МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ КЛАПАНОВ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ 2-ТАКТНОГО И 4-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
MECHANICAL ACTUATOR FOR TWO- AND FOUR-STROKE ICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к механической системе приведения в действие регулируемых клапанов для управления и приведения в действие клапана двигателя внутреннего сгорания. В частности, настоящее изобретение относится к системе приведения в действие регулируемых клапанов, которая позволяет осуществлять операцию торможения или зажигания 2-тактного двигателя.
Уровень техники
Как известно, можно управлять поршневыми двигателями и достигать различных функций посредством приведения в действие клапанов. В наиболее простом подходе изменение положения кулачка применяется для повышения объемного КПД при условии полного дросселирования. Поскольку закрытие впускного клапана определяет реальное начало сжатия, это также может влиять на эффективный коэффициент сжатия. Изменяя открытие выпускного клапана, можно влиять на энергию выхлопных газов и, следовательно, на нагрев катализатора, а также производительность турбонагнетателя.
Ввиду вышесказанного, очевидно, что переключение между разными специальными кривыми подъема клапана оказывает еще более эффективное влияние на газообмен или движение наведенных зарядов на впуске, и даже можно добиться деактивации цилиндров за счет полной деактивации клапанов.
Кроме того, в особенности, полностью гибкие системы приведения в действие регулируемых клапанов рассматриваются как предпочтительные концепции экономии топлива. Механические системы приведения в действие регулируемых клапанов с кулачковым приводом позволяют осуществлять регулирование нагрузки посредством раннего закрытия впускного клапана при минимальных потерях на дросселирование.
Различные системы приведения в действие регулируемых клапанов уже известны в технике. Например, известно использование колеблющегося “профильного” коромысла с кулачковым приводом для получения механического приведения в действие регулируемых клапанов. Один пример таких известных систем показан на фиг.1. В этой системе, отвечающей уровню техники, система приведения в действие обеспечивает работу 4-тактного двигателя. Изменение профилей подъема клапана осуществляется поворотом шарнирного элемента коромысла 3.
Недостаток этой системы, показанной на фиг.1, состоит в том, что ее нельзя использовать в операции торможения или зажигания двигателя для 2-тактного двигателя. Это означает, что такая система, а также многие другие, полезна только для операций 4-тактного двигателя.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение механической системы приведения в действие регулируемых клапанов, пригодной для использования в операциях торможения или зажигания 4-тактного, а также 2-тактного двигателя.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение механической системы приведения в действие регулируемых клапанов, пригодной для снижения расхода топлива и выбросов двигателя.
Еще одной задачей является обеспечение механической системы, обладающей высокой надежностью и сравнительной простотой в производстве при конкурентоспособной цене.
Сущность изобретения
Вышеуказанные задачи решаются за счет механической системы приведения в действие регулируемых клапанов по п.1 формулы изобретения.
Упомянутая система, таким образом, содержит элемент управления, выполненный с возможностью управления посредством средства регулируемого соединения подъема клапана клапанной системы. Средство регулируемого соединения является системой рычажного соединения, выполненной с возможностью соединения эксцентрикового элемента с ведомым валом и с колеблющимся коромыслом, которое входит в контакт с клапанной системой. Колеблющееся коромысло содержит первый и второй профили подъема, выполненные с возможностью контакта с клапанной системой.
Краткое описание чертежей
Дополнительные преимущества настоящего изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания предпочтительных, но не исключительных вариантов осуществления и из прилагаемых чертежей, которые призваны лишь иллюстрировать, но не ограничивать настоящее изобретение, в которых:
- фиг.1 представляет известную механическую систему приведения в действие регулируемых клапанов;
- фиг.2 схематически представляет механическую систему приведения в действие регулируемых клапанов согласно настоящему изобретению;
- фиг.2a представляет схематическое представление системы приведения в действие настоящего изобретения;
- фиг.3 схематически представляет элемент колеблющегося коромысла согласно настоящему изобретению;
- фиг.4 - диаграмма подъема клапана относительно операции зажигания двухтактного двигателя для двигателя, снабженного системой приведения в действие клапанов согласно изобретению;
- фиг.5 - диаграмма подъема клапана относительно операции торможения двухтактного двигателя для двигателя, снабженного системой приведения в действие клапанов согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.2, 2a и 3 показан двигатель внутреннего сгорания, снабженный механической системой 1 приведения в действие регулируемых клапанов согласно настоящему изобретению. Система 1 приведения в действие клапанов содержит элемент 2 управления, который соединен посредством средства регулируемого соединения с клапанной системой 100.
Средство регулируемого соединения содержит систему рычажного соединения, выполненную для соединения элемента 2 управления с ведомым валом 4 и с колеблющимся коромыслом 6. Последнее входит в контакт с клапанной системой 100 и содержит первый профиль 5A подъема и второй профиль 5B подъема, посредством которых колеблющееся коромысло 6 активирует системный клапан 100.
Как показано на упомянутой фигуре, системный клапан 100 содержит по меньшей мере один клапан 104 (выпускной или впускной клапан), который перемещается средством 101, 102, 103 передачи, активированным профилями 5A, 5B колеблющегося коромысла 6. Это средство передачи известно в технике и может содержать гидравлический механизм 102 регулировки зазора в приводе клапана, плечо коромысла 101, соединенное с клапаном 104 и роликом 103. В альтернативном варианте осуществления, последний также может быть толкателем согласно решениям, известным в области техники.
Согласно изобретению, колеблющееся коромысло 6 колеблется вокруг неподвижной детали 30 с амплитудой R1, R2, R3 колебаний, которая устанавливается соответствующей рабочей конфигурацией элемента 2 управления. В частности, такая рабочая конфигурация задается положением рабочей части 10 элемента 2 управления.
Первый профиль 5A подъема и второй профиль 5B подъема входят в контакт с клапанной системой 100 в зависимости от относительной амплитуды R1, R2, R3 колебаний, установленной элементом 2 управления. Это означает, что каждая амплитуда R1, R2, R3 колебаний соответствует конкретной характеристике подъема клапана. Другими словами, можно изменять характеристику подъема клапана, изменяя положение рабочей части 10 элемента 2 управления.
Элемент 2 управления, предпочтительно, является эксцентриковым элементом (далее обозначенным той же ссылочной позицией 2), центр поворота которой обозначен на фигурах как 2a. Средство регулируемого соединения содержит систему рычажного соединения, снабженную пятью штангами 3a, 3b, 3c, 3d, 3e. Каждая штанга 3a, 3b, 3c, 3d, 3e имеет два конца. Первый конец первой штанги 3a соответствует рабочей части 10 элемента 2 управления. В частности, упомянутая рабочая часть 10 может поворачиваться ко внешней поверхности, центр которой находится в 2a. Положение рабочей части 10 можно изменять посредством элемента управления, отличного от упомянутого эксцентрикового элемента. Фактически, рабочая часть 10 может также перемещаться линейно посредством элемента управления, содержащего сдвигающий механизм, пригодный для линейного перемещения рабочей части 10.
Вторая штанга 3b имеет конец 50, который соединен с ведомым валом 4 посредством четвертой штанги 3d. Таким образом, первая четырехшарнирная система образована четырьмя шарнирами 10, 20, 50 и 60. Ведомый вал 4 эксцентрично перемещает шарнирный элемент 50 второй штанги 30b, преимущественно избегая использования кулачка.
Подъем клапана можно изменять посредством сдвига первого конца 10 первой штанги 3a. Фактически, второй конец 20 первой штанги 3a повторяет движение первого конца 10. Второй конец 20 первой штанги 3a соединен посредством коленчатого сочленения 5 со второй штангой 3b и с третьей штангой 3c.
Первый конец третьей штанги 3c совмещен с шарниром 20 коленчатого сочленения 5, тогда как второй конец 40 третьей штанги 3c непосредственно соединен с колеблющимся коромыслом 6. Колеблющееся коромысло 6 связано с возможностью поворота с шарниром 40. Пятая штанга 3e дополнительно выполнена для соединения шарнирного элемента 40 с неподвижным шарнирным элементом 30. В частности, последняя является центром поворота колеблющегося коромысла 6, тогда как шарнир 40 устанавливает угловые колебания самого коромысла. Таким образом, вторая четырехшарнирная система образована четырьмя шарнирами 10, 20, 40, 30.
На фиг.2a показана система рычажного соединения, в которой шарнир 20 представлен в виде двух шарниров 20a и 20b, чтобы лучше показать две четырехшарнирные системы. Первая шарнирная система образована четырьмя шарнирами 10, 20a, 40 и 30, вторая шарнирная система образована четырьмя шарнирами 10, 20b, 50, 60.
Поворот эксцентрикового элемента 2 изменяет подъем клапана, изменяя рабочий диапазон (амплитуду колебаний) профильного коромысла 6 влево или вправо посредством смещения шарнира 40 коромысла, вызванного перемещением третьей штанги 3c. Когда положение угловых колебаний коромысла 6 изменяется третьей штангой 3c, подъем клапана соответственно изменяется посредством большего или меньшего контакта профилей 5A, 5B подъема коромысла с роликом 103 клапана клапанной системы 100.
На фиг.3 схематически показана возможная конфигурация колеблющегося коромысла 6. Как показано, первый профиль 5A подъема и второй профиль 5B подъема симметричны относительно плоскости, пересекающей центр 30 поворота коромысла 6 и перпендикулярной плоскости чертежа. На фиг.3 также указаны возможные амплитуды R1, R2, R3 колебаний коромысла 6. Ссылочная позиция R1 указывает первую возможную амплитуду колебаний, заданную соответствующим первым положением рабочей части 10 элемента 2 управления. Первая амплитуда R1 колебаний такова, что только первый профиль 5A входит в контакт с клапанной системой 100 в процессе колебаний коромысла 6. В частности, первое положение рабочей части 10 устанавливает результирующее первое положение четвертого шарнира 40, которое перемещает амплитуду колебаний коромысла, по существу, вправо. Благодаря первой амплитуде колебаний, можно получить характеристику подъема клапана, пригодного для работы 4-тактного двигателя.
Согласно фиг.3, вторая амплитуда колебаний, указанная ссылочной позицией R2, может устанавливаться второй рабочей конфигурации элемента 2 управления, которое соответствует второму положению рабочей части 10. Вторая амплитуда колебаний R2 устанавливается так, чтобы задавать более низкий подъем клапана, чем тот, который можно получить при первой амплитуде R1. Благодаря второй амплитуде R2, можно осуществлять работу двигателя, снабженного внутренней системой рециркуляции отработанных газов.
Третья амплитуда колебаний, указанная ссылочной позицией R3, может устанавливаться третьим положением рабочей части 10 элемента 2 управления. Третья амплитуда R3 колебаний такова, что оба профиля 5A, 5B подъема колеблющегося коромысла 6 входят в контакт с клапанной системой 100 (в частности, роликом 103, показанным на фиг.2) в течение полного колебания самого коромысла. Это условие позволяет иметь характеристику подъема, когда коромысло 6 перемещается вправо, и другую характеристику подъема, когда оно перемещается в другую сторону. Другими словами, амплитуда R3 колебаний позволяет удваивать частоту подъема клапанов. Это означает, что возможна операция зажигания или торможения двухтактного двигателя.
На фиг.4 показаны характеристики (E1, E2, E3) подъема выпускного клапана и характеристики (D1, D2, D3) подъема впускного клапана двигателя, снабженного системой приведения в действие регулируемых клапанов согласно изобретению. В частности, характеристики подъема, показанные на фиг.4, заданы как функция углового положения ведомого вала 4. Подробно, ссылочные позиции E1 и D1 указывают, соответственно, характеристику подъема выпускного клапана и характеристики подъема впускного клапана в отношении работы 4-тактного двигателя. Такой режим работы требует подъема одного клапана в течение цикла ведомого вала 4. Согласно фиг.3 и 4, характеристик E1 и D1 можно добиться, устанавливая амплитуду R1 колебаний для коромысла 6.
На фиг.3 ссылочные позиции E2 и E3 указывают характеристики подъема выпускного клапана в отношении работы 2-тактного двигателя. Аналогично, ссылочные позиции D2 и D3 указывают характеристики подъема впускного клапана в отношении работы 2-тактного двигателя. Для такой работы двигателя требуется удвоенная частота подъема клапана. Система 1 приведения в действие регулируемых клапанов согласно изобретению позволяет устанавливать соответствующую амплитуду колебаний пригодной для получения упомянутой частоты. Опять же, согласно фиг.4, оба профиля 5A, 5B подъема могут входить в контакт с клапанной системой 100 за счет установки амплитуды R3 колебаний. Таким образом, для каждого цикла ведомого вала 4, выпускной и впускной клапаны поднимаются два раза, т.е. первый раз за счет действия первого профиля 5A на ролик 103 и второй раз за счет действия второго профиля 5B на сам ролик.
На фиг.5 показаны характеристики подъема клапана в отношении операции торможения 2-тактного двигателя, обеспечиваемой посредством системы приведения в действие регулируемых клапанов согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.5, в этом режиме работы подъем выпускного клапана меньше, чем подъем впускного клапана. Это условие может быть выполнено установлением надлежащей амплитуды колебаний для колеблющегося коромысла 6 и оптимизацией геометрии профилей 5A, 5B подъема. В частности, геометрия профилей подъема, предназначенных для контакта с впускным клапаном, должна отличаться от геометрии профилей, предназначенных для выпускных клапанов, для получения разного подъема, показанного на фиг.5.
Согласно изобретению, система приведения в действие регулируемых клапанов может содержать устройство фазировки кулачка для обеспечения обоих режимов работы 2-тактного двигателя и, в частности, для смещения профилей 5A, 5B подъема в правое угловое положение для торможения.
Было показано, что настоящее изобретение достигает поставленных целей и решает поставленные задачи.
В частности, было показано, что механическая система приведения в действие регулируемых клапанов согласно настоящему изобретению позволяет точно управлять подъемом клапана для оптимизации нескольких различных условий эксплуатации. В частности, система приведения в действие регулируемых клапанов согласно изобретению обеспечивает как работу 2-тактного двигателя, так и работу четырехтактного двигателя. Что касается работы в 2-тактном режиме, наличие двух профилей подъема позволяет удвоить частоту подъема клапана, тогда как геометрическая оптимизация упомянутых профилей позволяет получить конкретный подъем впускного и/или выпускного клапана. Это означает, что система приведения в действие регулируемых клапанов согласно изобретению позволяет обеспечить операции торможения и зажигания двухтактного двигателя.
Кроме того, механическая система приведения в действие регулируемых клапанов согласно настоящему изобретению позволяет улучшить расход топлива и выбросы, в особенности посредством раннего закрытия впускного клапана и изменения перекрытия клапанов.
Кроме того, система приведения в действие регулируемых клапанов настоящего изобретения реализует изменение подъема клапана без использования кулачка для вращения профиля коромысла, который входит в контакт с клапаном, что позволяет более точно регулировать подъем клапана.
Специалист в данной области техники может предложить и применить на практике альтернативные и эквивалентные варианты осуществления изобретения, не отклоняясь от сущности изобретения.
Опираясь на вышеприведенное описание, специалист в данной области техники сможет реализовать изобретение, не вводя никаких дополнительных деталей конструкции.