Способ остановки двигателя внутреннего сгорания и регулируемый клапанный привод
METHOD FOR STOPPING INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ADJUSTABLE VALVE DRIVE

Изобретение относится к способу остановки двигателя внутреннего сгорания и к регулируемому клапанному приводу.
Из WO 2014/100185 A1 известно устройство управления клапанами двигателя для декомпрессии цилиндра двигателя в процессе остановки двигателя. Система может включать в себя коромысло, закрепленное на оси с возможностью поворота. Дополнительно система может иметь структуру, которая примыкает к коромыслу и закреплена неподвижно относительно коромысла. Блокирующий поршень может располагаться между коромыслом и упомянутой структурой с возможностью скольжения. Блокирующий поршень может выборочно выдвигаться, чтобы привести в состояние зацепления как коромысло, так и структуру, с целью ограничения поворотного движения коромысла и удержания клапанов двигателя в открытом состоянии во время остановки двигателя.
В основе данного изобретения лежит задача предусмотреть альтернативный или улучшенный способ остановки двигателя внутреннего сгорания для снижения вибраций в процессе остановки и устройство для этого.
Поставленная задача достигается за счет способа и устройства согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и описании.
Способ остановки двигателя внутреннего сгорания предполагает инициацию процесса остановки. Кроме того, данный способ предусматривает снижение вибрации двигателя внутреннего сгорания в процессе остановки за счет переключения привода первого выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания посредством системы кулачков с регулируемым положением для открытия или удержания в открытом состоянии на такте сжатия и выпуска. В качестве альтернативы или дополнительно способ предполагает переключение в режим торможения двигателем, в котором первый выпускной клапан двигателя внутреннего сгорания во время такта сжатия и/или выпуска для сжатия воздуха сначала удерживается в закрытом состоянии, а перед достижением поршнем верхней мертвой точки – открывается для выпуска сжатого воздуха.
За счет открытия первого выпускного клапана, в частности, на такте сжатия в процессе остановки двигателя существует возможность предотвращения или уменьшения раскачивания (колебания в разные стороны) двигателя внутреннего сгорания. Это приводит к снижению уровня шума в процессе остановки. Система кулачков с регулируемым положением обеспечивает надежный и быстрый метод переключения. Если производится переключение в режим торможения двигателем, то это дает возможность отказаться от создания нового устройства для приведения в действие первого выпускного клапана в процессе остановки и использовать систему для переключения в режиме торможения двигателем. Это позволяет использовать одну и ту же систему как для торможения двигателям, так и для остановки двигателя.
Разумеется, что в процессе остановки двигателя топливо в цилиндры не подается. Работа впускных клапанов может, в частности, оставаться без изменений.
В более предпочтительном варианте осуществления изобретения с помощью регулируемого клапанного привода, в частности, системы кулачков с регулируемым положением, двигателя внутреннего сгорания производится переключение в режим торможения двигателем.
В другом предпочтительном дополнительном варианте система кулачков с регулируемым положением имеет основание для кулачков, установленное на распределительном валу двигателя внутреннего сгорания без возможности вращения и с возможностью смещения по оси, с первым кулачком, отвечающим за работу в обычном режиме, и вторым кулачком, который расположен на распределительном валу со смещением в продольном направлении и отвечает за работу в режиме торможения двигателем и/или за приведение в действие первого выпускного клапана в процессе остановки двигателя. Система кулачков с регулируемым положением на выбор создает кинематическую связь первого кулачка с первым выпускным клапаном или создает кинематическую связь второго кулачка с первым выпускным клапаном.
Предпочтительно, чтобы в обычном режиме работы первый выпускной клапан открывался только на такте выпуска.
В одном из вариантов осуществления изобретения способ дополнительно предполагает переключение с первого кулачка на второй кулачок с помощью системы кулачков с регулируемым положением в начале процесса остановки. В процессе остановки первый выпускной клапан приводится в действие вторым кулачком.
Предпочтительно, чтобы второй кулачок открывал первый выпускной клапан на такте сжатия и на такте выпуска или удерживал первый выпускной клапан в открытом состоянии на такте сжатия и на такте выпуска. В качестве альтернативы или дополнительно второй кулачок сначала удерживает первый выпускной клапан в закрытом состоянии на такте сжатия и/или на такте выпуска, а перед достижением поршнем верхней мертвой точки – открывает его.
В другом варианте осуществления изобретения первый выпускной клапан открывается в диапазоне от 100° до 60° угла поворота коленчатого вала до достижения верхней мертвой точки. В качестве альтернативы или дополнительно первый выпускной клапан закрывается после открытия на такте выпуска в диапазоне от верхней мертвой точки до 30° угла поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки. В качестве альтернативы или дополнительно первый выпускной клапан закрывается после открытия на такте сжатия в диапазоне от нижней мертвой точки до 30° угла поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки. Это может, с одной стороны, повысить эффективность режима торможения двигателем и, с другой стороны, снизить вибрацию в процессе остановки двигателя внутреннего сгорания.
В одном из вариантов осуществления изобретения второй кулачок системы кулачков с регулируемым положением в конце процесса остановки сохраняет кинематическую связь с первым выпускным клапаном. В качестве альтернативы в конце процесса остановки система кулачков с регулируемым положением переключается на первый кулачок. Состояние системы кулачков с регулируемым положением в конце процесса остановки может в значительной мере влиять на процесс запуска двигателя внутреннего сгорания.
В другом варианте осуществления изобретения способ предполагает регистрацию температуры двигателя внутреннего сгорания и/или времени работы двигателя внутреннего сгорания. Переключение привода первого выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания с помощью системы кулачков с регулируемым положением для открытия или удержания в открытом состоянии на такте сжатия и на такте выпуска и/или переключение в режим торможения двигателем выполняется в случае, когда зарегистрированная температура двигателя ниже или равна предварительно заданному пороговому значению температуры двигателя и/или зарегистрированное время работы меньше или равно предварительно заданному пороговому значению времени работы. Тем самым, например, при низкой температуре двигателя от такого (переключения) включения можно отказаться.
В одном из примеров осуществления изобретения способ дополнительно предполагает удержание второго выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания в закрытом состоянии в процессе остановки. Второй выпускной клапан работает на том же цилиндре двигателя внутреннего сгорания, что и первый выпускной клапан. Это позволяет снизить нагрузку на регулируемый клапанный привод, так как не все выпускные клапаны цилиндра открываются с противодействием давлению в цилиндре.
В другом предпочтительном дополнительном варианте удержание второго выпускного клапана в закрытом состоянии включает в себя переключение на участок без кулачков в системе кулачков с регулируемым положением.
В одном из вариантов осуществления изобретения в первой группе цилиндров производится открытие или удержание в открытом состоянии первого выпускного клапана на такте сжатия и такте выпуска путем переключения привода с помощью системы кулачков с регулируемым положением и/или первая группа цилиндров двигателя внутреннего сгорания переключается в режим торможения двигателем в процессе остановки двигателя. Во второй группе цилиндров привод выпускного клапана в процессе остановки остается в неизменном состоянии. Это позволяет уменьшить износ системы включения (переключения).
В частности, в первую группу и/или вторую группу может не входить ни одного цилиндра, входить один, несколько или все цилиндры.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения количество цилиндров в первой группе и/или во второй группе определяется в зависимости от, по меньшей мере, одного рабочего параметра двигателя внутреннего сгорания, в частности, температуры двигателя внутреннего сгорания и/или времени работы двигателя внутреннего сгорания. В результате, например, при низкой температуре двигателя в первую группу может быть включено меньшее количество цилиндров.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения закрепление за первой и/или за второй группой производится по скользящему принципу, в частности, по скользящему принципу среди следующих друг за другом процессов остановки. Это позволяет сделать степень износа системы переключения равномерной для нескольких цилиндров.
Изобретение также относится к регулируемому клапанному приводу для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в частности, коммерческого автомобиля. Регулируемый клапанный привод имеет первый выпускной клапан, распределительный вал и, по меньшей мере, одну систему кулачков с регулируемым положением. Система кулачков с регулируемым положением имеет основание для кулачков, которое установлено на распределительном валу без возможности вращения и с возможностью смещения по оси и имеет первый кулачок и второй кулачок. Первый кулачок и второй кулачок расположены со смещением вдоль распределительного вала. Регулируемый клапанный привод имеет блок управления, который предназначен для реализации способа в соответствии с предоставленным здесь описанием.
Термин «блок управления» относится к электронным устройствам, которые в зависимости от конструкции могут выполнять функции управления и/или регулирования.
Предпочтительно, чтобы основание для кулачков было установлено на распределительном валу между первым осевым положением и вторым осевым положением с возможностью смещения по оси. Клапанный привод также имеет передаточное устройство. В первом осевом положении основания для кулачков передаточное устройство находится в кинематической связи между первым кулачком и первым выпускным клапаном. Во втором осевом положении основания для кулачков передаточное устройство находится в кинематической связи между вторым кулачком и первым выпускным клапаном. Первый кулачок предназначен для работы двигателя внутреннего сгорания в обычном режиме, который предполагает, что первый кулачок удерживает первый выпускной клапан в открытом состоянии на такте выпуска. Второй кулачок предназначен для работы двигателя внутреннего сгорания в режиме торможения, который предполагает, что второй кулачок сначала удерживает первый выпускной клапан в закрытом состоянии на такте сжатия и/или на такте выпуска, а перед достижением поршнем двигателя внутреннего сгорания верхней мертвой точки открывает первый выпускной клапан.
Разумеется, что в то время как второй кулачок находится в зацеплении с первым передаточным устройством, впускной клапан или впускные клапаны открываются только на такте впуска. Однако подачи топлива и зажигания смеси не происходит.
Первый кулачок и второй кулачок могут иметь разную форму профиля и/или могут располагаться со смещением друг относительно друга по окружности основания для кулачков.
В одном из примеров осуществления изобретения основание для кулачков имеет третий кулачок, повторяющий форму первого кулачка и имеющий один участок без кулачков. Первый кулачок, второй кулачок, третий кулачок и участок без кулачков располагаются на распределительном валу со смещением в продольном направлении. В частности, первый кулачок примыкает ко второму, а третий кулачок – к участку без кулачков. Интеграция третьего кулачка и участка без кулачков позволяет приводить в действие второй выпускной клапан в режиме торможения и в процессе остановки не так, как первый выпускной клапан. В обычном режиме второй выпускной клапан, напротив, можно приводить в действие как первый выпускной клапан, так как третий кулачок и первый кулачок имеют одинаковую форму.
Участок без кулачков также называется нулевым кулачком. Участок без кулачков имеет форму цилиндра без выпуклостей для приведения в действие передаточного устройства.
Предпочтительно, чтобы клапанный привод имел второй выпускной клапан, который, в частности, работает на том же цилиндре, что и первый выпускной клапан, и второе передаточное устройство. Второе передаточное устройство в первом осевом положении основания для кулачков находится в кинематической связи между третьим кулачком и вторым выпускным клапаном. Во втором осевом положении основания для кулачков второе передаточное устройство удерживает второй выпускной клапан в закрытом состоянии благодаря форме участка без кулачков. При этом участок без кулачков может быть или не быть в зацеплении со вторым передаточным устройством.
Разумеется, что второе передаточное устройство во втором осевом положении основания для кулачков не находится в кинематической связи ни с одним другим кулачком основания.
Преимуществом этой конструкции является то, что только первый выпускной клапан используется для режима торможения и в процессе остановки. Второй выпускной клапан в случае, когда первый выпускной клапан задействован в режиме торможения двигателем, остается закрытым на протяжении всего цикла. Это позволяет снизить нагрузку на регулируемый клапанный привод. В частности, при открытии выпускного клапана с противодействием давлению в цилиндре возникает большое давление на поверхность между кулачком и контактной плоскостью передаточного устройства. В конструкциях, где в режиме торможения в действие приводятся оба выпускных клапана, регулируемый клапанный привод должен иметь соответствующий запас прочности.
В альтернативном примере осуществления изобретения клапанный привод дополнительно имеет второй выпускной клапан, который, в частности, работает на том же цилиндре, что и первый выпускной клапан. Первое передаточное устройство в первом осевом положении основания для кулачков дополнительно находится в кинематической связи между первым кулачком и вторым выпускным клапаном, а во втором осевом положении – дополнительно в кинематической связи между вторым кулачком и вторым выпускным клапаном.
Первый кулачок и третий кулачок могут иметь одинаковую форму профиля и/или могут располагаться с выравниванием (соосно) друг относительно друга по окружности основания для кулачков.
Преимуществом этой конструкции является использование двух выпускных клапанов для режима торможения двигателем. Оба выпускных клапана приводятся в действие тем же передаточным устройством и теми же кулачками.
В одном из вариантов осуществления изобретения основание для кулачков имеет первый рабочий участок для смещения основания для кулачков по оси в первом направлении. Первый рабочий участок имеет, в частности, форму спирали.
Первый рабочий участок предназначен для перемещения основания для кулачков по оси путем зацепления с исполнительным элементом, например, с первого осевого положения во второе осевое положение или со второго осевого положения в первое осевое положение.
В более предпочтительном примере осуществления изобретения первый рабочий участок находится на участке без кулачков. Иными словами, первый рабочий участок располагается в нулевом кулачке.
Преимуществом такой конструкции является, во-первых, использование участка без кулачков для перемещения по оси. Во-вторых, участок без кулачков не дает второму выпускному клапану открываться в режиме торможения двигателем и в процессе остановки двигателя. Интеграция функций позволяет уменьшить пространство, необходимое для установки основания для кулачков.
В другом варианте осуществления изобретения первый рабочий участок и/или участок без кулачков расположен между первым и третьим кулачками или на конце основания для кулачков. Расположение кулачков, участка без кулачков и первого рабочего участка может быть адаптировано к соответствующим требованиям.
В одной из форм осуществления изобретения основание для кулачков имеет второй рабочий участок для смещения основания для кулачков по оси во втором направлении, противоположном первому направлению. Второй рабочий участок расположен между первым и третьим кулачками или на конце основания для кулачков. Второй рабочий участок может быть выполнен, в частности, в форме спирали.
Второй рабочий участок предназначен для перемещения основания для кулачков по оси путем зацепления с исполнительным элементом, например, с первого осевого положения во второе осевое положение или со второго осевого положения в первое осевое положение. Первый и второй рабочие участки обеспечивают надежную возможность перемещения основания для кулачков.
В другой форме осуществления изобретения регулируемый клапанный привод включает в себя первый исполнительный элемент, предназначенный для избирательного зацепления с первым рабочим участком и перемещения основания для кулачков в первом направлении. В качестве альтернативы или дополнительно регулируемый клапанный привод включает в себя второй исполнительный элемент, предназначенный для избирательного зацепления со вторым рабочим участком и перемещения основания для кулачков во втором направлении.
Предпочтительно, чтобы распределительный вал имел стопор с упругим предварительно напряженным элементом, который входит в зацепление с первым углублением в основании для кулачков в первом осевом положении основания для кулачков и со вторым углублением в основании для кулачков во втором осевом положении основания для кулачков.
Преимуществом стопора является возможность фиксации основания для кулачков в первом и втором осевых положениях. Это предотвращает случайное смещение основания для кулачков вдоль распределительного вала.
В другом примере осуществления изобретения первое передаточное устройство и/или второе передаточное устройство выполнены в виде рычага, в частности, в виде коромысла или качающегося рычага, или толкателя. Качающийся рычаг может быть использован, например, для верхнего распределительного вала. Коромысло может быть использовано, например, для нижнего распределительного вала.
В другом варианте осуществления изобретения распределительный вал может иметь верхнее или нижнее расположение. В качестве альтернативы или дополнительно распределительный вал является частью системы газораспределения с двумя распределительными валами, которая имеет дополнительный распределительный вал для приведения в действие, по меньшей мере, одного впускного клапана.
В другой форме осуществления изобретения распределительный вал для выпускного клапана или выпускных клапанов и/или дополнительный распределительный вал для впускного клапана или впускных клапанов могут иметь устройство изменения фаз газораспределения. Устройство изменения фаз газораспределения предназначено для изменения угла поворота распределительного вала относительно угла поворота коленчатого вала. Тем самым, устройство изменения фаз газораспределения позволяет изменять фазы газораспределения для соответствующих клапанов. Устройство изменения фаз газораспределения может быть, например, гидравлическим, в частности, может иметь вид устройства изменения фаз газораспределения с гидроуправляемой муфтой. Преимуществом такой формы осуществления изобретения является повышение гибкости системы за счет комбинации с подвижным основанием для кулачков.
В другом варианте осуществления изобретения второй кулачок имеет такую форму, которая обеспечивает больший ход открытия первого выпускного клапана на такте сжатия, чем при открытии на такте выпуска. В качестве альтернативы или дополнительно второй кулачок имеет такую форму, которая обеспечивает меньший ход открытия первого выпускного клапана, чем у первого кулачка. Наличие уменьшенного по сравнению с обычным режимом многоступенчатого хода клапанов снижает нагрузку на клапанный привод. В частности, при открытии выпускного клапана с противодействием давлению в цилиндре на клапанный привод воздействует большая нагрузка.
В вариантах осуществления изобретения, где второй кулачок используется в том числе для приведения в действие второго выпускного клапана, варианты осуществления, которые относятся к воздействию второго кулачка на первый выпускной клапан, в равной степени подходят для второго выпускного клапана. В вариантах осуществления изобретения, где для приведения в действие второго выпускного клапана используется третий кулачок, варианты осуществления, которые относятся к воздействию первого кулачка на первый выпускной клапан, в равной степени подходят для третьего кулачка и второго выпускного клапана.
Дополнительно изобретение относится к транспортному средству, в частности, к коммерческому автомобилю с регулируемым клапанным приводом согласно приведенному здесь описанию. Коммерческим автомобилем может быть, к примеру, микроавтобус или грузовой автомобиль.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения и признаки изобретения можно комбинировать друг с другом в любом сочетании. Другие детали и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:
Фиг. 1  Аксонометрическая проекция примерного регулируемого клапанного привода;
Фиг. 2 Дополнительная аксонометрическая проекция примерного регулируемого клапанного привода;
Фиг. 3  Вид сверху распределительного вала примерного регулируемого клапанного привода;
Фиг. 4  Вид распределительного вала, изображенного на фиг. 3, в продольном разрезе по линии A-A;
Фиг. 5  Примерная диаграмма газораспределения с помощью регулируемого клапанного привода;
Фиг. 6A Первый вид распределительного вала, изображенного на фиг. 4, в поперечном разрезе по линии B-B;
Фиг. 6B Второй вид распределительного вала, изображенного на фиг. 4, в поперечном разрезе по линии C-C;
Фиг. 7 Примерный способ остановки двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему раскрытию; и
Фиг. 8 Диаграмма, изображающая разный ход кривой частоты вращения вала двигателя, турбины и кривой давления наддува с течением времени.
Изображенные на фигурах варианты осуществления изобретения совпадают, по меньшей мере, частично, так что аналогичные или идентичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций и в качестве пояснений к ним даются ссылки на описание других вариантов осуществления изобретения либо, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.
Ниже на примере фиг. 1–6B сначала описан наиболее предпочтительный вариант осуществления регулируемого клапанного привода, которая подходит для реализации как раскрытого здесь способа остановки двигателя внутреннего сгорания, так и режима торможения двигателем. Двигатель внутреннего сгорания может быть установлен, в частности, в транспортное средство, предпочтительно в коммерческий автомобиль, например, микроавтобус или грузовой автомобиль. Затем на примере фиг. 7 и 8 описывается, в частности, способ остановки двигателя внутреннего сгорания. В данном способе может использоваться раскрытый здесь регулируемый клапанный привод или другой регулируемый клапанный привод, в частности, с модифицированной системой кулачков с регулируемым положением.
На фиг. 1 и 2 изображен регулируемый клапанный привод 10. Регулируемый клапанный привод 10 имеет один распределительный вал 12 и одно основание 14 для кулачков. Дополнительно регулируемый клапанный привод 10 имеет первое и второе передаточные устройства 16 и 18, а также первый и второй выпускные клапаны 20 и 22. Кроме того, регулируемый клапанный привод 10 имеет первый исполнительный элемент 24 и второй исполнительный элемент 26. Основание 14 для кулачков, передаточные устройства 16 и 18, а также исполнительные элементы 24 и 26 образуют систему 11 кулачков с регулируемым положением.
Распределительный вал 12 имеет вид выпускного распределительного вала, который приводит в действие выпускные клапаны 20 и 22. Распределительный вал 12 является частью системы газораспределения с двумя распределительными валами (подробно не изображена), которая дополнительно включает в себя один впускной распределительный вал (не изображен) для приведения в действие одного или нескольких впускных клапанов. Распределительный вал 12 вместе с впускным распределительным валом являются верхними распределительными валами. Тем самым, распределительный вал 12 и впускной распределительный вал образуют так называемую систему DOHC (англ. double overhead camshaft – два верхних распределительных вала). В качестве альтернативы распределительный вал 12 может иметь вид и так называемой системы SOHC (англ. single overhead camshaft – один верхний распределительный вал). В других вариантах осуществления изобретения распределительный вал 12 также может быть нижним распределительным валом.
На распределительном валу 12 без возможности вращения расположено основание 14 для кулачков. Основание 14 для кулачков дополнительно имеет возможность осевого смещения вдоль продольной оси распределительного вала 12. Основание 14 для кулачков может смещаться по оси между первым упором 28 и вторым упором 30.
На примере фиг. 1–4 ниже описывается основание 14 для кулачков. Основание 14 для кулачков имеет три кулачка 32, 34 и 36, которые расположены со смещением друг относительно друга в продольном направлении на основании 14 для кулачков и распределительном валу 12. Первый кулачок 32 располагается на первом конце основания 14 для кулачков и предназначен для работы в обычном режиме, как будет подробно описано далее на примере. Второй кулачок 34 примыкает к первому кулачку 32 и предназначен для работы в режиме торможения двигателем, как будет также подробно описано далее на примере. Режим торможения двигателем может быть использован для замедления и/или торможения транспортного средства при движении по спускам. Режим торможения двигателем дополнительно может использоваться для снижения вибраций двигателя внутреннего сгорания в процессе остановки. Третий кулачок 36 отстоит от второго кулачка 34 и от второго конца основания 14 для кулачков. Третий кулачок 36 предназначен для работы в обычном режиме. Третий кулачок 36 имеет одинаковую с первым кулачком 32 форму.
К тому же, основание 14 для кулачков имеет первый участок 38 без кулачков и второй участок 40 без кулачков. Первый участок 38 без кулачков находится у второго конца основания 14 для кулачков. Второй участок 40 без кулачков находится между вторым кулачком 34 и третьим кулачком 36. На первом участке 38 без кулачков в форме спирали вокруг продольной оси основания 14 для кулачков проходит первый рабочий участок (кулиса переключения) 42. На втором участке 40 без кулачков в форме спирали вокруг продольной оси основания 14 для кулачков проходит второй рабочий участок (кулиса переключения) 44.
Для перемещения основания 14 для кулачков между упорами 28 и 30 исполнительные элементы 24 и 26 (фиг. 1 и 2) с выдвижными элементами (подробно не изображены) могут избирательно входить в зацепление с рабочими участками 42, 44. В частности, первый исполнительный элемент 24 может избирательно входить в зацепление с первым рабочим участком 42 для смещения основания 14 для кулачков из одного осевого положения в другое осевое положение. В первом осевом положении основание 14 для кулачков прилегает ко второму упору 30. Во втором осевом положении основание 14 для кулачков прилегает к первому упору 28. На фиг. 1–4 изображено основание для кулачков в первом осевом положении. Второй исполнительный элемент 26, в свою очередь, может избирательно входить в зацепление со вторым рабочим участком 44. При этом основание 14 для кулачков перемещается из первого осевого положения во второе осевое положение. Первый исполнительный элемент 24 и второй исполнительный элемент 26 приводятся в действие блоком 27 управления (фиг. 1 и 2), который изображен схематично.
Процесс смещения инициируется за счет неподвижного крепления выдвинутой части соответствующего исполнительного элемента 24, 26 относительно осевого направления распределительного вала 12. В результате подвижное основание 14 для кулачков перемещается вдоль распределительного вала 12 благодаря спиральной форме рабочих участков 42, 44, когда выдвинутая часть входит в зацепление с соответствующим рабочим участком 42, 44. В конце процесса смещения подвижная часть соответствующего исполнительного элемента 24, 26 направляется в противоположную от соответствующего рабочего участка 42, 44 сторону выхода и, тем самым, задвигается. Подвижная часть соответствующего исполнительного элемента 24, 26 выходит из зацепления с соответствующим рабочим участком 42, 44.
Первое передаточное устройство 16 и второе передаточное устройство 18 (фиг. 1 и 2) устанавливают кинематическую связь между основанием 14 для кулачков и выпускными клапанами 20, 22. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие (открывается), когда первый кулачок 32 или второй кулачок 34 нажимают на первое передаточное устройство 16 и двигают его вниз. Второй выпускной клапан 22 приводится в действие (открывается), когда третий кулачок 36 нажимает на второе передаточное устройство 18 и двигает его вниз.
Если основание 14 для кулачков находится в первом осевом положении (как изображено на фиг. 1–4), то первое передаточное устройство 16 устанавливает кинематическую связь между первым кулачком 32 и первым выпускным клапаном 20. Иными словами, первое передаточное устройство 16 в первом осевом положении основания 14 для кулачков не находится в кинематической связи между вторым кулачком 34 и первым выпускным клапаном 20. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие контуром первого кулачка 32. Во втором осевом положении основания 14 для кулачков первое передаточное устройство 16 находится в кинематической связи между вторым кулачком 34 и первым выпускным клапаном 20. Первый выпускной клапан 20 приводится в действие контуром второго кулачка 34.
В первом осевом положении основания 14 для кулачков второе передаточное устройство 18 находится в кинематической связи между третьим кулачком 36 и вторым выпускным клапаном 22. Второй выпускной клапан 22 приводится в действие контуром третьего кулачка 36. Во втором осевом положении основания 14 для кулачков второе передаточное устройство 18 не приводит в действие второй выпускной клапан 22. Во втором осевом положении основания 14 для кулачков зона контакта 18A второго передаточного устройства 18 находится в том же осевом положении относительно распределительного вала 12, что и первый участок 38 без кулачков. Первый участок 38 без кулачков не имеет выпуклостей для приведения в действие второго передаточного устройства 18. Если основание 14 для кулачков находится во втором осевом положении, то второй выпускной клапан 22 в действие не приводится.
Тем самым, первый участок 38 без кулачков выполняет две функции. С одной стороны, на первом участке 38 без кулачков находится первый рабочий участок 42. С другой стороны, первый участок 38 без кулачков служит для того, чтобы во втором осевом положении основания 14 для кулачков не приводился в действие второй выпускной клапан 22. Данная интеграция функций выгодна из соображений экономии установочного пространства.
В представленном варианте осуществления изобретения первое передаточное устройство 16 и второе передаточное устройство 18 имеют вид качающихся рычагов. В других вариантах осуществления изобретения передаточные устройства 16 и 18 могут иметь вид коромысла или толкателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения передаточные устройства 16 и 18 могут иметь разные формы рабочего органа толкателя, например, форму вращающихся роликов.
На фиг. 4 изображен стопор 46. Стопор 46 имеет упругий элемент 48 и фиксирующий элемент 50. Упругий элемент 48 находится в глухом отверстии в распределительном валу 12. Упругий элемент 48 прижимает фиксирующий элемент 50 к основанию 14 для кулачков. По внутренней поверхности окружности основания 14 для кулачков расположены первое и второе углубления 52 и 54. Для фиксации основания 14 для кулачков фиксирующий элемент 50 вдавливается в первое углубление 52, когда основание 14 для кулачков находится в первом осевом положении. Во втором осевом положении основания 14 для кулачков фиксирующий элемент 50 вдавливается во второе углубление 54.
На примере фиг. 5 ниже описывается управление первым выпускным клапаном 20, а также его воздействие на давление в цилиндре. На фиг. 5 показан полный цикл из четырех тактов: сжатие, рабочий ход, выпуск и впуск.
Кривая A описывает динамику изменения давления в цилиндре при работе в режиме торможения двигателем, когда второй кулачок 34 находится в кинематической связи с первым выпускным клапаном 20. Кривая B описывает ход первого выпускного клапана 20, когда первый кулачок 32 связан с первым выпускным клапаном 20 (т. е. в обычном режиме работы). Третья кривая C описывает ход впускного клапана как для обычного режима работы, так и для режима торможения двигателем. Кривая D описывает ход первого выпускного клапана 20, когда второй кулачок 34 находится в кинематической связи с первым выпускным клапаном 20 (т. е. в режиме торможения двигателем).
Кривая B показывает, что выпускной клапан открыт в обычном режиме на такте выпуска. Кривая C показывает, что впускной клапан открыт в обычном режиме и в режиме торможения на такте впуска.
По кривой D видно, что выпускной клапан слегка приоткрыт в конце такта сжатия в области верхней мертвой точки примерно на 60–100° угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки. В верхней мертвой точке выпускной клапан открывается больше, а в конце рабочего хода закрывается приблизительно в нижней мертвой точке. Открытие выпускного клапана в конце такта сжатия приводит к тому, что сжатый воздух выталкивается из цилиндра через открытый выпускной клапан в выхлопную систему поршнем, который двигается к верхней мертвой точке. Совершенная ранее работа по сжатию тормозит коленчатый вал и, тем самым, двигатель внутреннего сгорания. Давление в цилиндре на такте сжатия сначала увеличивается, однако затем уменьшается в результате открытия выпускного клапана еще до достижения поршнем верхней мертвой точки (ср. кривую A). Открытие выпускного клапана на такте рабочего хода приводит к тому, что воздух из труб для отработанных газов всасывается обратно в цилиндр. В конце рабочего хода цилиндр в значительной мере заполнен воздухом из выхлопной системы.
Кроме того, кривая D показывает, что выпускной клапан сначала остается закрытым после достижения поршнем нижней мертвой точки в конце рабочего хода. В конце такта выпуска выпускной клапан открывается в области верхней мертвой точки. Открытие, в свою очередь, происходит приблизительно в диапазоне 60–100° угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки. Закрытое состояние выпускного клапана на такте выпуска приводит к тому, что воздух, который был втянут на такте рабочего хода, сжимается с совершением работы. Давление в цилиндре повышается (кривая A). Совершенная работа тормозит коленчатый вал и, тем самым, двигатель внутреннего сгорания. Открытие выпускного клапана в конце такта выпуска приводит к тому, что воздух выталкивается через открытый выпускной клапан в выхлопную систему. На такте впуска цилиндр снова заполняется воздухом через открытый или открытые впускной клапан (впускные клапаны) (кривая C). Цикл начинается заново.
Как описано выше, за счет использования второго кулачка для управления выпускным клапаном дважды происходит сжатие с последующей декомпрессией, благодаря чему обеспечивается торможение двигателем. Дополнительно при отключении режима торможения двигателем в процессе остановки двигателя внутреннего сгорания снижается вибрация двигателя внутреннего сгорания, так как уменьшается раскачивание двигателя внутреннего сгорания на такте сжатия из-за открытия выпускного клапана до достижения поршнем верхней мертвой точки.
Как можно заметить из сравнения кривых B и D, ход выпускного клапана в режиме торможения (кривая D) меньше, чем в обычном режиме (кривая B). Кроме того, ход выпускного клапана при открытии на такте сжатия и рабочего хода выполняется в два этапа. Эти меры приводят к снижению нагрузки на регулируемый клапанный привод в режиме торможения, так как из-за открытия выпускного клапана с противодействием давлению в цилиндре могут возникать высокие нагрузки на клапанный привод.
На фиг. 6A показан поперечный разрез второго кулачка 34. На фиг. 6B показан поперечный разрез первого кулачка 32.
Второй кулачок 34 предназначен для получения кривой D, изображенной на фиг. 5. Для этого второй кулачок 34, в частности, имеет первую выпуклость 34A, вторую выпуклость 34B и третью выпуклость 34C. Первая, вторая и третья выпуклости 34A–34C расположены по окружности второго кулачка 34 со смещением. Первая выпуклость 34A приводит к открытию выпускного клапана в конце такта сжатия. Вторая выпуклость 34B, которая проходит от первой выпуклости 34A, приводит к расширенному открытию выпускного клапана на такте рабочего хода. Третья выпуклость 34C приводит к открытию выпускного клапана в конце такта выпуска.
Первая выпуклость 34A обладает самой маленькой высотой из всех, от 34A до 34C, если измерять в радиальном направлении распределительного вала 12. Вторая выпуклость 34B обладает самой большой высотой из всех, от 34A до 34C, если измерять в радиальном направлении распределительного вала 12. Третья выпуклость 34C меньше второй выпуклости 34B и больше первой выпуклости 34A. Разная высота выпуклостей 34A–34C обеспечивает соответствующую разницу хода клапанов (ср. фиг. 5).
Первая, вторая и третья выпуклости 34A–34C расположены по окружности, соответственно, со смещением относительно выпуклости 32A первого кулачка 32. Первый кулачок 32 предназначен для получения кривой B, изображенной на фиг. 5. Выпуклость 32A первого кулачка 32 приводит к открытию выпускного клапана на такте выпуска. Выпуклость 32A, измеренная в радиальном направлении распределительного вала 12, выше выпуклостей 34A–34C. Ход клапана, обеспечиваемый выпуклостью 32A, больше хода, получаемого от выпуклостей 34A–34C.
Кроме того, на фиг. 6B изображен стопор 46 с упругим элементом 48, фиксирующим элементом 50 и первым углублением 52.
Далее на примере фиг. 7 и 8 описывается примерный способ остановки двигателя внутреннего сгорания.
На этапе S100 происходит инициирование процесса остановки. Это может осуществляться, например, поворотом ключа в замке зажигания или нажатием кнопки выключения двигателя.
Сразу после инициирования процесса остановки может быть включен режим торможения двигателем. Для этого на этапе S102 может быть выполнено переключение на второй кулачок 34 (см., например, фиг. 1). Возможно, чтобы переключение происходило на всех цилиндрах двигателя внутреннего сгорания или только на части цилиндров.
Переключение на второй кулачок 34 приводит к тому, что первый выпускной клапан 20 сначала удерживается в закрытом состоянии на тактах сжатия и выпуска, а перед достижением поршнем верхней мертвой точки открывается для выпуска сжатого воздуха.
На фиг. 8 изображено движение отклонения (вибрация) l двигателя внутреннего сгорания с течением времени t в процессе остановки в обычном режиме (пунктирная линия E) и в режиме согласно данному раскрытию (сплошная линия F). Сначала двигатель внутреннего сгорания работает на холостом ходу в области t1. В момент T1 происходит инициирование процесса остановки. В области t2 показан, собственно, сам процесс остановки.
В обычном режиме остановки сразу в начале процесса остановки происходит раскачивание двигателя внутреннего сгорания. Нежелательное раскачивание вызвано тем, что цилиндры, с одной стороны, находятся на разных тактах, и, с другой стороны, все клапаны на такте сжатия находятся в закрытом состоянии.
В процессе остановки согласно данному раскрытию изобретения раскачивание двигателя внутреннего сгорания может быть уменьшено или исключено. За счет переключения на второй кулачок 34 первый выпускной клапан 20 открывается на такте сжатия до достижения поршнем верхней мертвой точки. Т. е. на такте сжатия не все клапаны закрыты, благодаря чему раскачивание, по меньшей мере, уменьшается. В качественном отношении это показано сплошной линией на фиг. 8. Остаточные колебания обусловлены энергией инерционной массы двигателя внутреннего сгорания и инерционностью системы.
Первый выпускной клапан 20 может приводиться в действие вторым кулачком 34 до остановки двигателя внутреннего сгорания. При этом также возможно, чтобы, к примеру, при недостижении предварительно заданного порогового значения частоты вращения вала двигателя (этап S106) в конце процесса остановки снова происходило переключение на первый кулачок 32 (этап S108). Состояние системы 11 кулачков с регулируемым положением в конце процесса остановки может влиять на запуск двигателя внутреннего сгорания.
Раскрытый здесь способ остановки двигателя внутреннего сгорания может быть модифицирован и/или дополнен различным образом.
Например, имеется возможность переключения системой 11 кулачков с регулируемым положением нескольких цилиндров в режим торможения двигателем в процессе остановки. Чем больше цилиндров работает в режиме торможения двигателем, тем эффективнее происходит предотвращение или уменьшение раскачивания двигателя внутреннего сгорания.
Количество систем 11 кулачков с регулируемым положением, которые переключаются в режим торможения двигателем в процессе остановки, может определяться в зависимости от, по меньшей мере, одного рабочего параметра двигателя внутреннего сгорания. Таким рабочим параметром может быть, в частности, температура двигателя внутреннего сгорания и/или время работы двигателя внутреннего сгорания. Так, например, при сравнительно низкой температуре двигателя внутреннего сгорания и коротком времени работы двигателя внутреннего сгорания в расчет можно принимать (незначительное) раскачивание двигателя внутреннего сгорания. Также возможно, чтобы в зависимости от низкой температуры двигателя внутреннего сгорания и/или короткого времени работы двигателя внутреннего сгорания в режим торможения двигателем не переключалась ни одна система 11 кулачков с регулируемым положением.
В вариантах осуществления изобретения, где одна группа цилиндров в процессе остановки переключается в режим торможения двигателем, а вторая группа цилиндров не переключается, включение в группы может происходить по скользящему принципу. Скользящий принцип включения в группу может применяться в процессе остановки или, предпочтительно, между разными процессами остановки. Это позволяет сделать степень износа системы 11 кулачков с регулируемым положением равномерной для нескольких цилиндров.
Как было описано выше, способ может предполагать использование системы 11 кулачков с регулируемым положением для остановки двигателя внутреннего сгорания. В частности, блок 27 управления может приводить в действие исполнительные элементы 24 и 26 (см. фиг. 1) в соответствии с раскрытым здесь способом остановки двигателя внутреннего сгорания. При этом в данном способе может быть использована другая система кулачков с регулируемым положением, которая предполагает переключение между первым кулачком для обычного режима и вторым кулачком для режима остановки. Второй кулачок, к примеру, может иметь специальную форму, предназначенную для остановки двигателя и, в частности, для удержания в открытом состоянии, по меньшей мере, одного выпускного клапана цилиндра, как минимум, на тактах сжатия и выпуска.
Данное изобретение не ограничивается предпочтительными примерами осуществления изобретения, которые были описаны выше. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, в которых также будет использована идея данного изобретения, и поэтому такие варианты будут входить в пределы правовой охраны. В частности, данное изобретение претендует на защиту предмета и признаков из зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от отсылки к соответствующим пунктам формулы изобретения.
Список номеров позиций
10 Регулируемый клапанный привод
11 Система кулачков с регулируемым положением
12 Распределительный вал
14 Основание для кулачков
16 Первое передаточное устройство (первый качающийся рычаг)
18 Второе передаточное устройство (второй качающийся рычаг)
18A Зона контакта
20 Первый выпускной клапан
22 Второй выпускной клапан
24 Первый исполнительный элемент
26 Второй исполнительный элемент
27 Блок управления
28 Первый упор
30 Второй упор
32 Первый кулачок
32A Выпуклость
34 Второй кулачок
34A–34C Выпуклости
36 Третий кулачок
38 Первый участок без кулачков
40 Второй участок без кулачков
42 Первый рабочий участок
44 Второй рабочий участок
46 Стопор
48 Упругий элемент
50 Фиксирующий элемент
52 Первое углубление
54 Второе углубление
A Давление в цилиндре
B Кривая периода открывания выпускного клапана
C Кривая периода открывания впускного клапана
D Кривая периода открывания выпускного клапана
t Ось времени
T1 Момент инициирования остановки
t1 Первая область (холостой ход двигателя)
t2 Вторая область (процесс остановки)
l Отклонение/вибрация
E Вибрация при обычной остановке
F Вибрация при остановке согласно раскрытому способу.