Регулируемый клапанный привод с системой кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания
ADJUSTABLE VALVE DRIVE WITH SYSTEM OF CAMS WITH ADJUSTABLE POSITION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к регулируемому клапанному приводу с системой кулачков с регулируемым положением для двигателя внутреннего сгорания.
По данным о современном уровне развития технологий известны системы кулачков с регулируемым положением, в которых в зависимости от осевого положения основания для кулачков создается кинематическая связь между разными кулачками основания и клапаном механизма газораспределения.
Из DE 10 2015 008722 A1 известен режим внутреннего прогрева двигателя за счет повышения нагрузки, активируемый с помощью механизма изменения профиля кулачков путем переключения на другой кулачок.
Из DE 10 2011 052912 A1 известна, например, система кулачков с регулируемым положением. Эта система кулачков включает  один кулачок с регулируемым положением или, соответственно, основание для кулачков с тремя профилями или, соответственно, контурами кулачков для каждого из двух впускных клапанов.
Недостатком известной конструкции может быть наличие для каждого необходимого режима работы двигателя отдельного кулачка или, соответственно, отдельного профиля кулачка на основании. Переключение между более чем двумя профилями кулачка для одного клапана может быть затратным в части конструктивной реализации и управления.
В соответствии с более общими аспектами задачей данного изобретения является создание альтернативного и/или улучшенного регулируемого клапанного привода, лишенного недостатков известных конструкций. В частности, должна быть обеспечена расширенная функциональность регулируемого клапанного привода без увеличения количества кулачков основания в системе кулачков с регулируемым положением.
В соответствии с более конкретным аспектом задачей данного изобретения является создание альтернативного и/или улучшенного регулируемого клапанного привода, обеспечивающего работу двигателя в более чем двух режимах, в частности, с использованием не более двух кулачков на каждый клапан. В частности, должна быть обеспечена возможность реализации режимов обычной работы двигателя, торможения двигателем и/или повышения температуры отработанных газов.
Поставленные задачи решаются за счет признаков по независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Регулируемый клапанный привод предназначен для двигателя внутреннего сгорания с первым клапаном механизма газораспределения, в частности, выпускным клапаном, и вторым клапаном механизма газораспределения (например, того же типа (впускной или выпускной клапан), что и первый), в частности, выпускной клапан. Регулируемый клапанный привод включает  систему кулачков с регулируемым положением. Система кулачков с регулируемым положением включает  основание для кулачков с возможностью осевого смещения (например, с возможностью смещения по оси вала и/или без возможности вращения на этом валу). Основание для кулачков включает  первый кулачок для первого клапана механизма газораспределения и второй кулачок, смещенный относительно него по оси (например, непосредственно примыкающий по оси). Основание для кулачков включает  третий кулачок для второго клапана механизма газораспределения и четвертый кулачок, смещенный относительно него по оси (например, непосредственно примыкающий по оси). В зависимости от осевого положения основания для кулачков устанавливается позиция или  первого кулачка для приведения в действие первого клапана механизма газораспределения и (в частности, одновременно) третьего кулачка для приведения в действие второго клапана механизма газораспределения, или  второго кулачка для приведения в действие первого клапана механизма газораспределения и (в частности, одновременно) четвертого кулачка для приведения в действие второго клапана механизма газораспределения. Иными словами, если первый кулачок приводит в действие первый клапан механизма газораспределения, то также третий кулачок приводит в действие второй клапан механизма газораспределения, и если второй кулачок приводит в действие первый клапан механизма газораспределения, то также четвертый кулачок приводит в действие второй клапан механизма газораспределения. Первый кулачок, второй кулачок, третий кулачок и четвертый кулачок могут отличаться от (воображаемого) кулачка нулевого хода (например, их контур включает  по меньшей мере одну выпуклость и/или одно углубление). Первый кулачок и третий кулачок выполнены (в основном) одинаковыми. Второй кулачок и четвертый кулачок выполнены разными.
По более общим аспектам данный регулируемый клапанный привод позволяет использовать первый и третий кулачки для первого режима работы, например, для обычного режима работы. Второй и четвертый кулачки, напротив, выполнены разными, так что с помощью этих двух кулачков могут быть реализованы разные функции с участием разных клапанов механизма газораспределения, в частности, одинакового типа (впускной клапан или выпускной клапан). Разные функции могут, например, предпочтительным образом взаимодействовать друг с другом или представлять собой абсолютно отдельные функции.
По конкретному аспекту регулируемый клапанный привод позволяет второму и четвертому кулачкам реализовать режим торможения двигателем за счет взаимного перекрытия, при этом на втором и четвертом кулачках представлены, например, разные составляющие режима торможения двигателем. В результате первый клапан механизма газораспределения реализует первую составляющую режима торможения двигателем, в то время как второй клапан механизма газораспределения реализует вторую составляющую режима торможения двигателем.
В режиме торможения двигателем воспламенения рабочей смеси в относящемся к первому и второму клапанам механизма газораспределения цилиндре целесообразно не происходит.
В одном из предпочтительных примеров осуществления изобретения регулируемый клапанный привод дополнительно включает отдельный механизм передачи усилия (например, толкатели, качающиеся рычаги, коромысла) для обеспечения кинематической связи между первым и вторым кулачками и первым клапаном механизма газораспределения, а также для обеспечения кинематической связи между третьим и четвертым кулачками и вторым клапаном механизма газораспределения. Тем самым, эти механизмы передачи усилия позволяют приводить в действие первый и второй клапаны механизма газораспределения отдельно друг от друга.
Например, регулируемый клапанный привод может включать первый механизм передачи усилия (например, толкатель, качающийся рычаг, коромысло), который в зависимости от осевого положения основания для кулачков обеспечивает кинематическую связь первого клапана механизма газораспределения с первым или вторым кулачками. В качестве альтернативы или дополнительно регулируемый клапанный привод может включать второй механизм передачи усилия (например, толкатель, качающийся рычаг, коромысло), который в зависимости от осевого положения основания для кулачков обеспечивает кинематическую связь второго клапана механизма газораспределения с третьим или четвертым кулачками. Первый и второй механизмы передачи усилия могут быть выполнены отдельно друг от друга и/или могут не быть кинематически связаны друг с другом.
В одном из примеров осуществления изобретения первый механизм передачи усилия и/или второй механизм передачи усилия включает , в частности, подключаемое корректирующее устройство для изменения передачи профиля кинематически связанного кулачка. Тем самым, обеспечивается, например, возможность увеличения, уменьшения и/или смещения кривой газораспределения.
В наиболее предпочтительном примере осуществления изобретения первый механизм передачи усилия и/или второй механизм передачи усилия включают, в частности, подключаемое устройство свободного хода для по меньшей мере частичной компенсации, в частности, для полной компенсации передачи профиля кинематически связанного кулачка.
В частности, первый механизм передачи усилия (только в качестве примера) может включать устройство свободного хода. Устройство свободного хода может быть предназначено для компенсации профиля второго кулачка, в частности, для полной компенсации.
Устройство свободного хода целесообразно может быть размещено на стороне клапанов или на стороне распределительного вала механизма передачи усилия.
Например, устройство свободного хода может включать выполненный с возможностью перемещения управляющий поршень, возможность перемещения которого может быть заблокирована, например, гидравлически для реализации функции свободного хода, например, по меньшей мере одним управляющим поршнем.
Возможно, чтобы первый механизм передачи усилия, второй механизм передачи усилия, корректирующее устройство и/или устройство свободного хода могли включать гидравлический элемент 54 регулировки зазора клапана.
В дополнительном примере осуществления изобретения первый кулачок и третий кулачок выполнены в виде обычных кулачков выпускных клапанов. В качестве альтернативы или дополнительно первый кулачок и третий кулачок выполнены для удержания в открытом состоянии первого клапана механизма газораспределения и второго клапана механизма газораспределения на такте выпуска. Например, первый кулачок и третий кулачок могут удерживать первый и второй клапаны механизма газораспределения в закрытом состоянии во время оставшегося цикла управления.
В одном из вариантов осуществления изобретения второй кулачок выполнен для удержания в закрытом состоянии и последующего открытия первого клапана механизма газораспределения на такте сжатия с целью декомпрессии газа. Это означает, что первый клапан механизма газораспределения на такте сжатия сначала удерживается в закрытом состоянии, а затем еще открывается на такте сжатия. В качестве альтернативы или дополнительно второй кулачок выполнен для по меньшей мере временного удержания в открытом состоянии первого клапана механизма газораспределения на такте рабочего хода с целью впуска газа. Тем самым, на первом клапане механизма газораспределения с помощью второго кулачка может быть реализована первая составляющая режима торможения двигателем с декомпрессией газа на такте сжатия и последующим впуском газа на такте рабочего хода.
В дополнительном варианте осуществления изобретения четвертый кулачок выполнен для удержания в закрытом состоянии и последующего открытия второго клапана механизма газораспределения на такте выпуска с целью декомпрессии газа. Это означает, что второй клапан механизма газораспределения на такте выпуска сначала удерживается в закрытом состоянии, а затем еще открывается на такте выпуска. Тем самым, на втором клапане механизма газораспределения с помощью четвертого кулачка может быть реализована вторая составляющая режима торможения двигателем с декомпрессией газа на такте сжатия. Дополнительно на втором клапане механизма газораспределения с помощью четвертого кулачка может быть реализован режим повышения температуры отработанных газов, когда в цилиндре происходит зажигание рабочей смеси, а профиль второго кулачка компенсируется каким-или  образом, например, с помощью устройства свободного хода. Повышение температуры происходит, в частности, за счет значительного увеличения работы в контуре смены рабочей смеси на индикаторной диаграмме.
В режиме повышения температуры отработанных газов целесообразно производится зажигание рабочей смеси в относящемся к первому и второму клапанам механизма газораспределения цилиндре.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения фазы второго кулачка и четвертого кулачка перекрываются для реализации режима торможения двигателем, в частности, за счет первой декомпрессии газа на такте сжатия, впуска газа на такте рабочего хода и/или второй декомпрессии газа на такте выпуска.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения четвертый кулачок и активированное устройство свободного хода реализуют режим повышения температуры отработанных газов для, в частности, полной компенсации профиля второго кулачка, в частности, за счет декомпрессии газа на такте выпуска.
В одном из вариантов осуществления изобретения четвертый кулачок выполнен для открытия второго клапана механизма газораспределения (в частности, один раз на каждый цикл управления), а именно на такте выпуска после первой половины такта выпуска; в области между 120° поворота КВ (угла поворота коленчатого вала) до ВМТ (верхней мертвой точки перемещения поршня в цилиндре) и 40° поворота КВ до ВМТ; и/или в области между 100° поворота КВ до ВМТ и 60° поворота КВ до ВМТ; и/или в области между 90° поворота КВ до ВМТ и 70° поворота КВ до ВМТ; и/или при (примерно) 80° поворота КВ до ВМТ.
В дополнительном варианте осуществления изобретения четвертый кулачок выполнен для удержания в открытом состоянии второго клапана механизма газораспределения (в частности, один раз на каждый цикл управления) на менее чем 160° поворота КВ, 150° поворота КВ, 140° поворота КВ и/или 130° поворота КВ; и/или на более чем 80° поворота КВ, 90° поворота КВ, 100° поворота КВ и/или 110° поворота КВ; и/или на (примерно) 120° поворота КВ.
В дополнительном примере осуществления изобретения задаваемый четвертым кулачком (максимальный) ход клапана составляет менее 50%, 40%, 30% и/или 25%; и/или более 5%, 10%, 15% от (максимального) хода клапана, задаваемого третьим кулачком. В качестве альтернативы или дополнительно задаваемый четвертым кулачком (максимальный) ход клапана составляет менее 5 мм, 4 мм, 3 мм и/или 2,5 мм; и/или более 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм; и/или (приблизительно) 2 мм.
В одном из вариантов осуществления изобретения момент закрытия выпускного клапана (в основном) остается неизменным по сравнению с моментом закрытия выпускного клапана в обычном режиме (например, момент закрытия в обычном режиме, например, в конце такта выпуска или, соответственно, в начале такта впуска), в частности, в соответствии с профилем первого и третьего кулачков. В качестве альтернативы или дополнительно момент закрытия выпускного клапана находится в области ВМТ (на такте выпуска), в частности между ВМТ и 40° после ВМТ (на такте впуска).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения эксплуатация двигателя внутреннего сгорания в режиме повышения температуры отработанных газов осуществляется в диапазоне низких нагрузок, в частности, при частоте вращения вала двигателя (примерно) менее 1200 об/мин в диапазоне частоты вращения вала двигателя (примерно) от 600 об/мин до (примерно) 1000 об/мин. В частности, в таких условиях низкой нагрузки ранее было трудно добиться высокой температуры отработанных газов, например, для реакции восстановления в сажевом фильтре.
В одном из вариантов осуществления изобретения режим повышения температуры отработанных газов активируется при, в частности, непосредственной (например, путем измерения) или опосредованной (например, не напрямую, путем регистрации значений параметров, состояния элементов распределительного устройства, условий или рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания) регистрации факта, что текущая температура отработанных газов меньше необходимой температуры отработанных газов (например, 300 °C для протекания реакции восстановления в сажевом фильтре или 150 °C для работы катализатора избирательного каталитического восстановления). В качестве альтернативы или дополнительно производится регистрация факта, что текущая температура отработанных газов меньше минимального значения температуры отработанных газов, необходимого для работы системы нейтрализации отработанных газов, в частности, катализатора избирательного каталитического восстановления двигателя внутреннего сгорания и/или протекания реакции восстановления в сажевом фильтре, в частности, в сажевом фильтре дизельного двигателя (например, истечение предварительно заданного времени или время работы двигателя с момента проведения последней реакции восстановления, измерение количества частиц или аналогичные события). Также может регистрироваться запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, условия холодного пуска. Тем самым, режим повышения температуры отработанных газов может быть активирован, в частности, в условиях, когда повышение температуры отработанных газов действительно необходимо или требуется.
В дополнительном варианте осуществления изобретения режим повышения температуры отработанных газов активируется на время, в течение которого текущая температура отработанных газов больше или равна необходимому значению, что регистрируется, в частности, непосредственно (например, путем измерения) или опосредованно (например, не напрямую, путем регистрации значений параметров, состояния элементов распределительного устройства, условий или рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания). Также, к примеру, возможно, чтобы производилась регистрация факта, что текущая температура отработанных газов равна или выше минимального значения температуры отработанных газов, необходимого для работы системы нейтрализации отработанных газов, в частности, катализатора избирательного каталитического восстановления, двигателя внутреннего сгорания и/или факта завершения реакции восстановления в сажевом фильтре, в частности, в сажевом фильтре дизельного двигателя. Это позволяет отключать режим повышения температуры отработанных газов, когда повышенная температура отработанных газов больше не требуется или, соответственно, когда температура отработанных газов достигла необходимого значения.
В одном из вариантов осуществления изобретения второй кулачок выполнен для открытия первого клапана механизма газораспределения (в частности, один раз на каждый цикл управления), а именно на такте сжатия после первой половины такта сжатия; и/или в области между 120° поворота КВ до ВМТ и 40° поворота КВ до ВМТ; и/или в области между 100° поворота КВ до ВМТ и 60° поворота КВ до ВМТ; и/или в области между 90° поворота КВ до ВМТ и 70° поворота КВ до ВМТ; и/или при (примерно) 80° поворота КВ до ВМТ.
В дополнительном варианте осуществления изобретения второй кулачок выполнен для удержания в открытом состоянии первого клапана механизма газораспределения (в частности, один раз на каждый цикл управления) на менее чем 400° поворота КВ, 350° поворота КВ, 330° поворота КВ и/или 310° поворота КВ; и/или на более чем 200° поворота КВ, 250° поворота КВ, 270° поворота КВ и/или 290° поворота КВ; и/или на (примерно) 300° поворота КВ.
Дополнительно изобретение относится к транспортному средству, в частности, к транспортному средству хозяйственного назначения (например, автобусу или грузовому автомобилю) с регулируемым клапанным приводом согласно приведенному здесь описанию.
Также существует возможность применения описанного здесь устройства для легковых автомобилей, двигателей большой мощности, транспортных средств повышенной проходимости, стационарных двигателей, судовых двигателей и т. д.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления 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 Схематическое изображение цилиндра двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2 Пример системы кулачков с регулируемым положением согласно данному раскрытию;
Фиг. 3 Пример корректирующего устройства согласно данному раскрытию;
Фиг. 4 Дополнительный пример корректирующего устройства согласно данному раскрытию;
Фиг. 5 Диаграмма газораспределения для выпускных клапанов в обычном режиме работы;
Фиг. 6 Диаграмма газораспределения для выпускных и впускных клапанов в режиме торможения двигателем с соответствующей кривой давления в цилиндре; и
Фиг. 7 Диаграмма газораспределения для одного выпускного клапана и впускных клапанов в режиме повышения температуры отработанных газов с соответствующей кривой давления в цилиндре.
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 или, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.
На фиг. 1 представлен цилиндр 12 двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в частности, четырехтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания или четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Предпочтительно, чтобы двигатель 10 внутреннего сгорания являлся частью транспортного средства хозяйственного назначения, например, грузового автомобиля или автобуса, и использовался для привода транспортного средства хозяйственного назначения.
Примерный цилиндр 12 включает  два впускных клапана 14 (на фиг. 1 показан только один) и два выпускных клапана 16 (на фиг. 1 показан только один). Цилиндр 12 дополнительно включает  камеру 18 сгорания и поршень 20. Двигатель 10 внутреннего сгорания может включать некоторое количество цилиндров 12.
Впускные клапаны 14 соединяют камеру 18 сгорания с системой подачи воздуха двигателя 10 внутреннего сгорания для доставки воздуха для горения в камеру 18 сгорания. Выпускные клапаны 16 соединяют камеру 18 сгорания с выхлопным трактом двигателя 10 внутреннего сгорания для отвода отработанных газов.
Выпускные клапаны 16 соединены с регулируемым клапанным приводом 22. Для каждого выпускного клапана 16 регулируемый клапанный привод 22 имеет отдельный механизм 24 передачи усилия (на фиг. 1 показан только один). Регулируемый клапанный привод 22 дополнительно включает  систему 26 кулачков с регулируемым положением. Механизм 24 передачи усилия может устанавливать кинематическую связь между системой 26 кулачков с регулируемым положением и выпускными клапанами 16. Механизмы 24 передачи усилия могут представлять собой, например, толкатели, качающиеся рычаги или коромысла. Выполняя роль копиров, механизмы 24 передачи усилия могут включать, например, ролик или ползун. Один из механизмов 24 передачи усилия включает, например, выполненное в виде устройства свободного хода (холостого хода) корректирующее устройство 28. Корректирующее устройство 28 предназначено для изменения передачи профиля кулачка, повторяемого или, соответственно, воспроизводимого механизмом 24 передачи усилия, на выпускной клапан 16. Корректирующее устройство 28 может быть интегрировано в механизм 24 передачи усилия в любом положении. Например, корректирующее устройство 28 может быть размещено на стороне клапанов или на стороне распределительного вала механизма 24 передачи усилия.
Поршень 20 устанавливается в цилиндре 12 известным способом с возможностью возвратно-поступательного движения и соединен с коленчатым валом 30.
В выхлопном тракте могут быть установлены одно или несколько устройств 32 нейтрализации отработанных газов, например, сажевый фильтр, в частности, сажевый фильтр дизельного двигателя, катализатор окисления, в частности, катализатор окисления для дизельного двигателя и/или катализатор избирательного каталитического восстановления (SCR).
На фиг. 2 изображен внешний вид примерной системы 26 кулачков с регулируемым положением.
Система 26 кулачков с регулируемым положением включает  одно основание 34 для кулачков (с регулируемым положением). Основание 34, выполненное с возможностью осевого смещения и без возможности вращения, располагается на (распределительном) валу 36. Осевое смещение основания 34 может происходить, например, за счет не изображенных исполнительных элементов, которые могут входить в зацепление со спиралеобразными рабочими участками 38 для смещения основания 34.
Основание 34 включает  первый кулачок 40, второй кулачок 42, третий кулачок 44 и четвертый кулачок 46. В зависимости от осевого положения основания 34 первый кулачок 40 или  второй кулачок 42 приводится в действие первый выпускной клапан 16 через соответствующий механизм 24 передачи усилия (см. фиг. 1). Точно также второй выпускной клапан 16 приводится в действие через соответствующий механизм 24 передачи усилия (см. фиг. 1) или  третьим кулачком 44, или  четвертым кулачком 46. Кулачки 40–46 расположены таким образом, что выпускные клапаны 16 (см. фиг. 1) приводятся в действие или  первым кулачком 40 и третьим кулачком 44, или  вторым кулачком 42 и четвертым кулачком 46. Первый кулачок 40 имеет одинаковую с третьим кулачком 44 форму. Второй кулачок 42 отличается от четвертого кулачка 44. Все кулачки 40–46 не относятся к кулачкам нулевого холода, то есть все кулачки 40, 46 имеют профиль, который приводит в действие соответствующий выпускной клапан 16.
На фиг. 3 и 4 изображены примеры корректирующих устройств 28.
На фиг. 3 изображено корректирующее устройство 28 в гнезде 48 механизма 24 передачи усилия со стороны клапана. Корректирующее устройство 28 включает  управляющий поршень 50, два блокирующих поршня 52, гидравлический элемент 54 регулировки зазора клапана и контактный элемент 56.
Управляющий поршень 50 установлен в гнезде 48 с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси гнезда 48. В частности, управляющий поршень 50 выполнен с возможностью осевого перемещения между первым положением, как показано на фиг. 3, и вторым положением. В изображенном на фиг. 3 рабочем состоянии корректирующего устройства 28 перемещение управляющего поршня 50 из первого положения во второе положение заблокировано блокирующим поршнем 52. Изменения в передаче воспроизводимого механизмом 24 профиля кулачка не происходит. На управляющий поршень 50 в направлении первого положения может воздействовать предварительное осевое усилие, создаваемое упругим элементом, как показано на фиг.
Блокирующие поршни 52 установлены и направляются в управляющем поршне 50 с возможностью перемещения в радиальном направлении по отношению к продольной оси гнезда 48. В изображенном на фиг. 3 положении блокирующие поршни 52 опираются на выступ кольцевого паза 58. Такая опора блокирующих поршней 52 приводит к блокировке перемещения управляющего поршня 50. Упругий элемент может упирать блокирующие поршни 52 друг в друга в направлении к кольцевому пазу 58. На блокирующие поршни 52 может воздействовать гидравлическое давление управляющей среды. Управляющая среда может подаваться через подводящий канал (не изображен), соединяющийся с кольцевым пазом 58. Подача управляющей среды приводит к тому, что блокирующие поршни 52 двигаются по направлению друг к другу. Как только блокирующие поршни 52 перестают опираться на выступ кольцевого паза 58, освобождается перемещение управляющего поршня 50 из первого положения во второе положение (больше не блокируется).
Тем самым, с помощью корректирующего устройства 28 может быть изменена передача профиля кулачка, если блокирующие поршни 52 задвинуты, то есть перемещение управляющего поршня 50 освобождается. В частности, управляющий поршень 50 может полностью производить свободный ход L, на длину которого уменьшается профиль кулачка, передаваемый во время работы на выпускной клапан 16.
Гидравлический элемент 54 регулировки зазора клапана может быть выполнен в виде традиционного гидравлического элемента регулировки зазора клапана (т. н. элемента гидравлического привода клапана), поэтому принцип его действия по компенсации изменяющегося зазора между шаровой опорой и шаровым гнездом контактного элемента 56 здесь подробно не описывается.
Как показано на фиг. 4, также, например, возможно, чтобы корректирующее устройство 28 было выполнено без гидравлического элемента регулировки зазора клапана.
Преимущество изображенного на фиг. 3 и 4 корректирующего устройства 28 заключается в том, что эти устройства представляют собой двухступенчатые версии, в которых гидравлическая камера конструктивно может быть адаптирована к ходу или к передаточному отношению, благодаря чему, в свою очередь, объем и поток рабочей жидкости могут быть небольшими.
Дополнительно возможно, чтобы корректирующее устройство имело другую конструкцию и/или другое расположение в той мере, которая позволяет изменять передачу воспроизводимого профиля кулачка на клапан механизма газораспределения, в частности, в форме управляемой активации свободного хода.
Регулируемый клапанный привод 22 с системой 26 кулачков с регулируемым положением и корректирующим устройством 28 позволяет управлять двигателем 10 внутреннего сгорания или, соответственно, его выпускными клапанами 16 в трех разных режимах работы. Эти три режима работы описаны со ссылкой на фиг. 1–7.
На фиг. 5 показан первый режим работы относительно кривой газораспределения выпускных клапанов 16. Этот первый режим работы соответствует обычному режиму работы. В обычном режиме работы выпускные клапаны 16 приводятся в движение так, что они открыты на такте выпуска (см. кривую A). В частности, профили первого кулачка 40 и третьего кулачка 44 выполнены в соответствии с кривой A газораспределения. В обычном режиме работы первый и второй выпускные клапаны 16 открываются в конце рабочего хода и закрываются в конце такта выпуска или, соответственно, в начале такта впуска. В обычном режиме работы в цилиндры 12 двигателя 10 внутреннего сгорания подается топливовоздушная смесь, которая воспламеняется в этих цилиндрах 12.
Цилиндр 12 может работать в обычном режиме, если основание 34 занимает такое осевое положение, в котором первый кулачок 40 и третий кулачок 44 кинематически связаны с первым и вторым выпускными клапанами 16. Дополнительно корректирующее устройство 28 не может быть активировано.
На фиг. 6 изображен второй режим работы относительно (комбинированной) кривой выпускных клапанов 16, кривой впускных клапанов 14 и кривой давления в цилиндре. Второй режим работы соответствует режиму торможения двигателем 10 внутреннего сгорания. В режиме торможения двигателем зажигание в соответствующем цилиндре 12 не происходит.
Цилиндр 12 может работать в режиме торможения двигателем, если основание 34 занимает такое осевое положение, в котором второй кулачок 42 и четвертый кулачок 44 кинематически связаны с первым и вторым выпускными клапанами 16. Дополнительно корректирующее устройство 28 не может быть активировано.
В режиме торможения двигателем впускные клапаны 14 открываются как в обычном режиме работы на такте впуска, как показано пунктирной линией B. Кривая C газораспределения, обозначенная штрихпунктирной линией, распределена между вторым кулачком 42 и четвертым кулачком 46. В частности, работе второго кулачка 42 соответствует участок C1 кривой C. За пределами участка C1 кривая второго кулачка 42, в частности, больше не имеет подъема. Работе четвертого кулачка 46 соответствует участок C2 кривой C. За пределами участка C2 кривая четвертого кулачка 46, в частности, больше не имеет подъема. В результате выпускные клапаны 16 приводятся в действие как описано ниже. Первый выпускной клапан 16 открывается под воздействием второго кулачка 42 в конце такта сжатия, во время рабочего хода открывается больше и, наконец, закрывается в начале такта выпуска. В это время второй выпускной клапан 16 остается закрытым из-за отсутствия соответствующего подъема на четвертом кулачке 46. В конце такта выпуска четвертый кулачок 46 открывает второй выпускной клапан 16 в соответствии с участком C2, а затем снова закрывает его в начале такта впуска. В это время первый выпускной клапан 16 остается закрытым из-за отсутствия соответствующего подъема на втором кулачке 42.
В частности, первый выпускной клапан 16 открывается под действием второго кулачка 42 в диапазоне от 120° поворота КВ до ВМТ до 40° поворота КВ до ВМТ, в частности, приблизительно при 80° до ВМТ на такте сжатия, а затем удерживается в открытом положении, например, приблизительно на 300° поворота КВ. Открытие первого выпускного клапана 16 вторым кулачком может производиться в два этапа, как показано, чтобы, например, получить необходимую декомпрессию в конце такта сжатия за счет ограничения сечения потока посредством частичного открытия первого выпускного клапана 16 и/или чтобы сохранять нагрузку на регулируемый клапанный привод 22 из-за открытия первого выпускного клапана 16 с преодолением давления в цилиндре на низком уровне. Затем на такте рабочего хода первый выпускной клапан 16 может быть открыт еще больше по сравнению с тактом сжатия.
В частности, второй выпускной клапан 16 открывается под действием четвертого кулачка 46 в диапазоне от 120° поворота КВ до ВМТ до 40° поворота КВ до ВМТ, в частности, приблизительно при 80° поворота КВ до ВМТ на такте выпуска, а затем удерживается в открытом положении, например, приблизительно на 120° поворота КВ.
Комбинированная кривая C газораспределения показывает двойную декомпрессию сжатого отработанного газа в выхлопном тракте, за счет чего достигается эффект торможения двигателем. Первая декомпрессия происходит в конце такта сжатия за счет открытия первого выпускного клапана 16, через который сжатый газ выдавливается из камеры 18 сгорания в выхлопной тракт. На такте рабочего хода газ всасывается из выхлопного тракта в камеру сгорания через открытый первый выпускной клапан 16. Вторая декомпрессия происходит в конце такта выпуска за счет открытия второго выпускного клапана 16, через который сжатый газ выдавливается из камеры 18 сгорания в выхлопной тракт. Двойное сжатие с последующей декомпрессией в каждом случае наглядно отражено кривой D давления в цилиндре, которая показана сплошной линией.
На фиг. 7 изображен третий режим работы относительно кривой второго выпускного клапана 16, кривой впускных клапанов 14 и кривой давления в цилиндре. Третий режим работы соответствует режиму повышения температуры отработанных газов в цилиндре 12 двигателя 10 внутреннего сгорания. В режиме повышения температуры отработанных газов производится зажигание в соответствующем цилиндре 12. Режим повышения температуры отработанных газов активируется при необходимости повышения температуры отработанных газов.
Режим повышения температуры отработанных газов может потребоваться в определенных ситуациях в процессе эксплуатации двигателя 10 внутреннего сгорания. Например, может потребоваться осуществление реакции восстановления в сажевом фильтре, для чего может быть необходима температура отработанных газов в диапазоне от 300 до 350°C. Также возможно, что при холодном пуске двигателя 10 внутреннего сгорания должна быть достигнута минимальная температура отработанных газов для обеспечения необходимой работы катализатора избирательного каталитического восстановления. В частности, при температуре 150°C преобразование окисей азота в катализаторе избирательного каталитического восстановления может быть недостаточным. Если при этом транспортное средство эксплуатируется в диапазоне низких нагрузок, например, при 600–1000 об/мин, то уровень температуры отработанных газов может быть, в общем сравнительно низким.
Цилиндр 12 может работать в режиме повышения температуры отработанных газов, если основание 34 занимает такое осевое положение, в котором второй кулачок 42 и четвертый кулачок 44 кинематически связаны с первым и вторым выпускными клапанами 16. Дополнительно может быть активировано корректирующее устройство 28.
Активация корректирующего устройства 28 приводит к тому, что подъем второго кулачка 42, то есть участок C1 на фиг. 6, компенсируется свободным ходом L. Второй кулачок 42 не открывает первый выпускной клапан 16 на протяжении всего цикла управления. Как показано с помощью кривой E газораспределения (штрихпунктирная линия), второй выпускной клапан 16 открывается четвертым кулачком 44 в конце такта выпуска, а в начале такта впуска снова закрывается в соответствии с участком C2 на фиг. 6. Давление в цилиндре 12 с зажиганием рабочей смеси может, например, изменяться в соответствии с кривой F (сплошная линия).
Повышение температуры в режиме повышения температуры отработанных газов происходит за счет значительного увеличения работы в контуре смены рабочей смеси. Это увеличение обусловлено начальным сжатием отработанного газа в цилиндре 12 на такте выпуска и последующей декомпрессией в области ВМТ. В результате на индикаторной диаграмме (диаграмма зависимости давления p от объема V) формируется контур с левым вращением (левосторонний процесс), отражающий работу с отрицательным значением и повышение температуры отработанного газа. Одновременно в контуре высокого давления необходимо компенсировать дополнительную работу на смену рабочей смеси, что приводит к повышению количества впрыскиваемого топлива и также — к росту температуры отработанных газов.
Здесь описывается наиболее предпочтительный пример осуществления изобретения регулируемого клапанного привода, который позволяет эксплуатировать двигатель в обычном режиме, в режиме торможения двигателем и в режиме повышения температуры отработанных газов. Следует обратить внимание на то, что возможность разных схем управления клапанами механизма газораспределения, в частности, того же типа (например, выпускных или впускных клапанов), за счет разных профилей кулачков одного основания может быть использована для реализации других режимов работы двигателя. Тем самым, например, с помощью первого кулачка и третьего кулачка основания может быть реализован обычный режим работы. С помощью второго кулачка и четвертого кулачка может быть реализован режим работы, отличающийся от упомянутого выше, при этом соответствующие клапаны по-разному приводятся в действие вторым и четвертым кулачками. Сочетание профилей кулачков или, соответственно, их перекрытия в таком случае делает возможными другие режимы работы. Дополнительно и как необязательное условие можно использовать одно или несколько корректирующих устройств, как было описано, например, здесь, чтобы компенсировать профиль, например, второго кулачка и/или четвертого кулачка. Это может обеспечить работу в одном или нескольких дополнительных режимах, как было описано здесь на примере режима повышения температуры отработанных газов.
Данное изобретение не ограничивается предпочтительными примерами осуществления, 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. В частности, признаки независимого пункта 1 формулы изобретения могут быть раскрыты независимо друг от друга. Дополнительно признаки зависимых пунктов формулы изобретения раскрываются независимо от всех признаков независимого пункта 1 и, к примеру, независимо от признаков касательно наличия и/или конфигурации системы кулачков с регулируемым положением, основания для кулачков, первого кулачка, второго кулачка, третьего кулачка и/или четвертого кулачка из независимого пункта 1.
Список номеров позиций
10 Двигатель внутреннего сгорания
12 Цилиндр
14 Впускной клапан
16 Выпускной клапан
18 Камера сгорания
20 Поршень
22 Регулируемый клапанный привод
24 Механизм передачи усилия
26 Система кулачков с регулируемым положением
28 Корректирующее устройство
30 Коленчатый вал
32 Система нейтрализации отработанных газов
34 Основание для кулачков
36 Вал
38 Рабочий участок
40 Первый кулачок
42 Второй кулачок
44 Третий кулачок
46 Четвертый кулачок
48 Гнездо
50 Управляющий поршень
52 Блокирующий поршень
54 Гидравлический элемент регулировки зазора клапана
56 Контактный элемент
58 Кольцевой паз
A - Кривая газораспределения выпускного клапана (обычный режим работы)
B - Кривая газораспределения впускного клапана
C - Кривая газораспределения выпускного клапана (режим торможения двигателем)
C1 - Первый участок
C2 - Второй участок
D - Изменение давления в цилиндре (режим торможения двигателем)
E - Кривая газораспределения выпускного клапана (режим повышения температуры отработанных газов)
F - Изменение давления в цилиндре (режим повышения температуры отработанных газов)
L - Свободный ход.