МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ УСИЛИЯ, ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ЭТОТ МЕХАНИЗМ
FORCE TRANSMISSION MECHANISM, ITS APPLICATION AND VEHICLE INCLUDING THIS MECHANISM

Изобретение относится к механизму передачи усилия, в частности, коромыслу или качающемуся рычагу для создания кинематической связи между распределительным валом и клапаном механизма газораспределения.
Общеизвестно, что регулируемые клапанные приводы применяются для изменения времени действия и хода клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания в процессе его работы. В соответствии с современным уровнем развития техники известно множество регулируемых клапанных приводов.
В DE 10 2011 052 246 А1 раскрыто интегрированное устройство регулирования клапана с использованием исполнительного элемента в приспособление для изменения хода клапана. Это приспособление включает коромысло, вращающееся на оси и включающее подающий канал для масла, который обеспечивает избирательное снабжение маслом. Приспособление включает крепежное устройство, проникающее сквозь одну сторону коромысла и дозирующее подаваемое по каналу масло через масляный проход. Приспособление включает клапанный мост, расположенный в нижней части на приспособлении для крепления и оказывает давление на клапаны. Приспособление включает исполнительный механизм с приводным поршнем, который установлен в клапанный мост и выполнен с проходом для подачи масла. Приспособление включает приводную пружину, которая установлена в приводной поршень и оказывает на приводной поршень упругое воздействие. Приспособление включает регулируемое управляющее устройство, расположенное внизу у приводного поршня и задающее высоту приводного поршня за счет движения, которое создается гидравлическим давлением масла, подаваемого через проход для подачи масла.
В DE 10 2005 040 649 А1 раскрыт регулируемый клапанный привод для активируемого кулачком клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с расположенным между кулачком и клапаном механизма газораспределения механизмом передачи усилия, который включает гидравлический подъемный механизм с плунжером, выполненным с возможностью продольного перемещения внутри цилиндра, ограничивающим камеру нагнетания, соединенную с системой подачи рабочей жидкости двигателя внутреннего сгорания, и под действием высокого давления позволяющим приводить в действие клапан механизма газораспределения независимо от кулачка. При этом механизм передачи усилия должен быть выполнен в виде качающегося рычага или коромысла, установленного на ось с возможностью вращения, причем ось включает  продольный канал для рабочей жидкости, играющий роль соединительного участка между системой подачи рабочей жидкости и камерой нагнетания.
В US 6,422,186 В1 раскрыта система управления клапаном двигателя внутреннего сгорания. Эта система включает коромысло с углублением для поршня. В углубление для поршня с возможностью смещения установлен поршень свободного хода. Из ЕР 1087109 А2, DE 19915531 А1 и ЕР 0255668 А2 известны другие клапанные приводы.
Задачей данного изобретения является создание альтернативного или улучшенного механизма передачи усилия для регулируемого клапанного привода. В частности, должен быть создан механизм передачи усилия, позволяющий надежно и просто изменять ход клапана механизма газораспределения.
Поставленная задача достигается путем создания механизма передачи усилия согласно независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Механизм передачи усилия может быть выполнен, в частности, в виде коромысла или качающегося рычага. Механизм передачи усилия предусмотрен для создания кинематической связи между распределительным валом и клапаном механизма газораспределения, в частности, впускным клапаном двигателя внутреннего сгорания. Механизм передачи усилия включает основной корпус с, в частности, цилиндрическим гнездом, продолжающимся вдоль продольной оси. Механизм передачи усилия включает, в частности, гидравлический управляющий поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения между первым и вторым положениями вдоль продольной оси в гнезде. Механизм передачи усилия включает контактный элемент для приведения в действие клапана механизма газораспределения, кинематически связанного с управляющим поршнем так, что движение управляющего поршня вдоль продольной оси приводит в движение контактный элемент вдоль продольной оси, изменяющее (например, в виде двух ступеней) ход клапана механизма газораспределения. Механизм передачи усилия включает первый, в частности, гидравлический, блокирующий поршень. Первый блокирующий поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения в радиальном направлении относительно продольной оси между третьим положением, в котором первый блокирующий поршень блокирует управляющий поршень в его первом положении, и четвертым положением, в котором первый блокирующий поршень позволяет управляющему поршню двигаться между его первым и вторым положениями внутри гнезда.
Механизм передачи усилия позволяет производить избирательное переключение между двумя разными значениями хода клапана. В первом положении включения движение управляющего поршня блокировано. Во втором положении включения управляющий поршень совершает свободный ход, на длину которого уменьшается ход клапана.
В частности, гнездо может включать область у основания, к которой управляющий поршень прилегает во втором положении и/или в которую упирается под действием упругого элемента.
Предпочтительно, чтобы управляющий поршень дополнительно мог включать вентиляционный канал, связанный текучей средой с камерой для управляющей жидкости управляющего поршня для удаления небольшого количества воздуха.
Также возможно, чтобы механизм передачи усилия создавал кинематическую связь между распределительным валом и выпускным клапаном.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения механизм передачи усилия включает второй, в частности, гидравлический блокирующий поршень. Второй блокирующий поршень располагается, в частности, напротив первого блокирующего поршня. Второй блокирующий поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения в радиальном направлении относительно продольной оси между пятым положением, в котором второй блокирующий поршень блокирует управляющий поршень в его первом положении, и шестым положением, в котором второй блокирующий поршень позволяет управляющему поршню двигаться между его первым и вторым положениями внутри гнезда. С помощью двух блокирующих поршней управляющий поршень может быть блокирован в первом положении надежнее, чем только с помощью одного блокирующего поршня, если это необходимо.
В частности, первый и второй блокирующие поршни могут быть выполнены таким образом, что в движение они приводятся только совместно или, соответственно, одновременно.
В одном из примеров осуществления изобретения блокировка управляющего поршня в первом положении, с одной стороны, и освобождение управляющего поршня для движения между его первым и вторым положениями, с другой стороны, позволяет изменять (приводит к изменению) ход клапана для получения двух разных характеристик хода клапана механизма газораспределения.
В другом примере осуществления изобретения на управляющий поршень воздействует упругое предварительное усилие в направлении к первому положению. В качестве альтернативы или дополнительно на первый блокирующий поршень воздействует упругое предварительное усилие в направлении к третьему положению. В качестве альтернативы или дополнительно на второй блокирующий поршень воздействует упругое предварительное усилие в направлении к пятому положению. В качестве альтернативы или дополнительно первый и второй блокирующие поршни расходятся друг относительно друга под действием упругих усилий. Упругое предварительное усилие, воздействующее на поршни, позволяет реализовать функцию отказоустойчивости, которая фиксирует поршни в безопасном для эксплуатации положении.
В предпочтительном примере осуществления изобретения гнездо включает паз, в частности, кольцевой паз цилиндрической формы вокруг продольной оси. Первый блокирующий поршень в третьем положении находится в пазу, так что движение первого блокирующего поршня (и тем самым управляющего поршня) вдоль продольной оси блокировано. Первый блокирующий поршень в четвертом положении находится за пределами паза, так что движение первого блокирующего поршня (и тем самым управляющего поршня) вдоль продольной оси освобождено. В качестве альтернативы или дополнительно второй блокирующий поршень в пятом положении находится в пазу, так что движение второго блокирующего поршня (и тем самым управляющего поршня) вдоль продольной оси блокировано. Второй блокирующий поршень в четвертом положении находится за пределами паза, так что движение первого блокирующего поршня (и тем самым управляющего поршня) вдоль продольной оси освобождено.
В одном из вариантов осуществления изобретения при создании давления на управляющий поршень через контактный элемент в направлении вдоль продольной оси ко второму положению управляющий поршень совершает свободный ход из первого положения во второе положение, когда первый блокирующий поршень и/или второй блокирующий поршень освобождает движение управляющего поршня между первым и вторым положениями. Ход клапана механизма газораспределения уменьшается на длину этого свободного хода.
В другом варианте осуществления изобретения первый блокирующий поршень выполнен с возможностью воздействия на него давления, в частности, гидравлическим способом, путем подачи управляющей жидкости для перемещения из третьего положения в четвертое положение. В качестве альтернативы или дополнительно второй блокирующий поршень выполнен с возможностью воздействия на него давления, в частности, гидравлическим способом, путем подачи управляющей жидкости для перемещения из пятого положения в шестое положение.
Предпочтительно, чтобы механизм передачи усилия мог включать канал для подачи управляющей жидкости, соединяющийся с пазом, в котором находится первый блокирующий поршень в третьем положении и/или второй блокирующий поршень в пятом положении.
В частности, механизм передачи усилия может включать систему подачи управляющей жидкости, которая предпочтительно содержит распределительный и/или обратный клапан.
В дополнительном варианте осуществления изобретения первый блокирующий поршень и/или второй блокирующий поршень направляется внутри управляющего поршня или по нему в радиальном направлении относительно продольной оси.
В частности, первый блокирующий поршень и/или второй блокирующий поршень может быть выполнен с возможностью перемещения внутри камеры для управляющей жидкости управляющего поршня в радиальном направлении относительно продольной оси гнезда.
В одном из вариантов осуществления изобретения движение первого блокирующего поршня и/или второго блокирующего поршня в радиальном направлении относительно продольной оси освобождается только при наличии кинематической связи, в основном, без передачи усилия от распределительного вала через механизм передачи усилия к клапану механизма газораспределения. Тем самым, перемещение блокирующего поршня в пятое или шестое положение может происходить только в пределах основной окружности кулачка.
В другом варианте осуществления изобретения при создании давления на первый и/или второй блокирующие поршни (например, во время того, как отвечающая за ход клапана область кулачка кинематически связана с механизмом передачи усилия) через контактный элемент в направлении вдоль продольной оси ко второму положению блокируется перемещение первого блокирующего поршня из третьего положения в четвертое положение и/или второго блокирующего поршня из пятого положения в шестое положение. Это перемещение блокируется, в частности, за счет трения покоя, возникающего из-за воздействующего усилия открытия клапана первого блокирующего поршня и/или второго блокирующего поршня.
В другом варианте осуществления изобретения механизм передачи усилия включает систему подачи управляющей жидкости и отдельно содержит систему подачи смазочной жидкости. Тем самым, смазка обеспечивается вне зависимости от состояния активности системы подачи управляющей жидкости.
В другом примере осуществления изобретения механизм передачи усилия включает выполненную с возможностью заполнения управляющей жидкостью демпфирующую камеру, которая при перемещении управляющего поршня из первого положения во второе, в частности, с созданием турбулентного потока, опорожняется с целью демпфирования движения управляющего поршня, причем предпочтительно, чтобы демпфирующая камера была ограничена управляющим поршнем и гнездом. Это позволяет обеспечить мягкую приработку хода клапана.
В частности, демпфирующая камера может быть связана текучей средой с камерой для управляющей жидкости управляющего поршня по меньшей мере одним каналом.
Предпочтительно, чтобы демпфирующая камера могла наполняться управляющей жидкостью из камеры для управляющей жидкости управляющего поршня и/или из системы подачи управляющей жидкости при перемещении управляющего поршня из второго положения в первое, при перемещении первого блокирующего поршня из третьего положения в четвертое и/или при перемещении второго блокирующего поршня из пятого положения в шестое.
Предпочтительно, чтобы демпфирующая камера могла быть ограничена областью у основания гнезда, поверхностью стенок гнезда и управляющим поршнем. В другом варианте осуществления изобретения механизм передачи усилия включает стопор, исключающий возможность поворота первого и/или второго блокирующих поршней (например, в радиальном направлении относительно продольной оси). В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения механизм передачи усилия включает, в частности, гидравлическое или механическое устройство регулировки зазора клапана, которое кинематически связано с управляющим поршнем и контактным элементом и выполнено для компенсации возникающего между клапаном и контактным элементом зазора.
Предпочтительно, чтобы устройство регулировки зазора клапана могло быть выполнено в виде (так называемого) элемента ГПК (гидравлического привода клапана). В частности, устройство регулировки зазора клапана может быть выполнено с возможностью перемещения вдоль продольной оси гнезда. Предпочтительно, чтобы устройство регулировки зазора клапана могло перемещаться вдоль продольной оси вместе с перемещением управляющего поршня и контактного элемента.
Предпочтительно, чтобы камера для смазочной жидкости устройства регулировки зазора клапана могло быть связано текучей средой (например, через вентиляционный канал) с камерой для управляющей жидкости управляющего поршня. Кроме того, изобретение относится к применению механизма передачи усилия согласно данному описанию для получения более короткого хода по меньшей мере одного впускного или выпускного клапана, в частности, в сочетании с устройством изменения фаз газораспределения для распределительного вала, которое используется для установки фаз газораспределения по циклу Миллера (фазы газораспределения с более ранним моментом закрытия по сравнению с циклами Отто или Дизеля) по меньшей мере для одного впускного клапана.
Наконец, изобретение также относится к транспортному средству, в частности, транспортному средству хозяйственного назначения (например, микроавтобусу или грузовому автомобилю), включающему механизм передачи усилия согласно представленному здесь описанию.
Также существует возможность применения описанного здесь механизма передачи усилия 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 - сечение механизма передачи усилия регулируемого клапанного привода с приспособлением для адаптации хода клапана;
Фиг. 2 - внешний вид в перспективе приспособления для адаптации хода клапана;
Фиг. 3 - сечение вида в перспективе механизма передачи усилия без приспособлений для адаптации хода клапана;
Фиг. 4 - схематическое изображение систем подачи управляющей и смазочной жидкостей в механизме передачи усилия для подачи жидкостей в приспособления для адаптации хода клапана;
Фиг. 5 - сечение вида в перспективе механизма передачи усилия с приспособлениями для адаптации хода клапана с распределительным или обратным клапаном;
Фиг. 6 - дополнительное сечение вида в перспективе механизма передачи усилия с приспособлениями для адаптации хода клапана;
Фиг. 7 - сечение механизма передачи усилия с активированным и приведенным в действие приспособлением для адаптации хода клапана в положении основной окружности кулачка;
Фиг. 8 - сечение механизма передачи усилия с активированным и приведенным в действие приспособлением для адаптации хода клапана в более поздний момент по сравнению с фиг. 7 в процессе открытия клапана;
Фиг. 9 - примеры кривых хода клапана, достижимых с помощью приспособления для адаптации хода клапана;
Фиг. 10 - сечение механизма передачи усилия с демпфирующим устройством для мягкого контакта с клапаном, устройством изменения фаз газораспределения и электромагнитным клапаном; и
Фиг. 11 - сечение механизма передачи усилия регулируемого клапанного привода с альтернативным примером осуществления приспособления для адаптации хода клапана в виде неподвижного установочного элемента.
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 либо, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.
На фиг. 1 изображена область механизма 10 передачи усилия. В частности, механизмом 10 передачи усилия является коромысло, однако им может быть и, например, качающийся рычаг.
Механизм 10 передачи усилия обеспечивает кинематическую связь между распределительным валом (не изображен) и частично изображенным клапаном 12 механизма газораспределения. В частности, механизм 10 передачи усилия передает профиль кулачка распределительного вала на клапан 12 механизма газораспределения. Таким образом вращение распределительного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение клапана 12 механизма газораспределения. Клапаном 12 механизма газораспределения может быть, в частности, впускной клапан. Тем не менее, также возможно, чтобы клапаном механизма газораспределения был выпускной клапан. Механизм 10 передачи усилия включает основной корпус 14, изображенный частично. Основной корпус 14 может вращаться вокруг оси рычага (например, оси коромысла). Основной корпус 14 включает гнездо 16 в области над стержнем клапана 12 механизма газораспределения. Гнездо 16 представляет собой, в основном, углубление цилиндрической формы в основном корпусе 14. Гнездо 16 продолжается вдоль продольной оси А в основном корпусе 14.
В гнезде 16 находится устройство 18 для двухступенчатого изменения хода клапана 12 механизма газораспределения.
Устройство 18 содержит управляющий поршень 20, первый блокирующий поршень 22, второй блокирующий поршень 24, гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана и контактный элемент 28.
Управляющий поршень 20 установлен в гнезде 16 с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси А гнезда 16. В частности, управляющий поршень 20 выполнен с возможностью осевого перемещения между первым положением, как показано на фиг. 1, и вторым положением. Во втором положении управляющий поршень 20 может частично прилегать к области 30 у основания гнезда 16. Поверхность 32 стенки гнезда 16 служит в качестве осевой направляющей управляющего поршня 20. В изображенном на фиг. 1 рабочем состоянии устройства 18 перемещение управляющего поршня 20 из первого положения во второе положение заблокировано блокирующим поршнем 22, 24.
На управляющий поршень 20 в направлении первого положения воздействует предварительное осевое усилие, создаваемое первым упругим элементом. Первым упругим элементом 34 может быть, к примеру, спиральная пружина. Первый упругий элемент 34 может быть расположен между областью 30 у основания и управляющим поршнем 20. Первый упругий элемент 34 может представлять собой опору управляющего поршня 20 на области 30 у основания.
Управляющий поршень 20, область 30 у основания и поверхность 32 стенки ограничивают кольцевую демпфирующую камеру 35. Демпфирующая камера 35 соединена с камерой 38 для управляющей жидкости управляющего поршня через несколько каналов 36. Управляющий поршень 20 дополнительно включает центральный вентиляционный канал 40 для удаления воздуха из камеры 38 для управляющей жидкости. Первый блокирующий поршень 22 и второй блокирующий поршень 24 установлены и направляются в камере 38 для управляющей жидкости управляющего поршня с возможностью перемещения. В частности, блокирующие поршни 22, 24 радиально перемещается относительно продольной оси А гнезда 16. В изображенном на фиг. 1 положении первого блокирующего поршня 22 первый блокирующий поршень 22 опирается на выступ первого кольцевого паза 42 гнезда 16. Для лучшего разграничения первого и второго положений управляющего поршня 20 это положение также обозначается третьим положением. Точно также второй блокирующий поршень 24, находясь в показанном на фиг. 1 положении (здесь и далее также называется пятым положением), опирается на выступ первого кольцевого паза 42. Такое опирание блокирующих поршней 22, 24 приводит к блокировке перемещения управляющего поршня 20 из показанного на фиг. 1 положения во второе положение. Первый кольцевой паз 42 продолжается по окружности гнезда 16 вокруг его продольной оси А в поверхности 32 стенки.
Упругий элемент 44 разводит первый блокирующий поршень 22 и второй блокирующий поршень 24 в разные стороны. Упругим элементом 44 может быть, к примеру, спиральная пружина. Упругий элемент 44 расположен между первым блокирующим поршнем 22 и вторым блокирующим поршнем 24 в камере 38 для управляющей жидкости. Упругий элемент 44 создает предварительное усилие, воздействующее на первый блокирующий поршень 22 в направлении третьего положения и на второй блокирующий поршень 24 в направлении пятого положения.
На блокирующие поршни 22, 24 может воздействовать гидравлическое давление управляющей жидкости. Управляющая жидкость может подаваться через подводящий канал (не изображен), соединяющийся с первым кольцевым пазом 42. Подача управляющей жидкости приводит к тому, что блокирующие поршни 22, 24 перемещаются друг к другу, т.е. в направлении продольной оси А. Как только блокирующие поршни 22, 24 перестают опираться на выступ первого кольцевого паза 42, освобождается перемещение управляющего поршня 20 из первого положения во второе положение (больше не блокируется).
В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство 18 может содержать только один блокирующий поршень, на который воздействует предварительное усилие упругого элемента в положении блокировки для предотвращения перемещения управляющего поршня.
Чтобы предотвратить проворот блокирующих поршней 22, 24 вокруг их продольных осей, предусмотрен один или несколько стопоров 46 защиты от проворота в форме дуги или сегмента дуги. Стопор(ы) 46 защиты от проворота опирает(ют) блокирующие поршни 22, 24 на управляющий поршень 20 без возможности вращения. Гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана расположено между управляющим поршнем 20 и контактным элементом 28. Устройство 26 регулировки зазора клапана может двигаться вместе с управляющим поршнем 20 вдоль продольной оси А гнезда 16, если блокирующие поршни 22, 24 не препятствуют такому движению. Устройство 26 регулировки зазора клапана включает камеру 48 для смазочной жидкости, шариковый обратный клапан 50, возвратную пружину 52 и камеру 54 высокого давления. Тем самым, устройство 26 регулировки зазора клапана выполнено в виде традиционного гидравлического элемента регулировки зазора клапана (так называемого элемента гидравлического привода клапана), поэтому принцип его действия по компенсации изменяющегося зазора между шаровой опорой 28А и шаровым гнездом 28В контактного элемента 28 здесь подробно не описывается. Наличие устройства 26 регулировки зазора клапана избавляет от необходимости регулировки зазора клапана. Тем не менее, следует учитывать, что по сравнению с традиционным элементом регулировки зазора клапана используемое здесь устройство 26 регулировки зазора клапана выполнено, в частности, с возможностью перемещения вместе с управляющим поршнем 20, а камера 48 для смазочной жидкости соединена с камерой 38 для управляющей жидкости каналом 56 управляющего поршня 20.
В некоторых вариантах осуществления изобретения гидравлическое устройство регулировки зазора клапана не включено в конструкцию (см., например, вариант осуществления на фиг. 11).
На фиг. 2 изображен внешний вид устройства 18. Здесь хорошо видны, в частности, управляющий поршень 20, блокирующие поршни 22 и 24, гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана и контактный элемент 28.
На фиг. 3 механизм 10 передачи усилия изображен в виде коромысла. Механизм 10 передачи усилия включает два гнезда 16. Тем самым, механизм 10 передачи усилия может размещать два устройства 18 (см. фиг. 1 и 2), которые позволяют адаптировать в виде двух ступеней ход двух клапанов 12 механизма газораспределения (см. фиг. 1 и 2). Тем не менее, также возможно приведение в действие нескольких клапанов механизма газораспределения только одним устройством 18. В этом случае устройство 18 может приводить в действие два клапана механизма газораспределения, например, через клапанный мост.
Механизм 10 передачи усилия дополнительно содержит гнездо 58 для оси рычага (оси коромысла) и копира 60 в форме вращающегося ролика.
Кроме того, на фиг. 3 хорошо видно, что гнездо 16 выполнено в виде сквозного отверстия с первой цилиндрической областью 16А и второй цилиндрической областью 16В. Во второй цилиндрической области 16 В предусмотрены область для управляющего поршня 22 с возможностью его перемещения и вентиляционный канал 40.
На фиг. 3-5 дополнительно показано, что система подачи управляющей жидкости (штриховая линия на фиг. 4) может быть выполнена отдельно от системы подачи смазочной жидкости (пунктирная линия на фиг. 4). Система подачи управляющей жидкости для избирательного гидравлического воздействия на блокирующие поршни 22, 24 (см. фиг. 1 и 2) включает канал 62 для управляющей жидкости. Канал 62 для управляющей жидкости соединяется с первым кольцевым пазом 42. Система подачи смазочной жидкости включает канал 64 для смазочной жидкости. Канал 64 для смазочной жидкости выполнен, в частности, для подачи смазочной жидкости (например, смазочного масла) на гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана. Канал 64 для смазочной жидкости соединяется со вторым кольцевым пазом 66 гнезда 16. В собранном состоянии концы отверстий каналов закрыты, например, заглушками или запорными шариками (не изображены).
На фиг. 4 и 5 изображен необязательный регулирующий клапан 68 механизма 10 передачи усилия. Регулирующий клапан 68 содержится в системе подачи управляющей жидкости. Вверх по потоку относительно регулирующего клапана 68 может содержаться электромагнитный клапан 73 (см. фиг. 10), через который может подаваться управляющая жидкость (например, масло) под давлением. Управляющая жидкость всегда подается только в том случае, когда есть необходимость разблокировать перемещение управляющего поршня 20 между первым и вторым положениями. Вниз по потоку относительно регулирующего клапана 68 расположен канал 62 для управляющей жидкости. Регулирующий клапан 68 может выступать в роли блокировки возврата. Например, регулирующий клапан может быть выполнен в виде обратного клапана, который предотвращает отток управляющей жидкости из канала 62 (камеры 38 для управляющей жидкости).
В некоторых вариантах осуществления изобретения система подачи управляющей жидкости и система подачи смазочной жидкости могут быть также выполнены совместно.
На фиг. 6 еще раз показан механизм 10 передачи усилия с двумя устройствами 18 для двухступенчатого изменения хода клапана.
При этом следует подчеркнуть, что устройство 18 может монтироваться в любом положении с поворотом вокруг продольной оси (ротационном положении) устройства 18 ввиду наличия цилиндрических элементов гнезда 16, первого кольцевого паза 42 и управляющего поршня 20. В частности устройство 18 может быть просто вставлено снизу в гнездо 16 в любом положении с поворотом вокруг его продольной оси. В этом случае блокирующие поршни 22, 24 фиксируют устройство 18 по оси в гнезде 16 за счет опирания на первый кольцевой паз 42. Далее принцип действия устройства 18 описывается со ссылкой на фиг. 1, 6, 7 и 8.
На фиг. 1 показано устройство 18 в состоянии, настраивающемся при отсутствии подачи управляющей жидкости. Система подачи управляющей жидкости (электромагнитный клапан в системе подачи управляющей жидкости) не активирована. Блокирующие поршни 22, 24 выдвинуты. Блокирующие поршни 22, 24 вдавливаются упругим элементом 44 в кольцевой паз 42. Блокирующие поршни 22, 24 фиксируют управляющий поршень 20 в первом положении. Если копир 60 (см. фиг. 3) входит в контакт с участком управления ходом клапана на распределительном валу, профиль кулачка переносится на клапан 12 механизма газораспределения без перемещения управляющего поршня 20 (за счет геометрического замыкания в устройстве 18). Геометрическое замыкание в механизме передачи усилия обеспечивается между первым кольцевым пазом 42 и блокирующими поршнями 22, 24. Гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана компенсирует зазор клапана. Достигаемый ход клапана может соответствовать, например, кривой В на фиг. 9.
При этом следует отметить, что в неактивном состоянии устройства 18 упругие элементы 34 и 44 фиксируют поршни 20, 22, 24 в их начальных положениях, что обеспечивает отказоустойчивость в работе (функция Fail-safe).
На примере фиг. 7 и 8 ниже описывается поведение механизма 10 передачи усилия с активным устройством 18. Для лучшей наглядности на фиг. 7 и 8 не все компоненты обозначены номерами позиций.
На фиг. 7 изображено устройство 18 в переходном состоянии, которое возникает, когда подается управляющая жидкость и кулачок распределительного вала находится в области основной окружности. Система подачи управляющей жидкости (электромагнитный клапан в системе подачи управляющей жидкости) активирована. Блокирующие поршни 22, 24 выдавливаются в направлении к продольной оси А под действием управляющей жидкости, подаваемой в первый кольцевой паз 42.
Перемещение блокирующих поршней 22, 24 происходит только в области основной окружности кулачка распределительного вала при наличии кинематической связи, в основном, без передачи усилий между кулачком, основным корпусом 14, устройством 18 и клапаном 12 механизма газораспределения. В области управления ходом клапана на кулачке усилие пружины клапана передается на устройство 18 снизу. Блокирующие поршни 22, 24 под действием давления перемещаются вдоль продольной оси А в направлении кольцевого паза 42. Активирующее давление жидкости еще недостаточно высокое, чтобы преодолеть силу трения покоя между блокирующими поршнями 22, 24 и первым кольцевым пазом 42. В области основной окружности на кулачке на устройство 18 снизу не передается существенного усилия пружины клапана. Под действием активирующего давления жидкости блокирующие поршни 22, 24 могут преодолеть трение покоя и вдавиться внутрь. Так как устройство 18 может переключаться только при отсутствии воздействующих на него усилий, в целенаправленном переключении в определенный момент нет необходимости. В частности, нет необходимости в трудоемком переключении отдельных цилиндров в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Активирующее давление жидкости может быть применено и в области управления ходом клапана, причем в этом случае переключение происходит позднее в области основной окружности, если устройство 18 не испытывает значительных нагрузок (переключение без нагрузки). Тем самым, отсутствует необходимость в избирательном для цилиндров переключении, что значительно упрощает конструкцию. В частности, первый блокирующий поршень 22 перемещается из третьего положения (фиг. 1) в четвертое положение (фиг. 7). Второй блокирующий поршень 24 перемещается из пятого положения (фиг. 1) в шестое положение (фиг. 7). Если первый блокирующий поршень 22 находится в четвертом положении, а второй блокирующий поршень 24 - в пятом, то блокирующие поршни 22, 24 больше не находятся в первом кольцевом пазу 42. В этом состоянии освобождается (перестает блокироваться) перемещение управляющего поршня 20 между первым и вторым положениями.
В то время как блокирующие поршни 22, 24 выдавливаются вовнутрь, управляющая жидкость перетекает из камеры 38 и системы подачи через каналы 36 в демпфирующую камеру 35. Область вокруг стопора 46 не герметична для жидкости, так что управляющая жидкость перетекает из системы подачи мимо блокирующих поршней 22, 24 в каналы 36.
Гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана опять компенсирует зазор клапана в контактном элементе 28. В этом месте следует еще упомянуть, что для правильного функционирования гидравлического устройства 26 регулировки зазора клапана должны быть согласованы между собой усилия возврата упругих элементов гидравлического устройства 26 регулировки зазора клапана и поршней 20, 22, 24. В качестве альтернативы также может быть использован дополнительный осевой упор для ограничения хода управляющего поршня 20 по оси. Осевой упор может включать, например, кольцевую деталь, как показано на фиг. 1 под номером позиции 47.
На фиг. 8 изображено устройство 18 в состоянии, которое возникает после переходного состояния из фиг. 7, когда управляющая жидкость продолжает подаваться и кулачок распределительного вала находится в области управления ходом клапана. Система подачи управляющей жидкости (электромагнитный клапан в системе подачи управляющей жидкости) продолжает быть активной.
Если механизм передачи усилия поворачивается вокруг оси поворота, усилие пружины клапана 12 механизма газораспределения приводит к перемещению освобожденного управляющего поршня 20 из первого положения (фиг. 1 и 7) во второе положение (фиг. 8). При этом управляющий поршень 20 совершает свободный ход (т. наз. функция «мертвого хода»), на длину которого сокращается ход клапана 12 механизма газораспределения. Вместе с перемещением управляющего поршня 20 между первым и вторым положениями блокирующие поршни 22 и 24, устройство 26 регулировки зазора клапана и контактный элемент 28 перемещаются вдоль продольной оси А. Геометрическое замыкание в механизме 18 передачи усилия теперь возникает между областью 30 у основания и управляющим поршнем 20.
Во время перемещения управляющего поршня 20 из первого положения во второе положение управляющая жидкость переводится из демпфирующей камеры 35 обратно в камеру 38 для управляющей жидкости по каналам 36. Каналы 36 выполнены таким образом, что при этом образуется турбулентный поток. Например, каналы 36 используют принцип диафрагмы с острыми краями. Таким образом, поток и тем самым демпфирующие свойства управляющей жидкости не зависят от вязкости. Вытекание из демпфирующей камеры 35 и протекание через каналы 36 приводит к демпфирующему эффекту в области начала хода клапана, благодаря чему предотвращаются износ и нежелательные дребезжащие шумы.
Часть управляющей жидкости отводится через вентиляционный канал 40. Необходимо учитывать, что блокирующие поршни 22, 24 и/или упругий элемент 44 должны быть выполнены таким образом, чтобы обеспечивалась возможность транспортировки жидкости из области камеры 38 между блокирующими поршнями 22, 24 к вентиляционному каналу 40. Например, упругий элемент 44 может предотвращать контакт всей площадью между блокирующими поршнями 22 и 24. Точно также возможно, чтобы концевая область блокирующих поршней 22, 24 имела форму короны, что исключало бы герметизирующий контакт между ними.
Гидравлическое устройство 26 регулировки зазора клапана продолжает компенсировать зазор клапана в контактном элементе 28.
В области основной окружности управляющий поршень 20 перемещается из второго положения обратно в первое положение. При повторном достижении области управления ходом клапана управляющий поршень 20 снова перемещается из первого положения во второе. Цикл повторяется для каждого оборота распределительного вала до тех пор, пока осуществляется подача управляющей жидкости. В активном состоянии устройства 18 может быть получен ход клапана, соответствующий кривой С на фиг. 9.
Свободный ход управляющего поршня 20 с активированным устройством 18 соответствует расстоянию А1 на фиг. 1. Этот свободный ход соответствует мертвому ходу А2 (см. фиг. 9), на длину которого уменьшается ход клапана между кривой В и кривой С (и кривой D).
Если дополнительно комбинировать механизм 10 передачи усилия с устройством изменения фаз газораспределения, то эта кривая С может быть смещена. Так, например, механизм 10 передачи усилия в сочетании с устройством изменения фаз газораспределения может обеспечить ход клапана согласно кривой D. Это позволит, например, переключаться между обычным режимом работы одного или нескольких впускных клапанов и режимом работы по циклу Миллера с более ранним моментом закрытия одного или нескольких впускных клапанов за счет активации и деактивации устройства 18.
На фиг. 10 изображен дополнительный необязательный демпфирующий компонент 70, который делает возможным мягкий контакт с клапаном при активированном устройстве 18. Демпфирующий компонент 70 может избирательно входить в зацепление, например, с основным корпусом 14 механизма 10 передачи усилия, чтобы обеспечить плавный выход из кривой хода клапана. Демпфирующий компонент 70 может использовать, например, гидравлический поршень с демпфирующей жидкостью по аналогии с обычным амортизатором легкового автомобиля.
На фиг. 10 дополнительно изображен распределительный вал 72 с кулачком 74. Дополнительно, чисто схематически, изображено устройство 75 изменения фаз газораспределения на распределительном валу 72. Дополнительно схематически изображен электромагнитный клапан 73, с помощью которого может осуществляться управление подачей управляющей жидкости на устройство 18. Электромагнитный клапан 73 связан текучей средой с системой подачи управляющей жидкости механизма 10 передачи усилия, в частности, по каналу для смазочной жидкости в оси рычага механизма 10 передачи усилия.
На фиг. 11 изображен модифицированный вариант осуществления устройства 18 для двухступенчатого изменения хода клапана механизма газораспределения. Устройство 18 на фиг. 11 не имеет гидравлического устройства регулировки зазора клапана. Вместо него в устройство 18 установлен полый элемент 76. Полый элемент 76 фиксируется в основном корпусе 14, например, резьбой (завинчивается). С помощью полого элемента 76 можно вручную производить регулировку зазора клапана на контактном элементе 28. Тем самым, полый элемент 76 выступает в роли механического (ручного) устройства регулировки зазора клапана. Контргайка 78 служит только для стопорения винта, чтобы исключить возможность вывинчивания полого элемента 76. В остальном устройство 18 на фиг. 11 имеет аналогичные конструкцию и принцип функционирования, как у устройства 18 на фиг. 1-9. В частности, в полом элементе 76 управляющий поршень 20, блокирующие поршни 22 и 24, упругие элементы 34 и 44, демпфирующая камера 35, стопор 46 защиты от проворота и т.д. предусмотрены аналогично варианту осуществления согласно фиг. 1-9, поэтому описание их функционирования здесь не приводится. Дополнительно вариант осуществления изобретения согласно фиг. 11 может включать, например, осевой упор (на фиг. 11 отдельно не изображен) для ограничения осевого перемещения управляющего поршня 20 по аналогии с осевым упором 47, показанным на фиг. 1.
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 объем 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.
Список номеров позиций
10 Механизм передачи усилия
12 Клапан механизма газораспределения
14 Основной корпус
16 Гнездо
16А Первая область гнезда
16В Вторая область гнезда
18 Устройство для двухступенчатой адаптации хода клапана
20 Управляющий поршень
22 Первый блокирующий поршень
24 Второй блокирующий поршень
26 Устройство регулировки зазора клапана (элемент гидравлического привода клапана)
28 Контактный элемент
28А Шаровая опора
28В Шаровое гнездо
30 Область у основания
32 Поверхность стенки
34 Первый упругий элемент
35 Демпфирующая камера
36 Канал
38 Камера для управляющей жидкости
40 Вентиляционный канал
42 Первый кольцевой паз
44 Второй упругий элемент
46 Стопор защиты от проворота
47 Осевой упор
48 Камера для смазочной жидкости
50 Шариковый обратный клапан
52 Возвратная пружина
54 Камера высокого давления
56 Канал
58 Гнездо
60 Копир
62 Канал для управляющей жидкости
64 Канал для смазочной жидкости
66 Второй кольцевой паз
68 Регулирующий клапан
70 Демпфирующий компонент
72 Распределительный вал
73 Электромагнитный клапан
74 Кулачок
75 Устройство изменения фаз газораспределения
76 Полый элемент
78 Контргайка
А Продольная ось
А1 Свободный ход
А2 Мертвый ход
В Кривая хода клапана
С Кривая хода клапана
D Кривая хода клапана