапана регулировки давления. Когда температура масла двигателя превышает 70°C и число оборотов двигателя больше или равно 1300 об/мин, а нагрузка больше или равна 50%, реверсивный клапан регулировки давления переключает двигатель в рабочий режим. В противном случае, реверсивный клапан регулировки давления остается неподвижным, двигатель остается в нерабочем режиме, и масло под давлением возвращается непосредственно в маслосборный бак двигателя через масляную возвратную трубку.
Когда двигатель переключен в рабочий режим, масло под давлением поступает в самоадаптивный механизм изменения длины толкателя через масляную магистраль и приводит в действие самоадаптивный переключатель маслопровода. После того как масло под давлением выполнит свою работу, оно возвращается в маслосборный бак двигателя через масляную возвратную трубку.
По сравнению с предшествующим уровнем техники преимущественные воздействия согласно настоящему изобретению являются следующими:
(1) Система с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению может быть осуществлена путем модернизации существующего двигателя с неизменяемыми фазами газораспределения, только с небольшой модификацией оригинального двигателя, так что может быть легко осуществлено его промышленное внедрение.
(2) Источник двигательной энергии и рабочая среда системы с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению находятся в самом двигателе. Они не зависят от работы внешнего оборудования, но сами образуют систему.
(3) Система с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению может работать в рабочем режиме или нерабочем режиме в зависимости от потребности, и она может не только отвечать современным потребностям двигателя, но и обеспечивать функции энергосбережения и защиты окружающей среды.
(4) Только несколько составных частей требуется для системы с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению, так что система имеет простую конструкцию и низкую стоимость.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематический вид управляемого переключателя маслопровода типа золотникового клапана, выполненного с возможностью осуществления самоадаптивной системы с изменяемыми фазами газораспределения.
Фиг.2 - схематический вид внутренней конструкции самоадаптивного механизма 20 переключения маслопровода типа золотникового клапана, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - схематический вид управляемого переключателя маслопровода распределительной пластины, выполненного с возможностью осуществления самоадаптивной системы с изменяемыми фазами газораспределения.
Фиг.4 - схематический вид конструкции управляемого механизма 18 переключения маслопровода распределительной пластины, показанного на фиг.3.
Фиг.5 - схематический вид конструкции компонента 23 гидравлического толкателя, показанного на фиг.3.
Фиг.6 - основная блок-схема способа управления согласно настоящему изобретению, на которой:
1 - блок двигателя
2 - возвратная магистраль моторного масла
3 - маслосборный бак двигателя
4 - главный смазочный канал двигателя
5 - масляная входная трубка масляного насоса
6 - выходной вал привода двигателя
7 - масляный насос
8 - реверсивный клапан регулировки давления
9 - масляная возвратная трубка
10 - масляная магистраль
11 - главная трубка подачи масла
12 - патрубки подачи масла
13 - маховик двигателя
20 - механизм переключения маслопровода типа золотникового клапана, работающий в реальном масштабе времени
201 - коромысло клапана
26, 202 - напорная камера
203 - внутренний золотник
204 - масляное возвратное отверстие нижней концевой заглушки
205 - возвратное отверстие основания
206 - основание
207 - пружина
208 - головка цилиндра двигателя
27, 209 - нижняя концевая заглушка
29, 210 - нижний толкатель
211 - кулачок
212 - распределительный вал
213 - шаровой палец коромысла
214 - сухарь пальца
215 - поршень
216 - масляное входное отверстие нижней концевой заглушки
217 - масляное входное отверстие основания
218 - масляный возвратный канал основания
219 - масляный возвратный канал нижней концевой заглушки
16 - распределительная шестерня
17 - распределительный вал
18 - управляемый механизм переключения маслопровода распределительной пластины
181 - патрубки подачи масла распределительной пластины
23 - компоненты гидравлического толкателя
181 - патрубки подачи масла
182 - маслопроводящее отверстие неподвижной пластины
183 - неподвижная пластина
184 - масляная входная трубка распределительной пластины
185 - подвижная пластина
186 - маслопроводящее отверстие подвижной пластины
187 - масляная возвратная трубка распределительной пластины
25 - гидравлический поршень
28 - масляное входное и возвратное отверстие
Подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение дополнительно описано ниже со ссылкой на чертежи и подробные варианты его осуществления.
Задачей самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно настоящему изобретению является внедрение изменяемых фаз газораспределения на распределительном валу дизельного двигателя с боковым/нижним расположением, и она выполнена главным образом путем добавления к толкателю оригинального двигателя узла самоадаптивного механизма изменения длины толкателя, способного менять длину толкателя, с помощью нижнего толкателя в упомянутом механизме, согласно современным потребностям двигателя, так что оригинальный толкатель и нижний толкатель образуют толкатель впускного клапана в сборе.
Движение гидравлического плунжера в самоадаптивном механизме изменения длины толкателя выполнено маслом под давлением, втекающим и вытекающим из напорной камеры самоадаптивного механизма изменения длины толкателя и толкающим гидравлический плунжер (поршень) с целью осуществления вертикального возвратно-поступательного движения. Процесс втекания и вытекания гидравлического масла автоматически выполняется гидравлическим контуром самоадаптивного механизма изменения длины толкателя. Использование гидравлического контура, образованного самоадаптивным механизмом изменения длины толкателя, обеспечивает поддержание гидравлическим маслом фиксированной фазы для втекания и вытекания на различных оборотах двигателя, так что фазы газораспределения поддерживаются по существу неизменными или же изменяются по определенной модели, при этом отличительный признак настоящего изобретения заключается в самоадаптивном управлении клапанами. Двигательной энергией гидравлической системы согласно настоящему изобретению является выходная мощность двигателя, отбираемая при соединении с выходным устройством двигателя. Гидравлическое масло может представлять собой моторное масло или же отдельное гидравлическое масло. Первый способ нуждается в простой конструкции, а последний способ применим к двигателям, которые имеют строгие требования к переходному быстродействию, для которых температура или количество моторного масла не отвечают требованиям к быстродействию.
Как показано на фиг.1, самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере двигатель 1, в котором масляный насос 7 размещен на выходном валу 6 привода двигателя, при этом масляный насос 7 может представлять собой шестеренчатый насос, плунжерный насос, роторный насос и лопастной насос. Масляный насос 7 соединен с реверсивным клапаном 8 регулировки давления. Главный смазочный канал 4 двигателя соединен с масляным насосом 7 через масляную входную трубку 5 масляного насоса. Реверсивный клапан 8 регулировки давления также соединен с масляной магистралью 10 и масляной возвратной трубкой 9 соответственно. Масляная магистраль 10 соединена с главной трубкой 11 подачи масла. Рабочей средой системы является моторное масло. Масляная входная трубка 5 масляного насоса втягивает масло из главного смазочного канала 4 двигателя. Масляный насос 7 соединен с выходным валом двигателя 1. Реверсивный клапан 8 регулировки давления регулирует масло под давлением, нагнетаемое масляным насосом 7 до надлежащего рабочего давления, и переключает направление его потока для переключения рабочего режима системы. Главная трубка 11 подачи масла, масляная магистраль 10 и рабочие цилиндры двигателя соединены через самоадаптивный механизм изменения длины толкателя. Масляная возвратная трубка 9 соединена с маслосборным баком 3 двигателя.
Как показано на фиг.1, способ подачи масла согласно настоящему изобретению может представлять собой подачу масла из общей магистрали, т.е. главная трубка подачи масла соединена с патрубками подачи масла для подачи масла на компоненты гидравлического толкателя рабочих цилиндров двигателя. Согласно требованиям конструкции компоненту гидравлического толкателя нужна однократная подача масла и возврат масла в каждом цикле для выполнения регулировки подъема и фаз газораспределения клапанов. Поскольку число оборотов двигателя является большим, процесс переключения между подачей масла и возвратом масла должен быть чрезвычайно быстрым и точным. При этом давление пружины клапана должно быть достаточно велико для предотвращения выталкивания вверх гидравлического поршня. Таким образом, самоадаптивное управление переключением маслопровода под давлением, имеющим высокое рабочее давление и мощный поток, представляет собой основной вопрос и предмет вызова согласно настоящему изобретению.
Согласно настоящему изобретению приведены два примера вариантов осуществления самоадаптивного переключения масла под давлением для изменения длины самоадаптивного толкателя. Они представляют собой соответственно самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа золотникового клапана и самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа распределительной пластины.
Как показано на фиг.1 и 2, в самоадаптивном механизме переключения маслопровода типа золотникового клапана использован распределительный вал для приведения в действие золотникового клапана с целью управления в реальном времени переключением маслопровода для изменения длины толкателя с тем, чтобы дополнительно осуществить самоадаптивное управление временной фазой закрытия клапана.
Как показано на фиг.2, самоадаптивный механизм 20 переключения маслопровода типа золотникового клапана содержит по меньшей мере основание 206, нижнюю концевую заглушку 209, поршень 215, шаровой палец 213 коромысла, сухарь 214 пальца, внутренний золотник 203 и пружину 207. Основание 206, выполняющее двойную функцию золотникового клапана и направляющей, установлено на головке 208 цилиндра двигателя. В основании 206 имеется нижняя концевая заглушка 209. Шаровой палец 213 коромысла соединен с коромыслом 201 клапана двигателя 1. Шаровой палец 213 коромысла прижат к верхнему концу поршня 215 с помощью сухаря 214 пальца, при этом конструкция шарового пальца 213 коромысла и сухаря 214 пальца не только обеспечивает эффективную передачу движения, но также обеспечивает свободу движения коромысла 201 клапана. В основании 206 имеется масляное входное отверстие 217 основания. В нижней концевой заглушке 209 расположены масляное входное отверстие 216 нижней концевой заглушки, масляное возвратное отверстие 204 нижней концевой заглушки и масляный возвратный канал 219 нижней концевой заглушки. Внутренний золотник 203 прижат к нижнему концу поршня 215 под давлением пружины 207. Главная трубка подачи масла представляет собой трубку подачи масла из общей магистрали, и она передает давление масла на самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа золотникового клапана цилиндров двигателя через патрубки подачи масла.
Когда система находится в нерабочем режиме, моторное масло, подаваемое масляным насосом 7, поступает непосредственно в маслосборный бак 3 через реверсивный клапан 8 регулировки давления, длина упомянутого компонента гидравлического толкателя не меняется, и компонент гидравлического толкателя совершает вертикальное возвратно-поступательное движение вместе с вращением распределительного вала двигателя таким образом, что впускной клапан движется в соответствии с фазами газораспределения и подъемом клапанов, заданными для оригинального двигателя. Способ движения клапанов задан режимом оригинального двигателя, управляемым исключительно распределительным валом.
Когда система находится в рабочем режиме, моторное масло, подаваемое масляным насосом 7, доводится реверсивным клапаном регулировки давления до надлежащей величины давления масла и поступает в масляную магистраль 10, при этом в трубке возникает давление. Нижняя концевая заглушка 209 приводится в действие распределительным валом 212 двигателя и совершает вертикальное возвратно-поступательное движение вместе с кулачком 211 и толкателем 210, при этом в определенный момент этого движения масляное входное отверстие 216 нижней концевой заглушки вступает в сообщение с масляным входным отверстием 217 основания, и затем масло начинает поступать в напорную камеру 202, а по истечении некоторого периода поступления масла поршень 215 перемещается вверх и внутренний золотник 203 перемещается вверх вместе с поршнем 215 под давлением пружины 207. Достигнув наивысшей точки, кулачок 211 начинает падать и в определенном положении падения приводит масляное возвратное отверстие 204 нижней концевой заглушки в состояние сообщения с масляным возвратным отверстием 205 основания, что приводит к медленному сливу масла из гидравлического цилиндра. Когда распределительный вал 212 поворачивается к окружности основания, подъем клапанов входит в свою поддерживающую стадию, а закрытие клапанов начинает задерживаться, при этом скорость опускания клапанов полностью определяется диаметром масляного возвратного отверстия 204 нижней концевой заглушки. В это время масляный возвратный канал 219 нижней концевой заглушки и масляный возвратный канал 218 основания приведены в сообщение друг с другом. Поскольку поршень 215 продолжает передвигаться вверх, внутренний золотник 203 вынужден перемещаться вниз, и когда край распределения масла внутреннего золотника достигает масляного возвратного канала 219 нижней концевой заглушки, напорная камера 202 приводится в сообщение с масляным возвратным каналом 219 нижней концевой заглушки с помощью внутреннего золотника 203, причем в этот момент масляный возвратный канал 219 нижней концевой заглушки и масляный возвратный канал 218 основания приведены в сообщение друг с другом, и, таким образом, моторное масло в напорной камере 202 быстро выливается, поршень 215 снова восстанавливает свое положение, и клапан закрывается. Таким образом, регулировка фаз газораспределения в цикле управления клапанами двигателя выполнена. Подробная конструкция и способ работы самоадаптивного механизма переключения маслопровода типа золотникового клапана, который не является частью настоящего изобретения, были ранее раскрыты в китайском патенте номер 200810152274.7, озаглавленном «Двухрежимный механизм задержки закрытия впускных клапанов двигателя типа золотникового клапана».
Ключевым элементом системы с изменяемыми фазами газораспределения, управляемой переключателем маслопровода типа золотникового клапана, является самоадаптивный механизм золотникового клапана, который в реальном времени выполняет переключение маслопровода посредством движения толкателя, приводимого в действие распределительным валом и узлом специально разработанного механизма золотникового клапана, и управляет своевременным поступлением и вытеканием масла под давлением из компонентов гидравлического толкателя для осуществления регулировки фаз газораспределения. Вся система имеет компактную конструкцию и продуманный дизайн, при этом размеры и положение масляных входных и возвратных отверстий определяют переменное количество фаз газораспределения. Самоадаптивная конструкция переключения маслопровода типа золотникового клапана и компоненты гидравлического толкателя выполнены за одно целое, что устраняет различие, вызванное задержкой гидравлики при срабатывании, при этом не имеет значения, на каких оборотах вращается двигатель, переключение в реальном режиме времени маслопровода выполняется согласно фиксированной фазе газораспределения, так что обеспечивается стабильность рабочих характеристик системы с изменяемыми фазами газораспределения в различных рабочих условиях.
Как показано на фиг.3, 4 и 5, самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя, в которой использован самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа распределительной пластины, содержит по меньшей мере двигатель 1, возвратную магистраль 2 моторного масла, маслосборный бак 3, шестеренчатый насос 7, распределительную шестерню 16 и управляемый механизм переключения 18 маслопровода распределительной пластины. На выходном валу 6 привода двигателя размещен масляный насос 7. Масляный насос 7 соединен с реверсивным клапаном 8 регулировки давления. Главный смазочный канал 4 двигателя соединен с масляным насосом 7 через масляную входную трубку 5 масляного насоса. Реверсивный клапан 8 регулировки давления также соединен с масляной магистралью 10 и масляной возвратной трубкой 9 соответственно. Масляная магистраль 10 соединена с управляемым механизмом 18 переключения маслопровода распределительной пластины. Рабочей средой системы является моторное масло. Масляная входная трубка 5 масляного насоса втягивает масло из главного смазочного канала 4 двигателя. Масляный насос 7 соединен с выходным валом двигателя 1. Реверсивный клапан 8 регулировки давления регулирует масло под давлением, нагнетаемое масляным насосом 7 до надлежащего рабочего давления, и переключает направление его потока для переключения рабочего режима системы. Управляемый механизм 18 переключения маслопровода распределительной пластины распределяет масло под давлением из масляной магистрали 10 по компонентам гидравлического толкателя цилиндров через патрубки 181 подачи масла распределительной пластины. Масляная возвратная трубка 9 и масляная возвратная трубка 187 соединены с маслосборным баком 3 двигателя.
Как показано на фиг.4, самоадаптивный механизм изменения длины толкателя представляет собой управляемый механизм 18 переключения маслопровода распределительной пластины, который содержит по меньшей мере масляную входную трубку 184, масляную возвратную трубку 187, подвижную пластину 185, неподвижную пластину 183, патрубки 181 подачи масла распределительной пластины и компоненты гидравлического толкателя. Подвижная пластина 185 соединена с распределительной шестерней 16 упомянутого двигателя 1. В подвижной пластине 185 выполнено маслопроводящее отверстие 186 подвижной пластины. В неподвижной пластине 183 выполнены маслопроводящие отверстия 182 неподвижной пластины, соответствующие цилиндрам двигателя. Масляная магистраль 10 соединена с неподвижной пластиной 183 в управляемом механизме 18 переключения маслопровода распределительной пластины. В рабочих цилиндрах двигателя расположены компоненты гидравлического толкателя. Маслопроводящие отверстия 182 неподвижной пластины соединены с компонентами гидравлического толкателя рабочих цилиндров через патрубки подачи масла, и, как показано на фиг.5, каждый из компонентов гидравлического толкателя содержит гидравлический поршень 25, нижнюю концевую заглушку 27, имеющую масляное входное и возвратное отверстие 28, а также нижний толкатель 29. Неподвижная пластина 183 управляемого механизма 18 переключения маслопровода распределительной пластины жестко закреплена на блоке двигателя, а подвижная пластина 185 соединена с распределительной шестерней 16 для установки фаз газораспределения. Коромысло клапана прижато к гидравлическому поршню 25.
Самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя, в которой применен самоадаптивный механизм переключения маслопровода типа распределительной пластины, работает во взаимодействии с распределительной шестерней 16 и распределительным валом 17, при этом распределительная шестерня 16, соединенная с распределительным валом 17, обеспечивает синхронное вращение распределительного вала 17 и подвижной пластины 185 управляемого механизма 18 переключения маслопровода распределительной пластины, маслопроводящее отверстие 186 подвижной пластины приведено в сообщение с маслопроводящим отверстием 182 неподвижной пластины с целью сообщения с масляными входными и возвратными магистралями соответственно, так что масло под давлением своевременно поступает в и вытекает из напорной камеры 26 компонентов 23 гидравлического толкателя с целью обеспечения движения поршня 25 и выполнения им дополнительного подъема для перекрытия оригинального подъема клапанов с тем, чтобы обеспечить изменение фаз газораспределения. Продолжительность притока и вытекания масла в компонентах 23 гидравлического толкателя в рабочем цикле системы с изменяемыми фазами газораспределения определяется размерами маслопроводящего отверстия 186 подвижной пластины и маслопроводящих отверстий 182 неподвижной пластины в управляемом механизме 18 переключения маслопровода распределительной пластины, а моменты начала процессов притока и возврата масла определяются относительными положениями двух отверстий. Распределительная пластина может распределять масло под большим давлением по множеству компонентов 23 гидравлического толкателя одновременно путем создания различного количества масляных выходных отверстий в неподвижной пластине согласно потребностям.
Когда система находится в нерабочем режиме, моторное масло, подаваемое масляным насосом 7, поступает непосредственно в маслосборный бак 3 через реверсивный клапан 8 регулировки давления, при этом длина компонента гидравлического толкателя не меняется, а компонент гидравлического толкателя совершает вертикальное возвратно-поступательное движение вместе с вращением распределительного вала двигателя, так что впускной клапан движется в соответствии с регулировкой фаз газораспределения и подъема клапанов оригинального двигателя. Способ движения клапанов задан режимом оригинального двигателя, контролируемым исключительно распределительным валом.
Когда система находится в рабочем режиме, моторное масло, подаваемое масляным насосом 7, доводится реверсивным клапаном регулировки давления до надлежащего давления масла и поступает в масляную магистраль 10, при этом в трубке возникает давление. Масло под давлением поступает на распределительную пластину через масляную входную трубку 184 управляемого механизма 18 переключения маслопровода распределительной пластины для распределения. Подвижная пластина 185 вращается синхронно с распределительным валом 17, и при подъеме оригинального впускного клапана в течение определенного надлежащего времени маслопроводящее отверстие 186 подвижной пластины приводится в сообщение с маслопроводящим отверстием 182 неподвижной пластины определенного цилиндра, масло под давлением поступает в напорную камеру 26 компонента гидравлического толкателя через патрубок 181 подачи масла распределительной пластины и приводит поршень 25 в движение, а увеличение длины компонента гидравлического толкателя создает дополнительный подъем для перекрытия оригинального подъема клапанов. При дальнейшем повороте распределительного вала 17 на определенный угол масляное входное отверстие 186 распределительной пластины поворачивается далее, прерывает магистраль подачи масла и вступает в сообщение с возвратным маслопроводом, масло под давлением в напорной камере 26 течет обратно через масляное входное и возвратное отверстие 28 под воздействием давления клапанной пружины, а компонент 23 гидравлического толкателя восстанавливает свою оригинальную длину и дополнительный подъем исчезает. Таким образом, регулирование фаз газораспределения в цикле привода клапанов двигателя выполнено.
Система с изменяемыми фазами газораспределения, управляемая самоадаптивной системой переключения маслопровода типа распределительной пластины, зависит от распределительной пластины при управлении включением и выключением маслопровода с целью управления фазами газораспределения. Требования изменяемых фаз впуска и выпуска воздуха двигателя могут быть выполнены путем точной настройки положения и размеров масляных отверстий в распределительной пластине с тем, чтобы отрегулировать двигатель на оптимальное состояние привода клапанов. Подвижная пластина 185 распределительной пластины вращается синхронно с распределительным валом двигателя, при этом неважно, на каких оборотах вращается двигатель, переключение маслопровода в реальном времени производится согласно фиксированной временной фазе, которая имеет надлежащую самоадаптивность. Разница в величине угла вращения, вызванная задержкой времени создания давления масла в трубке на различных оборотах, может быть компенсирована регулированием рабочего давления масла с конечной целью достижения по существу стабильных рабочих характеристик системы с изменяемыми фазами газораспределения при различных рабочих условиях.
Различные способы самоадаптивного переключения масла под давлением имеют следующую общую точку: путем модернизации оригинального толкателя в компонент гидравлического толкателя в сборе компонент гидравлического толкателя в сборе создает дополнительный подъем для перекрытия оригинального подъема клапанов при гидравлическом давлении с тем, чтобы изменить оригинальные фазы газораспределения или подъема клапанов и достичь изменяемых фаз газораспределения, при этом в обоих способах применен самоадаптивный механизм переключения в реальном времени маслопровода для управления вытягиванием и втягиванием компонента гидравлического толкателя в сборе.
Рабочей средой согласно настоящему изобретению является само моторное масло двигателей, предпочтительно используемое для двигателей, которые не предъявляют строгих требований к переходному быстродействию. Что касается двигателей с особыми требованиями, например строгими требованиями к переходному быстродействию и недостаточным временем для предварительного нагрева моторного масла до нужной температуры, то рабочей средой может являться отдельная система с гидравлическим маслом, оснащенная специальными масляными входными и возвратными трубками.
Источником масла под давлением в процессе работы согласно настоящему изобретению является гидравлическое масло, подаваемое путем соединения гидравлического насоса (или других насосов, отвечающих требованиям по потоку и давлению) с определенным местом отбора мощности выходного вала двигателя. Настоящее изобретение также обеспечивает переключение между рабочими режимами, т.е. рабочим режимом и нерабочим режимом, самоадаптивного клапанного механизма управления с помощью гидравлического обратного клапана согласно рабочим требованиям двигателя. Кроме того, модель движения впускного клапана может быть изменена путем изменения давления масла. Источник давления масла, управление гидравлическим обратным клапаном и способ изменения модели движения впускного клапана путем изменения давления масла, и т.д., как это описано выше, известны специалистам в данной области техники, при этом способы их осуществления здесь подробно не раскрываются.
Управление самоадаптивной гидравлической системой с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя по существу заключается в определении рабочего режима двигателя и переключении между рабочим режимом и нерабочим режимом системы с изменяемыми фазами газораспределения. Реверсивный клапан регулировки давления в настоящем изобретении осуществляет переключение маслопровода согласно командам управления, посылаемым электронным блоком управления двигателя для выполнения переключения между рабочим режимом и нерабочим режимом двигателя, при этом команды управления хранятся в MAP, управляемом двигателем, а оптимальная стратегия управления достигается путем комплексного рассмотрения рабочих параметров, таких как температура масла двигателя, число оборотов и нагрузка двигателя для выполнения эффективного сгорания в двигателе с низким уровнем выбросов. В качестве заданных параметров для определения работы реверсивного клапана регулировки давления согласно настоящему изобретению давление моторного масла в двигателе выставлено на величину 10 МПа, температура масла двигателя должна превышать 70°C и предпочтительно находиться в диапазоне от 70°C до 95°C, число оборотов двигателя должно быть больше или равно 1300 об/мин, а нагрузка - больше или равна 50%, и тогда реверсивный клапан регулировки давления действует таким образом, что механизм изменяемых фаз газораспределения двигателя находится в рабочем режиме. Как показано на фиг.6, процесс управления действует следующим образом:
Переключение между рабочим режимом и нерабочим режимом двигателя выполняется путем переключения маслопровода с помощью системы с изменяемыми фазами газораспределения, при этом процесс управления действует следующим образом:
Масляный насос 7 втягивает моторное масло из главного смазочного канала 4 двигателя, причем насос 7 получает двигательную энергию из выходной мощности двигателя. Реверсивный клапан 8 регулировки давления нагнетает моторное масло до 10 МПа и определяет, нужно или нет переключать направление на основе конкретных значений числа оборотов двигателя, нагрузки и температуры масла двигателя, и служит для переключения между рабочим режимом и нерабочим режимом двигателя. Когда температура масла двигателя выше 70°C и число оборотов двигателя больше или равно 1300 об/мин, а нагрузка больше или равна 50%, реверсивный клапан регулировки давления осуществляет переключение двигателя в рабочий режим. В противном случае реверсивный клапан регулировки давления остается неподвижным, двигатель остается в нерабочем режиме, и масло под давлением возвращается непосредственно в маслосборный бак 3 двигателя через масляную возвратную трубку 9. Когда двигатель переключен в рабочий режим, масло под давлением поступает в самоадаптивный механизм изменения длины толкателя через масляную магистраль 10 для приведения в действие самоадаптивного переключателя маслопровода и после того, как масло под давлением выполнит свою работу, оно возвращается в маслосборный бак 3 двигателя через масляную возвратную трубку 9.
Установка момента впрыска, наддув воздуха, изменяемые фазы газораспределения и система рециркуляции отработавших газов (EGR) - все это служит для осуществления высокоэффективного процесса сгорания с низким уровнем выбросов. Самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно изобретению является одной из ключевых технологий для осуществления высокоэффективного сгорания с низким уровнем выбросов. Изменяемые фазы газораспределения способны обеспечить оптимизированную установку моментов открытия и закрытия клапанов или подъема клапанов на различных оборотах и при различной нагрузке в пределах всего диапазона мощности двигателя с тем, чтобы улучшить эффективность впуска и выпуска двигателем воздуха и лучше соответствовать требованиям двигателя по динамическим характеристикам, экономичности и выбросам продуктов сгорания и на высоких, и на низких оборотах, при большой и малой нагрузке, тем самым улучшая общую эффективность двигателя. Переключение между оригинальными фазами газораспределения двигателя или подъема клапанов и изменяемыми фазами газораспределения или подъема клапанов в качестве оптимального решения для способа сгорания может определяться условиями, при которых работает двигатель, например числом оборотов двигателя, установкой момента впрыска, нагрузкой, производительностью системы EGR, наддувом воздуха на впуске и температурой масла двигателя с тем, чтобы решить, должна ли самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя находиться в нерабочем режиме или рабочем режиме. Высокоэффективный способ сгорания с низким уровнем выбросов может быть в конечном счете реализован во взаимодействии с другими средствами управления с целью управления сгоранием в цилиндрах двигателя.
По сравнению с предшествующим уровнем техники преимущества самоадаптивной гидравлической системы с изменяемыми фазами газораспределения для дизельного двигателя согласно настоящему изобретению состоят в следующем:
(1) Важный отличительный признак системы с изменяемыми фазами газораспределения настоящего двигателя состоит в том, что она является самоадаптивной, способной отвечать потребностям управления изменяемыми фазами газораспределения в различных рабочих условиях.
(2) Система с изменяемыми фазами газораспределения настоящего двигателя проста по конструкции и образует независимую систему, причем ей не нужно никакого дополнительного рабочего оборудования, а нужны только некоторые основные компоненты для выполнения быстрой сборки. Изменяемые фазы газораспределения могут быть легко реализованы путем модернизации существующего двигателя с неизменяемыми фазами газораспределения, которому нужно только несколько дополнительных компонентов, при этом производственные затраты являются небольшими.
(3) Подробные варианты осуществления системы с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению могут варьироваться на основе одного базового принципа, и их выбор может быть сделан согласно конкретным условиям в определенных обстоятельствах, что повышает гибкость и практичность ее применения.
(4) Система с изменяемыми фазами газораспределения согласно настоящему изобретению работает в двух режимах и может не только соответствовать потребностям различных рабочих условий двигателя, но и эффективно снижать расход энергии.
Хотя настоящее изобретение описано выше со ссылкой на чертежи, оно не ограничено вышеупомянутыми подробными вариантами осуществления, которые являются чисто иллюстративными, а не ограничительными, и специалисты в данной области техники могут произвести различные изменения по своему желанию в соответствии с настоящим изобретением в пределах сущности настоящего изобретения, при этом такие изменения должны находиться в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения.