ИЗМЕНЯЕМЫЙ КЛАПАННЫЙ ПРИВОД И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТАКИМ КЛАПАННЫМ ПРИВОДОМ
VARIABLE VALVE DRIVE AND VEHICLE WITH SUCH A VALVE DRIVE

Изобретение относится к изменяемому клапанному приводу для подъемного клапана, в частности, для газораспределительного клапана двигателя внутреннего сгорания, который установлен с возможностью периодического перемещения между закрытым и открытым положением опосредованно с помощью кулачка через коромысло.
Известна работа газораспределительных клапанов двигателя внутреннего сгорания изменяемым образом с различными моментами времени закрывания и открывания, а также с различными ходами открывания клапанов. Такие изменяемые клапанные приводы обеспечивают предпочтительно возможность целенаправленного согласования прохождения диаграммы перемещения клапана при изменении угла кулачка в зависимости от рабочих параметров снабженного соответствующим подъемным клапаном устройства, т.е. например, в зависимости от скорости вращения, нагрузки или температуры двигателя внутреннего сгорания.
В частности, известно создание нескольких различных кривых подъема подъемного клапана за счет того, что для приведения в действие этого подъемного клапана имеется несколько кулачков, и что контур лишь одного кулачка обуславливает ход выполнения подъема. Для переключения на другой ход выполнения подъема осуществляется переключение на контур другого кулачка. Такое управление клапанами известно из DE 42 30 877 А1. При этом на кулачковом валу расположен без возможности проворачивания, но с возможностью сдвига в осевом направлении блок кулачкового вала с двумя различными контурами кулачка. В соответствии с осевым положением кулачкового блока, один контур кулачка через промежуточное звено (передаточный рычаг) соединен с подъемным клапаном. Осевой сдвиг кулачкового блока для изменения параметров клапана происходит во время фазы основной окружности против действия возвратной пружины с помощью упорного кольца.
Из DE 195 19 048 А1 известен изменяемый клапанный привод для двигателя внутреннего сгорания, в котором также на кулачковом валу расположены непосредственно рядом друг с другом два выполненных с различными кулачковыми контурами кулачка. Изменение сцепления кулачка осуществляется посредством осевого сдвига кулачкового вала с находящимися на нем кулачками.
Кроме того, из DE 195 20 117 С2 известен клапанный привод двигателя внутреннего сгорания, в котором на кулачковом валу расположен без возможности проворачивания, но с возможностью осевого сдвига кулачковый блок по меньшей мере с двумя различными кулачковыми дорожками. Перестановка кулачкового блока происходит с помощью перестановочного элемента, который проходит внутри кулачкового вала. С помощью расположенного на торцевой стороне кулачкового вала гидравлического или пневматического цилиндропоршневого модуля двойного действия перестановочный элемент сдвигается внутри кулачкового вала. Перестановочный элемент соединен с поводком, который проходит через расположенное в осевом направлении в кулачковом валу удлиненное отверстие и входит в отверстие кулачкового блока.
Недостатком этого уровня техники является то, что нет возможности бесступенчатой установки различных моментов времени открывания и закрывания, а также различных ходов открывания клапанов. Другой недостаток состоит в том, что с помощью известных принципов невозможно переоснащение существующего не изменяемого клапанного привода на клапанный привод с возможностью изменения, без изменения при этом других конструктивных элементов, дополнительно к тем, которые необходимы непосредственно для реализации изменяемости.
Задачей изобретения является создание улучшенного изменяемого клапанного привода с коромыслом, с помощью которого могут быть предотвращены недостатки уровня техники. Задачей изобретения является, в частности, создание изменяемого клапанного привода, который обеспечивает возможность бесступенчатого изменения моментов времени открывания и закрывания клапанов, а также ходов открывания клапанов.
Эта задача решена с помощью изменяемого клапанного привода с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются подробно в последующем описании частично со ссылками на чертежи.
Согласно изобретению, предлагается изменяемый клапанный привод для подъемного клапана. Подъемный клапан установлен с возможностью периодического движения между положением открывания и закрывания, в частности, против действия силы возвратной пружины, опосредованно с помощью кулачка кулачкового вала. Подъемный клапан предпочтительно является газораспределительным клапаном двигателя внутреннего сгорания.
Согласно общей идее изобретения, клапанный привод содержит переключаемую систему качающихся рычагов для приведения в действие подъемного клапана. Под переключаемой системой качающихся рычагов понимается система качающихся рычагов, которая выполнена с возможностью изменения с помощью переключательного устройства, соответственно, регулировочного устройства ее передаточных свойств относительно передачи движения кулачка на подъемный клапан так, что обеспечивается возможность изменения момента времени открывания и/или закрывания и/или высоты хода открывания клапана. Система качающихся рычагов содержит первое коромысло, называемое в последующем передаточным коромыслом, и второе коромысло, называемое в последующем клапанным коромыслом, которые опираются с возможностью поворота на различные оси коромысел, которые параллельны оси кулачкового вала. При этом клапанное коромысло находится на первом конце в контакте с подъемным клапаном и имеет на втором конце ролик, в частности, прижимной ролик. Передаточное коромысло согласовано на первом конце с кулачком кулачкового вала, т.е. находится в соприкосновении с кулачком, с целью передачи движения кулачка. В соответствии с движением кулачка качается передаточное коромысло. На втором конце передаточное коромысло взаимодействует через контурную поверхность, в частности, задающую ход клапана контурную поверхность, с роликом клапанного коромысла так, что качательное движение передаточного коромысла создает соответствующее качательное движение клапанного коромысла, при котором ролик коромысла катится по контурной поверхности, и вызываемое этим качательное движение клапанного коромысла приводит к соответствующему подъему клапана. В этом смысле передаточное коромысло и клапанное коромысло включены последовательно.
Контурная поверхность является поверхностью передаточного коромысла, по которой катится туда и обратно ролик клапанного коромысла при передаче движения кулачка на подъемный клапан, и тем самым передает движение передаточного коромысла на клапанное коромысло. За счет выполнения формы контурной поверхности, например, с подъемом в направлении качения, можно задавать ход выполнения подъема подъемного клапана.
Изменяемый клапанный привод содержит исполнительный механизм для переключения системы качающихся рычагов, с помощью которого обеспечивается возможность поворота контурной поверхности вокруг оси передаточного коромысла, с целью сдвига зоны качения ролика по контурной поверхности. Предпочтительно, исполнительный механизм предназначен для создания поворота контурной поверхности, соответственно содержащей контурную поверхность части передаточного коромысла, относительно клапанного коромысла. За счет этого изменяется зона контурной поверхности, по которой катится ролик клапанного коромысла, и за счет этого также вызываемый ход клапана и/или моменты времени открывания, соответственно, закрывания клапана.
Преимуществом изменяемого клапанного привода, согласно изобретению, является то, что конструкция коромысла и кулачкового вала может оставаться неизменной относительно обычного не изменяемого клапанного привода. Другое преимущество состоит в том, что изменяемый клапанный привод осуществляет приведение в действие клапана с помощью мало подвижных масс, поскольку клапанное коромысло, как обычно, качается вверх и вниз, передаточное коромысло также качается вверх и вниз, и кулачковый вал, как обычно, вращается.
Кроме того, изменяемый клапанный привод обеспечивает возможность очень стабильного решения полностью изменяемого управления, в частности, в области двигателей для транспортных средств промышленного назначения и промышленных двигателей.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, контурная поверхность имеет первую зону качения, которая не создает ход клапана, когда ролик клапанного коромысла катится по первой зоне качения. Первая зона качения образует, в частности, контур основной окружности и называется в последующем зоной основной окружности. Точки качения в зоне основной окружности имеют предпочтительно постоянное радиальное расстояние до оси передаточного коромысла.
Согласно этому предпочтительному варианту выполнения, контурная поверхность имеет дополнительно примыкающую к первой зоне качения вторую зону качения, которая имеет наклонный контур. Наклонный контур задает ход клапана так, что ход клапана тем больше, чем дальше ролик клапанного коромысла, приходя с первой зоны качения, катится по второй зоне качения. Таким образом, под наклонной зоной понимается та зона, которая в направлении движения ролика имеет увеличивающееся радиальное расстояние до оси передаточного коромысла. В противоположном направлении движения ролика, радиальное расстояние ролика на второй зоне качения, следовательно, уменьшается.
Под зоной качения понимается зона контурной поверхности, по которой предусмотрена возможность качения ролика клапанного коромысла при качательном движении передаточного коромысла. Насколько ролик действительно катится по определенной зоне качения при качательном движении, зависит от установленного с помощью исполнительного механизма положения поворота контурной поверхности.
В предпочтительной модификации этого варианта выполнения контурная поверхность имеет примыкающую ко второй зоне качения третью зону качения. Третья зона качения создает предпочтительно положение клапана с заданным постоянным ходом клапана, например, положение клапана с максимальным ходом клапана, когда ролик клапанного коромысла катится по третьей зоне качения. Точки качения на третьей зоне качения имеют предпочтительно постоянное расстояние до оси передаточного коромысла. Однако радиальное расстояние третьей зоны качения больше радиального расстояния первой зоны качения.
Зона контурной поверхности, по которой катится ролик коромысла, остается по величине угла всегда постоянной, однако зона контурной поверхности, по которой фактически катится ролик, может сдвигаться. Если, например, контурная поверхность с помощью исполнительного механизма поворачивается относительно клапанного коромысла так, что ролик катится меньший путь по первой зоне и вместо этого больший путь по второй зоне, то увеличивается ход клапана. За счет целесообразного выбора размеров и/или наклона, соответственно, хода изменения наклона зон качения, можно устанавливать ход клапана и/или моменты времени открывания и закрывания, которые получаются при качении клапанного коромысла по контурной поверхности. В зависимости от установки, соответственно изменения зоны качения, можно удерживать, например, клапан полностью закрытым, когда, например, ролик клапанного коромысла катится туда и обратно исключительно по первой зоне качения. Кроме того, существует возможность привода клапана, при котором подъемный клапан кратковременно удерживается открытым на максимальном ходе клапана. Это может достигаться, например, когда контурная поверхность задается с помощью исполнительного механизма в положении поворота, при котором движение качения ролика клапанного коромысла содержит также по меньшей мере частично третью зону. Во время качения по третьей зоне подъемный клапан кратковременно удерживается открытым на максимальном ходе клапана.
В другой предпочтительной модификации этого варианта выполнения контурная поверхность имеет примыкающую к третьей зоне качения четвертую зону качения, которая снова образует наклонный контур, и пятую зону качения, которая примыкает к четвертой зоне качения. Точки качения в пятой зоне качения имеют постоянное радиальное расстояние до оси передаточного коромысла. Радиальное расстояние пятой зоны качения больше радиального расстояния третьей зоны качения и больше радиального расстояния первой зоны качения. В этом варианте выполнения с пятью зонами качения третья зона образует среднее положение, в котором подъемный клапан кратковременно, т.е. во время качения ролика по третьей зоне, удерживается открытым в положении открывания с постоянной высотой хода, которая меньше максимальной высоты хода.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, передаточное коромысло содержит первый рычаг, который находится в соприкосновении с кулачком кулачкового вала, и второй рычаг, имеющий контурную поверхность, которая взаимодействует с роликом клапанного коромысла. Первый рычаг и второй рычаг соединены друг с другом с возможностью передачи движения, в частности, так, что создаваемое с помощью кулачка качательное движение первого рычага приводит к соответствующему качательному движению с той же величиной угла второго рычага вокруг оси передаточного коромысла. Кроме того, с помощью исполнительного механизма обеспечивается возможность изменения положения поворота второго рычага относительно первого рычага, с целью изменения зоны качения ролика клапанного коромысла по контурной поверхности. В устанавливаемом с помощью исполнительного механизма положении поворота первый рычаг и второй рычаг снова соединены друг с другом с возможностью передачи движения, так что они при приведении в действие с помощью кулачка совместно поворачиваются туда и обратно вокруг оси коромысла. За счет этого создается стабильный регулируемый передаточный механизм для изменяемой передачи движения кулачка на клапанное коромысло.
Особенно предпочтительно, когда исполнительный механизм выполнен для бесступенчатого изменения положения поворота второго рычага относительно первого рычага. В качестве альтернативного решения, исполнительный механизм может быть предназначен для изменения положения поворота второго рычага относительно первого рычага в двух или более заданных положениях, так что обеспечивается возможность переключения двух или больше заданных положений на контурной поверхности и тем самым ходов клапана.
Согласно одной возможности реализации изобретения предусмотрено, что исполнительный механизм выполнен в виде гидравлического переключательного модуля. Например, исполнительный механизм может иметь гидравлически приводимый в действие переключательный палец, который на своем первом конце закреплен на первом рычаге, а на своем втором конце - на втором рычаге передаточного коромысла, при этом выдвижение переключательного пальца изменяет положение поворота второго рычага относительно первого рычага.
В качестве альтернативного решения, исполнительный механизм может быть выполнен в виде электрического и/или механического исполнительного механизма, например, для приведения в действие переключательного пальца электрически и/или механически.
Кроме того, первый рычаг и второй рычаг могут быть соединены друг с другом с помощью поводка. Поводок может дополнительно образовывать гнездо для переключательного пальца и тем самым выполнять двойную функцию.
Согласно другому варианту выполнения, передаточное коромысло может быть предварительно напряжено с помощью возвратной пружины так, что передаточное коромысло прижимается к кулачковому валу. За счет этого обеспечивается надежная передача движения кулачка. Например, первый рычаг передаточного коромысла может быть предварительно напряжен с помощью возвратной пружины так, что передаточное коромысло прижимается к кулачковому валу.
В рамках изобретения возможно также, что клапанное коромысло на своем расположенном на стороне клапана конце имеет гнездо, в котором размещен гидравлический компенсирующий зазор клапана элемент или винт со слоновой ногой.
Кроме того, коромысло на своей внутренней стороне, т.е. на обращенной к головке цилиндра стороне, может иметь геометрическую форму для осевой фиксации на стойке подшипника. Например, коромысло может иметь опору для крепления на стойке подшипника коромысла, на которой расположена ось коромысла, на которую насажено коромысло с возможностью поворота с помощью согласованного отверстия и удерживается с помощью осевого стопора, при этом осевой стопор является направляющим соединением в виде соединения с элементом сцепления и противоположным элементом между стойкой подшипника и коромыслом, в котором ориентированный поперек направления оси элемент сцепления, например в виде кольцевой перемычки, входит с возможностью поворотного движения в согласованный противоположный элемент с осевой опорой боковых поверхностей.
Согласно одному аспекту изобретения, предлагается транспортное средство, в частности транспортное средство промышленного назначения, содержащее указанный изменяемый клапанный привод.
Указанные выше предпочтительные варианты выполнения и признаки изобретения можно любым образом комбинировать друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - клапанный привод, согласно одному варианту выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг. 2 - клапанный привод, согласно одному варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;
фиг. 3 - соединение между клапанным коромыслом и передаточным коромыслом, согласно одному варианту выполнения изобретения, в увеличенном масштабе;
фиг. 4 - второй рычаг передаточного коромысла, согласно одному варианту выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг. 5 - второй рычаг передаточного коромысла, согласно другому варианту выполнения изобретения, на виде сбоку;
фиг. 6 - различные устанавливаемые кривые подъема подъемного клапана;
фиг. 7 - передаточное коромысло в первом состоянии переключения, согласно одному варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции; и
фиг. 8 - передаточное коромысло из фиг. 7 во втором состоянии переключения.
Одинаковые части на фигурах обозначены одинаковыми позициями, так что показанные на фигурах различные проекции клапанного привода сами по себе понятны.
На фиг. 1 и 2 показан на виде сбоку, соответственно, в изометрической проекции изменяемый клапанный привод 1, согласно одному варианту выполнения изобретения. Клапанный привод 1 служит для приведения в действие газораспределительных клапанов (не изображены) двигателя внутреннего сгорания, которые установлены с возможностью периодического движения между положением закрывания и открывания опосредованно с помощью кулачка 2 кулачкового вала 3.
Клапанный привод 1 содержит переключаемую систему качающихся рычагов (коромысел) для приведения в действие подъемных клапанов. Система качающихся рычагов содержит первое коромысло (клапанное коромысло) 20, которое установлено с возможностью поворота вокруг оси 23 коромысла, и второе коромысло (передаточное коромысло) 10, которое установлено с возможностью поворота на другой оси 13 коромысла. Обе оси 13, 23 коромысла разделены пространственно, однако обе проходят параллельно оси кулачкового вала 3.
Передаточное коромысло 20 находится на своем расположенном на стороне клапана конце 21, т.е. своим расположенным на стороне клапана рычажным плечом 21, в контакте с двумя подъемными клапанами (не изображены). Расположенное на стороне клапана рычажное плечо 21 клапанного коромысла 20 выполнено для этого в виде рычажного плеча для двух клапанов, с целью одновременного приведения в действие двух газораспределительных клапанов. Для этого расположенное на стороне клапана рычажное плечо 21 выполнено в виде вилки, как показано на фиг. 2. Кроме того, как показано на фиг. 2, две такие системы 10, 20 клапанных качающихся рычагов расположены друг за другом в осевом направлении кулачкового вала, с целью приведения в действие четырех подъемных клапанов. На каждом расположенном на стороне клапана конце рычажного плеча 21 расположено гнездо 24. Гнездо 24 может применяться для опоры само по себе известного гидравлического элемента 25 компенсации зазора клапана. Вместо гидравлического элемента компенсации зазора клапана, в гнезде 24 может быть размещен, после соответствующий обработки, также винт со слоновой ногой, с помощью которого можно вручную юстировать клапанный зазор.
Гидравлические элементы компенсации клапанного зазора (HVA) в двигателях внутреннего сгорания сами по себе известны и служат, в частности, для компенсации изменяющегося в течение работы продольного размера газораспределительных клапанов так, что в фазе основной окружности приводящего в действие клапан кулачка обеспечивается надежное закрывание клапана. При этом, с другой стороны, подъем кулачка передается без потерь на клапан, и тем самым преобразуется в движение клапана. Принцип действия таких гидравлических элементов компенсации клапанного зазора, которые расположены в силовом потоке, принимается как известный.
Клапанное коромысло 20 удерживается на стойке подшипника коромысла (не изображена), при этом на стойке подшипника коромысла расположена ось 23 коромысла, на которую насажено с возможностью поворота клапанное коромысло 20 согласованным отверстием и удерживается с помощью осевого стопора. В данном примере выполнения осевой стопор выполнен в виде соединения с элементом сцепления и противоположным элементом между стойкой подшипника и коромыслом, в котором ориентированный поперек направления оси элемент сцепления, например, в виде кольцевой перемычки 27, входит с возможностью поворота в согласованный противоположный элемент с осевой опорой боковых поверхностей. Однако осевое стопорение может осуществляться также известным образом с помощью поверхностей прилегания к боковым поверхностям коромысла. Эти боковые поверхности могут быть выполнены, например, посредством калибровки кованой заготовки, соответственно, с помощью механической обработки. На стороне стойки подшипника фиксация может осуществляться также с помощью обработанных соответствующим образом поверхностей, а также с помощью шайб и стопорных колец. Кроме того, известны стопоры между коромыслом и осью. Например, для этого одна зона оси, которая окружена отверстием коромысла, имеет кольцевую канавку, в которое проходит пружинное стопорное кольцо, которое одновременно своим лежащим снаружи участком кольца проходит в кольцевой канавке коромысла.
На своем лежащем противоположно относительно оси 23 коромысла конце 22, т.е. на расположенном на стороне кулачкового вала рычажном плече 22, на этом дистальном конце рычажного плеча 22 расположен ролик 26.
Передаточное коромысло 10 находится в соприкосновении на своем расположенном на стороне кулачкового вала конце 11 с кулачком 2 кулачкового вала 3. Для этого на расположенном на стороне кулачкового вала конце 11 расположен ролик 18, например, прижимной ролик, который катится по кулачку 2 кулачкового вала 3 и тем самым передает движение кулачка. Кроме того, передаточное коромысло 10 взаимодействует на другом относительно оси 13 коромысла конце 12 через задающую ход поверхность, называемую контурной поверхностью 16, с роликом 26 клапанного коромысла 20, т.е. ролик 26 передаточного коромысла 20 катится при создаваемом движением кулачка качательном движении передаточного коромысла 10 по контурной поверхности 16, за счет чего создается соответствующее качательное движение клапанного коромысла 20. Передаточное коромысло 10 передает с помощью своего качательного движения движение кулачка на клапанное коромысло 20, которое в свою очередь за счет своего соответствующего качательного движения создает ход клапана. Таким образом, передаточное коромысло 10 и клапанное коромысло 20 включены последовательно. Для этого кулачковый вал 3 и клапанное коромысло 20 могут быть выполнены само по себе известным образом и соединены друг с другом с возможностью передачи движения с помощью расположенного между ними передаточного коромысла 10.
Контурная поверхность 16, на которую опирается ролик 26 клапанного коромысла, служит в качестве зоны качения, по которой катится туда и обратно ролик 26 клапанного коромысла при передаче качательного движения передаточного коромысла 10 на клапанное коромысло 20. Таким образом, за счет выполнения формы этой служащей в качестве поверхности качения контурной поверхности 16 могут задаваться, а также изменяться характеристики хода подъемного клапана.
На фиг. 3 показано детально соединение между клапанным коромыслом 20 и передаточным коромыслом 10 на контурной поверхности 16. Контурная поверхность 16 имеет в этом примере выполнения три различные зоны 16а, 16b и 16с, которые могут служить в качестве зон качения для ролика 26.
Первая зона 16а качения образует контур основной окружности, т.е. когда ролик 26 катится по этой зоне, то клапанное коромысло 20 не создает хода клапана. Расстояние точек на первой поверхности 16а качения до оси 13 коромысла, т.е. их радиальное расстояние R1, является постоянным. Кроме того, контурная поверхность 16 содержит примыкающую непосредственно к первой зоне 16а качения вторую зону 16b качения, которая имеет наклонный контур. Радиальное расстояние точек качения увеличивается на второй зоне качения, исходя из значения R1, до значения R2. Таким образом, когда ролик 26, приходя с первой зоны 16, катится по второй зоне 16b, то клапанное коромысло 20 качается тем больше, чем дальше катится ролик 26 по второй зоне 16b качения. Следовательно, создаваемый ход клапана тем больше, чем дальше ролик 26 клапанного коромысла 20, приходя с первой зоны 16а качения, катится по второй зоне 16b качения.
Ко второй зоне 16b качения примыкает третья зона 16с качения, которая имеет постоянное радиальное расстояние R2 и создает положение клапана с максимальным ходом клапана, когда ролик 26 клапанного коромысла 20 катится по третьей зоне 16с качения.
Кроме того, клапанный привод 1 содержит исполнительный механизм 30 для переключения системы 10, 20 качающихся рычагов, с помощью которого обеспечивается возможность поворота контурной поверхности 16 вокруг оси 13 передаточного коромысла 10, с целью сдвига зоны качения ролика 26 клапанного коромысла 20 по контурной поверхности 16. За счет этого изменяется зона контурной поверхности 16, по которой катится ролик клапанного коромысла, и за счет этого изменяется также получающийся ход клапана и/или моменты времени открывания, соответственно, закрывания клапана.
Для этого показанный на фиг. 1 вариант выполнения передаточного коромысла 10 содержит первый рычаг 14, называемый в последующем следящим за кулачком рычагом, который через ролик 18 находится в соприкосновении с кулачком 2 кулачкового вала 3. Кроме того, передаточное коромысло 10 содержит второй рычаг 15, называемый в последующем контурным рычагом, который имеет контурную поверхность 16, которая взаимодействует с роликом 26 клапанного коромысла 20.
Следящий за кулачком рычаг 14 и контурный рычаг 15 соединены друг с другом с возможностью передачи движения так, что создаваемое кулачком 2 качательное движение следящего за кулачком рычага 14 приводит к соответствующему качательному движению контурного рычага 15 вокруг оси 13 передаточного коромысла 10. Однако с помощью исполнительного механизма 30 обеспечивается возможность изменения положения поворота контурного рычага 15 относительно следящего за кулачком рычага 14, с целью изменения зоны качения ролика 26 клапанного коромысла 20 по контурной поверхности. В каждом различно устанавливаемом положении поворота следящий за кулачком рычаг 14 и контурный рычаг 15 снова соединены друг с другом с возможностью передачи поворотного движения (качательного движения) вокруг оси 13 коромысла.
Устанавливаемые различные зоны качения иллюстрированы на фиг. 4. На фиг. 4 показан на виде сбоку контурный рычаг 15 передаточного коромысла 10, согласно одному варианту выполнения изобретения.
Например, исполнительный механизм, подробное пояснение которого будет дано ниже со ссылками на фиг. 7 и 8, может быть выполнен для установки двух различных положений поворота контурного рычага 15 относительно следящего за кулачком рычага 14, за счет чего получаются две различные зоны а1 и а2 качения для ролика 26 клапанного коромысла 20.
В первом установленном положении поворота ролик 26 катится при создаваемом с помощью кулачка 2 качательном движении передаточного коромысла 10, соответственно контурного рычага 15, туда и обратно по первой зоне 1а качения, которая содержит почти всю первую зону 16а качения и первую частичную зону второй зоны 16b качения. Во втором установленном положении поворота ролик 26 катится при создаваемом с помощью кулачка 2 качательном движении передаточного коромысла 10, соответственно контурного рычага 15, туда и обратно по второй зоне 2а качения, которая содержит почти всю вторую зону 16b качения и частичную зону третьей зоны 16с качения.
Если клапанный привод 1 переключается с первой зоны а1 качения на вторую зону а2 качения, то увеличивается создаваемый с помощью кулачкового вала 3 ход клапана. Как показано на фиг. 4, радиальное расстояние в правой концевой зоне зоны а2 еще равно радиальному расстоянию в первой зоне 16а качения, так что в этом месте создается положение закрывания подъемных клапанов.
Исполнительный механизм может быть выполнен так, что он может устанавливать положение поворота второго рычага относительно первого рычага в двух заданных положениях, так что обеспечивается возможность переключения двух различных заданных зон качения на контурной поверхности 16 и тем самым различных ходов клапана. В качестве альтернативного решения, исполнительный механизм может быть выполнен так, что обеспечивается возможность установки более двух заданных положений поворота, или возможность бесступенчатого изменения положения поворота внутри заданных пределов. В названном последним варианте выполнения можно бесступенчато изменять ход клапана.
На фиг. 5 показан на виде сбоку контурный рычаг 515 передаточного коромысла 10, согласно другому варианту выполнения изобретения. В этом варианте выполнения контурный рычаг имеет контурную поверхность с пятью различными зонами 16а-16е качения. Первая зона 16а качения образует снова контур основной окружности с постоянным радиальным расстоянием R1 до оси 13. Примыкающая вторая зона 16b качения образует снова наклонный контур с увеличивающимся радиальным расстоянием, которое в конце второй зоны качения увеличивается до значения R2. Примыкающая третья зона 16с образует снова зону с постоянным радиальным расстоянием R2.
К этой третьей зоне 16с качения примыкает в направлении качения четвертая зона 16d качения, которая снова образует наклонный контур. В конце четвертой зоны 16d качения радиальное расстояние увеличивается до значения R3. К четвертой зоне примыкает пятая зона 16е качения, которая снова имеет постоянное радиальное расстояние. Точки качения на пятой зоне 16е качения имеют постоянное радиальное расстояние до оси передаточного коромысла. Радиальное расстояние R3 пятой зоны 16е качения больше радиального расстояния R2 третьей зоны 16с качения и больше радиального расстояния R1 первой зоны 16а качения. В этом варианте выполнения с пятью зонами качения, третья зона 16с образует среднее положение, в котором подъемный клапан кратковременно, т.е. во время качения ролика 26 по третьей зоне 16с, удерживается в открытом положении с постоянной высотой хода, которая меньше максимальной высоты хода.
На фиг. 6 показаны в качестве иллюстрации различные устанавливаемые с помощью клапанного привода кривые подъема. Ось абсцисс соответствует углу α поворота кулачкового вала 3. Ось ординат соответствует ходу d клапана. Кривые 61-64 представляют четыре различных устанавливаемых хода изменения подъема клапана в зависимости от угла поворота кулачкового вала. Каждая из четырех кривых 61-64 соответствует определенному установленному с помощью исполнительного механизма положению поворота второго рычага 15 относительно первого рычага 14 передаточного коромысла 10. При этом кривая 61 соответствует установленному положению поворота, которое создает наибольший ход клапана и самое короткое время закрывания клапана, в то время как кривая 65, наоборот, создает наименьший ход клапана и наиболее длительное время закрывания клапана.
На фиг. 7 и 8 показан принцип действия гидравлического исполнительного механизма. При этом на фиг. 7 показана в изометрической проекции состоящая из двух частей конструкция передаточного коромысла 10 в первом состоянии переключения.
Выше уже указывалось, что передаточное коромысло 10 имеет состоящую из двух частей конструкцию. При этом передаточное коромысло 10 содержит первый рычаг (следящий за кулачком рычаг) 14, который находится в соприкосновении с кулачком 2 кулачкового вала 3, и второй рычаг (контурный рычаг) 15, который имеет контурную поверхность 16, которая взаимодействует с роликом 26 клапанного коромысла 20.
Следящий за кулачком рычаг 14 и контурный рычаг 15 соединены друг с другом с возможностью передачи движения через поводок 32, который нажимает на упорную поверхность 19 так, что создаваемое кулачком 2 качательное движение следящего за кулачком рычага 14 приводит к соответствующему качательному движению контурного рычага 15 вокруг оси 13 передаточного коромысла 10. Это соединение с возможностью передачи движения следящего за кулачком рычага 14 и контурного рычага 15 может быть реализовано вместо с помощью показанного поводка, также с помощью других соединений с геометрическим замыканием или гидравлических соединений, например, с помощью внутреннего зубчатого зацепления, поворотного двигателя и т.д., и может быть расположено в другом, вместо показанного, месте.
Однако с помощью гидравлического исполнительного механизма 30 обеспечивается возможность изменения положения поворота контурного рычага 15 относительно следящего за кулачком рычага 14, с целью изменения зоны качения ролика 26 клапанного коромысла 20 по контурной поверхности 16.
Для этого гидравлический исполнительный механизм 30 содержит приводимый гидравлически в действие палец 31, называемый в данном документе также переключательным пальцем 31, который на одном конце закреплен на следящем за кулачком рычаге 14, а на другом конце расположен на контурном рычаге 15.
Как показано на фиг. 7 и 8, следящий за кулачком рычаг 14 имеет для этого гнездо 33 для удерживания переключательного пальца 31, в котором расположена нагружаемая гидравлической жидкостью напорная камера (не изображена). Гидропроводы для снабжения напорной камеры и управления исполнительным механизмом 30 не показаны. Другой конец переключательного пальца удерживается в гнезде на контурном рычаге 15, при этом гнездо одновременно образует поводок 32.
При включении исполнительного механизма в напорную камеру подается гидравлическая жидкость, за счет чего переключательный палец 31 перемещается из показанного на фиг. 7 вдвинутого состояния в показанное на фиг. 8 выдвинутое состояние.
За счет выдвижения переключательного пальца 31 поворачивается контурный рычаг 15 в направлении часовой стрелки в другое положение поворота относительно следящего за кулачком рычага 14. За счет этого также контурная поверхность 16 поворачивается по часовой стрелке. Тем самым изменяется зона качения для ролика 26 клапанного коромысла 20. В зависимости от выполнения исполнительного механизма 30, можно за счет уровня давления в напорной камере устанавливать различные положения выдвигания переключательного пальца 31 и тем самым различные положения поворота.
Следящий за кулачком рычаг 15 с помощью возвратной пружины 17 предварительно напряжен через точку 17а упора возвратной пружины так, что все передаточное коромысло 10 прижимается силой возвратной пружины к кулачковому валу 3.
Хотя описание изобретения дано со ссылками на определенные примеры выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что могут быть выполнены различные изменения и могут применяться в качестве замены эквивалентные элементы, без выхода за объем изобретения. Дополнительно к этому, могут быть выполнены многие модификации, без выхода за объем изобретения. Следовательно, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами выполнения, а должно охватывать все примеры выполнения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от их подчиненности.
Перечень позиций
1 Изменяемый клапанный привод
2 Кулачки
3 Кулачковый вал
10 Передаточное коромысло
11 Первый конец
12 Второй конец
13 Ось передаточного коромысла
14 Первый рычаг, или следящий за кулачком рычаг
15,515 Второй рычаг, или контурный рычаг
16,516 Контурная поверхность
16а-16е Зоны качения
17 Возвратная пружина
17а Точка упора для возвратной пружины
18 Ролик
19 Упорная поверхность
20 Клапанное коромысло
21 Первый конец, или расположенное на стороне клапана рычажное плечо
21 Второй конец, или расположенное на стороне кулачкового вала рычажное плечо
23 Ось клапанного коромысла
24 Гнездо
25 Гидравлический элемент компенсации клапанного зазора
26 Ролик
27 Кольцевая перемычка
30 Исполнительный механизм
31 Переключательный палец
32 Поводок
33 Гнездо для пальца
61-65 Кривая изменения хода клапана
а1 Первая зона качения
а2 Вторая зона качения
R1,R2,R3 Радиальное расстояние зоны качения от оси коромысла