КЛАПАННАЯ СИСТЕМА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к управлению открыванием и закрыванием клапанов.
Уровень техники
Процессами впуска и выпуска в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания можно управлять посредством тарельчатых клапанов, установленных во впускных и выпускных отверстиях цилиндра. Такие тарельчатые клапаны можно открывать механической силой, создаваемой рабочими выступами кулачков распределительного (кулачкового) вала. Клапаны закрыты, когда они сами или выступающая деталь, отходящая от клапана (например, толкатель) соприкасаются с участком базовой окружности кулачка распределительного вала. Клапан может закрываться под действием усилия клапанной пружины, связанной со штоком клапана. Для уменьшения шума и износа элементов механической цепи клапана из-за высоких закрывающих усилий, воздействующих на клапан, часто устанавливают гидравлические демпфирующие механизмы. Такие демпфирующие механизмы могут содержать заполненную маслом камеру, в которую помещен шток клапана, чтобы создать давление, действующее встречно усилию закрывания клапана, дать возможность клапану мягко садиться на седло.
Пример такого клапана описан в US 7,793,627. Известное устройство содержит толкатель, который контактирует с кулачком, и тарельчатый клапан. Толкатель содержит первое отверстие для восприятия гидравлического давления и второе отверстие для сброса гидравлического давления. В толкателе предусмотрена пружина.
В US 5,499,606 описана синхронизирующая клапанная система, использующая гидравлические приводы (толкатели), управляемые одним клапаном управления, предпочтительно, электрически управляемым соленоидным клапаном, для приведения в действие одного или более клапанов с синхронизацией по времени. Известное решение относится к системам общего контроля толкателей нескольких клапанов, связанных с одним цилиндром двигателя. Так, в известном решении описана конструкция для приведения в действие нескольких тарельчатых клапанов одного цилиндра двигателя, причем клапаны приводят в действие в ходе одного и того же цикла открытия клапанов. Два или более толкателей под действием отдельных кулачков приводят в действие отдельные клапаны, при этом действие толкателей контролируется одним соленоидным клапаном. Указанный соленоидный клапан установлен в гидравлической линии, соединяющей толкатели, при этом предусмотрены средства разделения взаимного гидравлического влияния двух толкателей с тем, чтобы исключить гидравлическое взаимодействие между толкателями.
Вышеуказанный подход несет в себе ряд проблем. Потребное статическое усилие пружины может быть больше, чем минимальное усилие, необходимое для закрывания клапана, поскольку колебательное движение пружины и силы, создаваемые давлением в отверстии головки цилиндра, могут ослаблять усилие, которое прикладывается для закрывания клапана. В результате клапан может оставаться открытым, когда предполагается, что он закрыт.Однако, увеличение жесткости пружины в целях противодействия давлениям, действующим в отверстии цилиндра, может привести к дополнительным проблемам. В двигателях, в которых требуется обеспечение большой частоты вращения выходного вала, жесткость пружин приходится выбирать более высокой, чтобы контролировать динамические усилия, которые растут квадратично с ростом угловой скорости. Такая увеличенная жесткость пружин может привести к тому, что в диапазоне пониженных оборотов при нормальной работе двигателя потребуется создавать увеличенные и ненужные приводные крутящие моменты. В результате, под удар попадает топливная экономичность и долговечность компонентов. Кроме того, в случае двигателей, в которых в силу используемого наддува требуются повышенные давления в каналах либо впускных, либо выпускных отверстий, жесткость пружин может быть более высокой, чтобы пружина могла противодействовать повышенному давлению в канале и закрывать клапан. Увеличение жесткости пружин может привести к тому, что на режимах малой нагрузки и низкого давления двигателю потребуется создавать завышенные и ненужные приводные крутящие моменты. Таким образом, эффект в отношении к.п.д. двигателя, получаемый за счет наддува, может до некоторой степени снижаться, когда со стороны пружин для закрывания тарельчатых клапанов прикладываются увеличенные усилия.
Раскрытие полезной модели
Согласно варианту осуществления настоящей полезной модели, вышеуказанные проблемы по меньшей мере частично могут быть решены клапанной системой для двигателя, имеющей отверстие под первый толкатель первого цилиндра и отверстие под второй толкатель второго цилиндра, а также двунаправленный масляный канал, имеющий связь по текучей среде с отверстием под первый толкатель и с отверстием под второй толкатель.
Таким образом, масло может двигаться в двунаправленном масляном канале между отверстиями под первый и второй толкатель для обеспечения клапанам дополнительного закрывающего усилия в отверстиях под толкатели. Например, первый и второй цилиндры могут быть сдвинуты друг относительно друга в отношении очередности зажигания на величину, кратную 180° угла поворота коленчатого вала. В результате этого, когда первый клапан в отверстии под первый толкатель открывается, второй клапан в отверстии под второй толкатель закрывается. Когда первый клапан открывается, масло может перетекать через двунаправленный масляный канал из отверстия под первый толкатель в отверстие под второй толкатель. Увеличение количества масла в отверстии под второй толкатель может создавать закрывающее усилие для закрывания второго клапана. Настоящая полезная модель может дать несколько преимуществ. Конкретно, за счет создания дополнительного закрывающего усилия через двунаправленный масляный канал, жесткость пружин, необходимую для закрывания клапана, можно уменьшить и увеличить тем самым топливную экономичность и долговечность компонентов в определенных режимах работы двигателя. Дополнительно, масло в отверстиях под толкатели может обеспечить механизм демпфирования для мягкой посадки закрывающегося клапана на свое седло и увеличения долговечности компонентов. Кроме того, поскольку усилие, создаваемое давлением масла на толкателе, увеличивается с увеличением частоты вращения двигателя, при повышенных оборотах двигателя могут обеспечиваться более высокие усилия, закрывающие клапан, когда такие повышенные усилия и могут быть желательны.
Вышеуказанные преимущества, а также иные преимущества и отличительные признаки настоящей полезной модели должны быть понятны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта полезной модели, объем которой единственным образом определен пунктами формулы, приведенной после подробного описания. Более того, объект полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает схему двигателя.
Фиг.2А и 2В схематически изображают клапанную систему в различных рабочих состояниях, в соответствии с одним вариантом осуществления полезной модели.
Фиг.3A-D изображают пример формирования закрывающих усилий для двух клапанов двигателя.
Фиг.4 изображает пример графиков сигналов, представляющих важность при работе четырехцилиндрового двигателя.
Фиг.5 изображает пример графиков сигналов, представляющих важность при работе шестицилиндрового двигателя.
Фиг.6-10 изображают клапанные системы двигателя, соответствующие различным вариантам осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.11 изображает схему алгоритма, иллюстрирующую пример способа для обеспечения усилия, закрывающего клапан.
Осуществление полезной модели
Настоящая полезная модель относится к системам управления клапанной системой двигателя внутреннего сгорания. Согласно одному примеру (который не ограничивает идею полезной модели), двигатель может быть построен, как показано на фиг.1. Кроме того, в состав двигателя, изображенного на фиг.1, может входить клапанная система, показанная на фиг.2А-2В и 5-8.
Усилия, закрывающие клапан, могут быть обеспечены системой, изображенной соответственно на фиг.3А-3В, и способом, представленным на фиг.9. где изображен пример способа создания усилия, закрывающего клапан. На фиг.4 показаны сигналы, представляющие важность при работе двигателя согласно способу фиг.9.
Фиг.1 схематически изображает один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входит в состав движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством команд оператора 132, подаваемых через командное устройство 130. В данном примере, командное устройство 130 включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала РР (Pedal Position), пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 цилиндра и поршень 36, который располагается внутри цилиндра. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40, и таким образом возвратно-поступательное движение поршня может быть преобразовано во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан двигатель стартера, для обеспечения запуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания может принимать в себя воздух из впускного коллектора 46 через воздухозаборник 42, и может выпускать отработавшие газы через выпускной коллектор 48. Впускной коллектор 46 и выпускной коллектор 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых примерах осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 обычно совершает четырехтактный цикл. Цикл включает в себя такт (ход) впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрыт, а впускной клапан 52 открыт.Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 46, а поршень 36 перемещается на дно цилиндра, так чтобы произошло увеличение объема камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет максимальный объем) находится вблизи дна цилиндра, специалисты обычно называют нижней мертвой точкой BDC (Bottom Dead Center). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается в сторону головки цилиндра, так чтобы произошло сжатие воздуха в камере 30 сгорания. Точку, в которой поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет минимальный объем) находится вблизи головки цилиндра, специалисты обычно называют верхней мертвой точкой TDC (Top Dead Center). Затем в ходе процесса, который называют впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. Далее в ходе процесса, который называют зажиганием, производится воспламенение введенного топлива известными средствами, такими как искровая свеча 92, что приводит к сгоранию топлива. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в сторону BDC. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы вывести сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 48, при этом поршень 36 возвращается в TDC. Следует отметить, что вышеуказанные процессы описаны приблизительно, и что временные диаграммы открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться, например, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие состояний клапанов во времени, позднее закрывание впускного клапана или другие различные варианты работы.
В рассматриваемом примере, впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно управлять при помощи кулачков через соответствующие системы 51 и 53 кулачкового привода, которые могут передавать усилия на впускные и/или выпускные клапаны через толкатели 58 и 59. Каждая система 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков, и каждая из них может реализовывать одну или более систем газораспределения: систему CPS переключения профилей кулачков (Cam Profile Switching), систему VCT изменения фаз газораспределения (Variable Cam Timing), систему WT переменного газораспределения (Variable Valve Timing) и/или систему WL переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов (Variable Valve Lift), которые могут приводиться в действие контроллером 12 с целью изменения фазы срабатывания клапанов. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно датчиками положения 55 и 57. В иных вариантах, управление впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может осуществляться через электромагнитный клапан. Например, в таком случае цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электромагнитным клапаном, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводов системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 расположена так, чтобы производить ввод топлива непосредственно в камеру 30 сгорания пропорционально длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), поступающего из контроллера 12 через электронный драйвер 68 (усилитель). Таким образом, топливная форсунка 66 осуществляет прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на боковой стороне камеры сгорания, или, например, на верхней стороне камеры сгорания. Топливо может доставляться к топливной форсунке 66 при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых примерах, камера 30 сгорания может как вариант или дополнительно содержать топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 46, согласно конструкции обеспечивающей, так называемый, «впрыск во впускной канал», при котором ввод топлива производится во впускной канал, расположенный перед камерой 30 сгорания.
Воздухозаборник 42 может включать в себя дроссель 62, содержащий дроссельную шайбу 64. В данном примере, положение дроссельной шайбы 64 может быть изменено посредством контроллера 12 по сигналу, подаваемому на электродвигатель или привод дросселя 62, что принято называть «электронным управлением дроссельной заслонкой» ETC (Electronic Throttle Control). При таком способе, дроссель 62 можно приводить в действие, чтобы изменять количество воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информацию о положении дроссельной шайбы 64 можно передавать в контроллер 12 сигналом ТР положения заслонки (Throttle Position). Воздухозаборник 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха, а впускной коллектор - датчик 122 абсолютного давления для подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов расхода MAF (Mass Air Flow) и давления MAP (Manifold Absolute Pressure).
В определенных режимах работы система 88 зажигания может формировать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 в ответ на сигнал SA контроллера 12 (Spark Advance). Хотя на чертеже показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых случаях камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать с воспламенением от сжатия с искровым зажиганием или без искрового зажигания.
Показано, что к выпускному коллектору 48 в точке перед устройством 70 для снижения токсичности отработавших газов присоединен датчик 126 выхлопных газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик, указывающий отношение воздух/топливо исходя из состава отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями (EGO, Exhaust Gas Oxygen), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. На фиг.1 показано, что устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов установлено вдоль по ходу выпускного коллектора 48 после датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехходовой каталитический преобразователь (TWC, Three Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства для снижения токсичности выхлопа или комбинацию подобных устройств. В некоторых случаях, при работе двигателя 10 устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов можно периодически восстанавливать путем эксплуатации по меньшей мере одного цилиндра двигателя с определенным воздушно-топливным отношением.
На фиг.1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (KAM, Keep Alive Memory) и шину данных. Среда хранения постоянного запоминающего устройства 106 может быть заполнена данными, которые может считывать компьютер, и которые представляют инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления рассматриваемых ниже способов, а также иных вариантов способов, которые предполагаются, но конкретно не перечислены. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал MAF измеренного массового расхода воздуха, надуваемого в двигатель, от датчика 120 массового расхода; сигнал ЕСТ температуры хладагента двигателя (Engine Coolant Temperature) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал PIP профиля зажигания (Profile Ignition Pick-up) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал ТР положения заслонки от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал MAP абсолютного давления в коллекторе от датчика 122. Сигнал RPM частоты вращения вала двигателя (Revolutions per Minute) может быть выработан контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, и наоборот. При некоторых условиях датчик MAP может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения вала двигателя и другими сигналами может обеспечивать оценку горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. В одном из вариантов, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала формировать заданное число равноотстоящих импульсов.
Двигатель 10 может также иметь в своем составе устройство сжатия, например, турбокомпрессор или нагнетатель, содержащий по меньшей мере компрессор 162, установленный в канале 44, в котором может находиться датчик 123 давления наддува, предназначенный для измерения воздушного давления. В случае турбокомпрессора, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в движение турбиной 164 (например, через вал), установленной в тракте 48 выпуска отработавших газов. В случае нагнетателя, компрессор 162 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной, и может не содержать турбины. Соответственно, контроллер 12 может варьировать степень сжатия, которая обеспечивается в одном или более цилиндрах двигателя при помощи турбокомпрессора или нагнетателя.
Кроме того, в рассматриваемых примерах осуществления система EGR циркуляции отработавших газов (Exhaust Gas Recirculation) (не показана) может направлять требуемую часть отработавших газов из тракта 48 в канал 44 наддува и/или в воздухозаборник 42 через канал EGR. Контроллер 12 при помощи клапана EGR может варьировать количество отработавших газов, передаваемых системой EGR в канал 44 наддува и/или в воздухозаборник 42. Помимо этого, в канале EGR может быть установлен датчик EGR, который может обеспечивать индикацию одного или более параметров отработавших газов: давления, температуры и концентрации. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, обеспечивая тем самым способ управления фазами зажигания в некоторых режимах сгорания. Кроме того, при некоторых условиях, управляя фазой выпускного клапана, какую-то часть газообразных продуктов сгорания можно удерживать или запирать в камере сгорания.
Как уже говорилось, на фиг.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.п. Однако, некоторые из цилиндров или все цилиндры могут совместно использовать некоторые компоненты, например, распределительные валы для управления работой клапанов. Таким образом, один распределительный вал может использоваться для управления работой клапанов двух или более цилиндров.
На фиг.2А и 2В изображен пример клапанной системы. На фиг.2А впускной клапан 52, управляющий впускным или выпускным каналом 204 цилиндра 30 двигателя 10, изображен в открытом положении. Впускной клапан 52 содержит головку (тарелку) 206, соединенную со штоком 208 клапана. Усилие для открывания впускного клапана 52 обеспечивается системой 51 кулачкового привода. В данном случае, система 51 кулачкового привода содержит рабочий выступ 210 кулачка, вращающийся вместе с распределительным валом 212, расположенным над цилиндром 30. Усилие открывания клапана, создаваемое рабочим выступом 210 кулачка, передается на впускной клапан 52 через толкатель 58. В данном примере, толкатель 58 представляет собой толкатель в виде стакана с плоским днищем, расположенный в отверстии 214 под толкатель, которое расположено в головке 216 цилиндра. Однако, в рамках идеи настоящей полезной модели могут существовать и толкатели других типов, например, роликовые или гидравлические толкатели. Рабочий выступ 210 кулачка находится в контакте с толкателем на протяжении части оборота распределительного вала, а в оставшуюся часть оборота распределительногоо вала толкатель находится в контакте с базовой окружностью 209. Когда рабочий выступ находится в контакте с толкателем 58, он заставляет толкатель занять такое положение, при котором впускной клапан 52 открыт, давая возможность газам втекать в цилиндр. В иных примерах, когда рассматриваемый клапан является выпускным, его открывание дает возможность газам выходить из цилиндра.
Впускной клапан 52 связан с системой клапанной пружины, которая создает усилие для закрывания клапана. Система клапанной пружины содержит клапанную пружину 218, которая связана с седлом 220, уплотнением 222 штока клапана и держателем 224 пружины. После того, как рабочий выступ кулачка (т.е. наиболее выступающая часть кулачка) при вращении распределительного вала пройдет положение, обеспечивающее максимальный подъем клапана, усилие, передаваемое от кулачка на толкатель, будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута базовая окружность. Клапанная пружина 218, которая при открывании клапана подвергается сжатию, обеспечивает силу, которая заставляет клапан 52 и толкатель 58 придти в закрытое положение.
Дно толкателя 58 (т.е, сторона, сообщающаяся с клапаном 52) и дно отверстия 214 под толкатель образуют резервуар 226, который может быть заполнен гидравлической жидкостью, такой как масло. Канал 228 в головке 216 цилиндра может соединять отверстие 214 под толкатель с масляным насосом (не показан) через масляную магистраль двигателя для подачи масла под давлением в отверстие под толкатель. Кроме того, с отверстием под толкатель может также быть связан двунаправленный масляный канал 230. Масляный канал 230 может сообщаться с одним или более толкателями для создания дополнительного закрывающего усилия для других клапанов двигателя 10, что будет более подробно рассмотрено ниже. Для регулирования давления масла в отверстии под толкатель и выпуска воздушных пузырьков, присутствующих в масле, толкатель 58 на своем торце 250 может содержать прокачные отверстия 232 и 234.
На фиг.2В изображена клапанная система фиг.2А в закрытом положении. Толкатель 58 находится в контакте с базовой окружностью, в результате чего не создается никакой действующей вниз силы для перемещения толкателя 58 или клапана 52 в открытое положение. Головка 206 клапана прилегает к седлу 236, которое ограничивает клапан в закрытом положении, и вместе с головкой 206 клапана обеспечивает уплотнение, препятствующее втеканию газов в камеру сгорания цилиндра 30 или вытеканию газов из указанной камеры. Клапанная пружина 218 находится в менее сжатом состоянии, и в силу положения рабочего выступа 210 кулачка, толкатель 58 находится в максимально поднятом положении. В результате этого, объем резервуара 226 увеличен по сравнению с объемом данного резервуара, показанным на фиг.2А, когда клапан находился в открытом положении.
Фиг.3A-3D изображают пример систем для приведения в действие двух клапанов двигателя 10. В данном случае двигатель 10 представляет собой четырехцилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров, и очередностью зажигания 1-3-4-2. Однако, в рамках идеи настоящей полезной модели допустимы и другие схемы двигателей. В примере, изображенном на фиг.3А и 3В, показано, что отверстия 302 и 304 под толкатели сообщаются друг с другом через двунаправленный масляный канал 306. В отверстии 302 под первый толкатель может быть размещен впускной клапан, при этом первый толкатель может иметь гидравлическую связь с толкателем другого цилиндра, который по фазе сдвинут на угол кратный 90° поворота коленчатого вала относительно первого цилиндра, и с которым связан второй впускной клапан, размещенный в отверстии 304 под второй толкатель. Например, для двигателя схемы V8 с очередностью зажигания 1-3-7-2-6-5-4-8 толкатель впускного клапана цилиндра №3 может иметь гидравлическую связь с толкателем выпускного клапана цилиндра №1. Таким образом, когда выпускной клапан цилиндра №1 закрывается, впускной клапан цилиндра №3 открывается, и тем самым помогает закрыть выпускной клапан цилиндра №1. Следовательно, давление, создаваемое в толкателе одного цилиндра, прикладывается к толкателю другого цилиндра, добавляя силу для закрывания выпускного клапана другого цилиндра. В другом случае один клапан может представлять собой впускной клапан, а другой - выпускной клапан. В ином случае, один клапан может представлять собой выпускной клапан, и другой клапан может также представлять собой выпускной клапан. А в каком-то случае, взаимную гидравлическую связь могут иметь толкатели двух впускных клапанов двух различных цилиндров. В некоторых двигателях, например, четырехцилиндровых двигателях, толкатель выпускного клапана цилиндра может иметь гидравлическую связь с толкателем впускного клапана того же самого цилиндра. Перекрытие фаз впускного и выпускного клапанов позволяет усилие от кулачка впускного клапана передавать на толкатель выпускного клапана.
Каждый из прямоугольников на чертеже изображает толкатель и связанную с ним клапанную систему 308, 310, такую, какие показаны на фиг.2А и 2В. Согласно фиг.3А, распределительный вал (не показан) может создавать усилие, заставляя толкатель и связанную с ним клапанную систему 308 двигаться вниз к открытому положению клапана, как объяснялось выше согласно фиг.2А и 2В, чтобы открыть клапан, например, на такте впуска. Масло в отверстии 302 под толкатель оказывается под давлением, и в результате может вытекать из отверстия 302 и поступать, как показано стрелками, в двунаправленный масляный канал 306, связанный с отверстием под толкатель. Масло может проходить через масляный канал 306 в отверстие 304 под второй толкатель, обеспечивая увеличение давления масла, находящегося в отверстии 304. Поскольку в отверстии 304 под толкатель размещен впускной клапан, связанный с цилиндром, который по фазе сдвинут на угол кратный 180° поворота коленчатого вала относительно цилиндра, связанного с клапанной системой отверстия 302, то, если первый цилиндр совершает такт впуска, то второй цилиндр будет совершать такт расширения. В результате, распределительный вал не создает на толкателе и связанной с ним клапанной системе 310 усилия, которое действовало бы вниз и открывало клапан. А введенное под давлением масло может таким образом создать закрывающее усилие, которое вынуждает толкатель и связанную с ним клапанную систему 310 двигаться вверх.
На фиг.3В первая клапанная система 308 изображена во время закрывания клапана, в то время как вторая клапанная система 310 - во время открывания клапана. Распределительный вал создает усилие для открывания клапанной системы 310 в отверстии 304 под толкатель. Как следствие, масло в отверстии 304 оказывается под давлением и перетекает через двунаправленный масляный канал 306 в отверстие 302 под толкатель, как показано стрелками. Масло под давлением, вводимое в отверстие 302 под толкатель, может обеспечить закрывающее усилие для закрывания клапана в отверстии 302.
На фиг.3С и 3D изображен пример другой системы управления клапанами. В данном случае, распределительный вал вынуждает толкатель и связанную с ним клапанную систему 308 двигаться вниз, а масло может проходить через однонаправленный масляный канал 312, связанный с отверстием 304 под толкатель. Таким образом, толкатель и клапанная система 310 вынуждены двигаться в направлении открывания клапана. Также предусмотрен второй однонаправленный масляный канал 314, позволяющий маслу течь в противоположном направлении. Управление движением масла можно обеспечить посредством обратных клапанов 316, 318. Обратный клапан 316 может быть встроен в масляный канал 312, чтобы масло могло проходить из отверстия 302 под толкатель в отверстие 304 под толкатель, а движение масла из отверстия 304 в отверстие 302 было исключено. И с другой стороны, обратный клапан 318 может быть встроен в масляный канал 314, чтобы масло могло проходить из отверстия 304 в отверстие 302, а движение масла из отверстия 302 в отверстие 304 было исключено.
На фиг.4 представлен график моделирования работы двигателя. Время начинается в левой части графика и возрастает к правой части графика. Показанная циклограмма иллюстрирует работу четырехтактного четырехцилиндрового двигателя, который не ограничивает собой идею полезной модели. Показанная циклограмма может иметь место в начале, в середине и в конце работы двигателя. В данном примере, вертикальные метки между кривыми CYL 1-4 положений цилиндров представляют верхнюю мертвую точку или нижнюю мертвую точку соответствующих тактов цилиндра, при этом интервал между каждой вертикальной меткой составляет 180° угла поворота коленчатого вала.
Каждый из цилиндров 1-4 за время рабочего цикла совершает ход (такт) впуска, сжатия, расширения и выпуска, при очередности зажигания в двигателе 1-3-4-2. В примере фиг.4, толкатель впускного клапана имеет гидравлическую связь с выпускным клапаном того же цилиндра. В результате может происходить передача усилия от распределительного вала через толкатель впускного клапана к выпускному клапану через его толкатель. Такое действие может быть обеспечено за счет определенного перекрытия фаз работы выпускного клапана и впускного клапана. Кроме того, в некоторых вариантах фазу работы впускного и/или выпускного клапана можно регулировать, чтобы можно было увеличивать фазовое перекрытие впускного и выпускного клапанов, и дать возможность передачи дополнительного усилия от распределительного вала и толкателя впускного клапана для закрывания выпускного клапана.
Первая, верхняя линия представляет состояние цилиндра №1. И в частности - ход (такты работы) поршня в цилиндре №1 в процессе вращения коленчатого вала двигателя. Каждый такт может соответствовать 180° поворота коленчатого вала. Следовательно, в случае четырехтактного двигателя, цикл работы цилиндра может составлять 720°, при этом полному циклу двигателя соответствует такой же интервал углов вращения коленчатого вала. Звездочка около отметки 402 указывает на первый акт зажигания для первого акта сгорания воздушно-топливной смеси. Звездочка 410 представляет второй акт сгорания для цилиндра №1, и пятый акт зажигания при работе по указанной циклограмме. Зажигание может быть инициировано искровой свечой или сжатием. При данной циклограмме, клапаны цилиндра №1 находятся в открытом положении в течение по меньшей мере части такта впуска, чтобы обеспечить подачу воздуха в цилиндр. Топливо может быть введено в цилиндры двигателя впрыском во впускной канал или через форсунки прямого впрыска. Воздушно-топливная смесь подвергается сжатию и воспламенению во время такта сжатия.
Вторая сверху линия изображает состояния и такты для цилиндра №3. Поскольку сгорание в цилиндрах данного конкретного двигателя происходит в очередности 1-3-4-2, второй акт сгорания от момента остановленного состояния двигателя инициируется в точке 404, которая обозначена звездочкой. Звездочка 404 указывает на начало первого акта сгорания для цилиндра №3 и второго акта сгорания в представленной циклограмме.
Третья сверху линия изображает состояния и такты для цилиндра №4. Звездочка 406 указывает на начало первого акта сгорания для цилиндра №4 и третьего акта сгорания в представленной циклограмме.
Четвертая сверху линия изображает состояния и такты для цилиндра №2. Звездочка 408 указывает на начало первого акта сгорания для цилиндра №2 и четвертого акта сгорания в представленной циклограмме.
Над линией тактов каждого из цилиндров расположен график, представляющий пример изменения давления масла в толкателе соответствующего цилиндра. Например, график 412 давления изображает давление в толкателе, связанном с впускным клапаном цилиндра №1. График 414 давления изображает давление в толкателе, связанном с впускным клапаном цилиндра №3, график 416 давления изображает давление в толкателе, связанном с впускным клапаном цилиндра №4, и график 418 давления изображает давление в толкателе, связанном с впускным клапаном цилиндра №2.
Линия тактов для цилиндра №1 показывает, что во время такта выпуска выпускной клапан открывается, вызывая уменьшение объема масляного резервуара в отверстии под толкатель выпускного клапана, как объяснялось выше согласно фиг.2А. В результате давление масла в отверстии под толкатель впускного клапана возрастает, на что указывает пик 420 на графике 412 давления. После того, как выпускной клапан пройдет точку максимума подъема и начнет закрываться, давление спадает обратно к базовому уровню на графике 412 давления. Поскольку впускной клапан цилиндра №1 закрыт, то в период времени, когда давление кулачкового вала на выпускной клапан достигает своей пиковой величины, никакого влияния на состояние впускного клапана цилиндра №1 это не оказывает.
На такте впуска цилиндра №1 впускной клапан указанного цилиндра начинает открываться, и давление на толкателе выпускного клапана цилиндра №1 увеличивается, поскольку впускной клапан цилиндра №1 имеет гидравлическую связь с выпускным клапаном цилиндра №1. В результате воздействие распределительного вала на такте впуска помогает закрыванию выпускного клапана. Масло из отверстия под толкатель впускного клапана цилиндра №1 перетекает в отверстие под толкатель выпускного клапана того же цилиндра через масляный канал, например, двунаправленный масляный канал, приводя к увеличению давления в отверстии под толкатель выпускного клапана цилиндра №1, на что указывает пик 422 на графике 412 давления. Увеличение давления на толкателе выпускного клапана цилиндра №1 создает дополнительное закрывающее усилие, которое помогает закрыванию выпускного клапана цилиндра №1. Как только впускной клапан цилиндра №1 полностью закроется, давление на толкателе вернется к базовому уровню графика 412. Таким образом, на такте впуска распределительный вал создает закрывающее усилие на выпускном клапане цилиндра №1 за счет толкателей впускного и выпускного клапанов.
Аналогично цилиндру №1, у цилиндров №2, №3 и №4 толкатели впускных клапанов имеют гидравлическую связь с толкателями выпускных клапанов. Как говорилось в отношении цилиндра №1, когда впускные клапаны цилиндров №2, №3 и №4 открываются, давление на толкателях выпускных клапанов соответствующих цилиндров возрастает, способствуя тем самым закрыванию выпускных клапанов цилиндров №2, №3 и №4. Пики 424-434 давления соответствуют пикам давления для цилиндров №2, №3 и №4 на толкателях впускных и выпускных клапанов, аналогичным показанным для цилиндра №1.
На фиг.5 изображен пример давлений масла на толкателях впускных и выпускных клапанов для шестицилиндрового двигателя. Данный шестицилиндровый двигатель имеет очередность зажигания 1-4-2-5-3-6. Циклограмма фиг.5 аналогична циклограмме фиг.4. Поэтому, для краткости будут рассмотрены только отличия циклограммы фиг.4 от циклограммы фиг.5. Циклограмма фиг.5 может быть обеспечена системой, изображенной на фиг.10.
Явления в цилиндрах шестицилиндрового двигателя сдвинуты по фазе на 120° угла поворота коленчатого вала. Например, такт впуска цилиндра №1 происходит на 120° раньше такта впуска цилиндра №4. Поэтому, чтобы помочь закрыванию выпускного клапана одного цилиндра шестицилиндрового двигателя, толкатель данного выпускного клапана должен иметь гидравлическую связь с толкателем впускного клапана того цилиндра, который в очередности актов сгорания воздушно-топливной меси в цилиндрах двигателя находится на один акт впереди.
Такт выпуска цилиндра №2 это первый полный такт выпуска, который изображен на фиг.5. Толкатель выпускного клапана цилиндра №2 имеет гидравлическую связь с толкателем впускного клапана цилиндра №4. Цилиндр №4 по фазе опережает цилиндр №2 на 120° угла вращения коленчатого вала. Аналогично, толкатель впускного клапана цилиндра №1 имеет гидравлическую связь с толкателем выпускного клапана цилиндра №4. Далее, толкатель впускного клапана цилиндра №6 имеет гидравлическую связь с толкателем выпускного клапана цилиндра №1. Также, толкатель впускного клапана цилиндра №2 имеет гидравлическую связь с толкателем выпускного клапана цилиндра №5. И наконец, толкатель впускного клапана цилиндра №5 имеет гидравлическую связь с толкателем выпускного клапана цилиндра №3.
Когда установлена гидравлическая связь толкателя впускного клапана с толкателем выпускного клапана, это дает возможность распределительному валу, воздействуя на впускной клапан, помогать закрыванию выпускного клапана другого цилиндра. Например, выпускной клапан цилиндра №2 открыт во время такта 508 выпуска. Во время такта 508 выпуска впускной клапан цилиндра №4 открывается, и давление масла в толкателе впускного клапана цилиндра №4 достигает пика 502. Масло от толкателя впускного клапана цилиндра №4 передается толкателю выпускного клапана цилиндра №2 в то время, когда выпускной клапан цилиндра №2 находится в закрытом состоянии. Как следствие, открывание впускного клапана цилиндра №4 помогает закрыванию выпускного клапана цилиндра №2.
Такт 514 выпуска цилиндра №5 начинается на 120° (угла поворота коленчатого вала) позже начала такта 508 выпуска. Давление в толкателе выпускного клапана цилиндра №5 возрастает по мере того, как выпускной клапан достигает максимума подъема. Поскольку толкатель впускного клапана цилиндра №2 связан с толкателем выпускного клапана цилиндра №5, давление масла на толкателе впускного клапана достигает первого пика в точке 504. Пик давления масла в точке 504 возникает при малой высоте подъема впускного клапана цилиндра №2. В дальнейшем, пик давления масла, вызванный открыванием выпускного клапана цилиндра №5, может быть превзойден воздействием распределительного вала. Воздействие распределительного вала на такте впуска вызывает рост давления масла в толкателе впускного клапана и выход давления на пик в точке 506, когда давление масла может способствовать закрыванию выпускного клапана цилиндра №5. Аналогично, пики 510 и 512 давления масла на толкателе впускного клапана возникают по причине открывания выпускного клапана цилиндра №3 и открывания впускного клапана цилиндра №5.
Таким образом, открывание впускного клапана одного цилиндра может способствовать закрыванию выпускного клапана другого цилиндра. Следует также отметить, что помощь закрыванию впускных клапанов возможна и при другом порядке гидравлических связей между толкателями цилиндров двигателя. Так, в некоторых вариантах, помогать можно только закрыванию выпускных клапанов. В других вариантах можно помогать только закрыванию впускных клапанов. Кроме того, в каких-то вариантах, за счет гидравлической связи отверстий под толкатели можно помогать закрыванию и впускных клапанов и выпускных клапанов. Помимо этого, можно регулировать фазу процесса, когда впускной клапан одного цилиндра оказывает помощь в закрывании выпускного клапана другого цилиндра путем задержки или опережения открывания впускного клапана. Момент времени открывания впускного клапана в шестицилиндровых двигателях можно задерживать, чтобы увеличить давление на толкателе выпускного клапана в фазе его закрывания.
На фиг.6-9 изображены примеры клапанных систем двигателя. Фиг.6, в качестве первого примера, изображает гидравлические связи толкателей впускных клапанов четырехцилиндрового двигателя 10 с линейным расположением цилиндров. Двигатель 10 содержит четыре цилиндра, каждый из которых содержит впускной клапан с толкателем. Цилиндр №1 содержит впускной клапан с толкателем 602, цилиндр №2 содержит впускной клапан с толкателем 604, цилиндр №3 содержит впускной клапан с толкателем 606, и цилиндр №4 содержит впускной клапан с толкателем 608. Как пояснялось согласно фиг.3А, толкатели 602 и 608 гидравлически связаны двунаправленным масляным каналом 610. Толкатели 604 и 606 гидравлически связаны двунаправленным масляным каналом 612. Масляный насос 614 подает моторное масло под давлением к толкателям через основную масляную магистраль 616. Маслоотстойник 618 (картер) гидравлически соединен с масляным насосом, образуя для насоса масляный резервуар. Маслоотстойник 618 может собирать лишнее масло из двигателя 10 при нормальной работе двигателя. Масляный насос 614 может иметь конструкцию, обеспечивающую подачу масла при постоянном давлении. С другой стороны, масляный насос может быть насосом переменного давления, и иметь конструкцию, обеспечивающую подачу масла под разным давлением в зависимости от условий работы двигателя. В системе, показанной на фиг.6, каналы 620, 622 подачи масла могут раздельно отходить от основной масляной магистрали для подачи масла в каждый двунаправленный масляный канал 610, 612. В каналах 620, 622 могут быть предусмотрены обратные клапаны 624, 626, позволяющие маслу втекать в двунаправленные масляные каналы 610, 612, когда давление в толкателях и двунаправленном масляном канале падает ниже установленного порога. Обратные клапаны 624, 626 также препятствуют обратному течению масла в масляный насос. Двунаправленные масляные каналы 610, 612 могут также содержать жиклеры 628 для стравливания излишков моторного масла обратно в маслоотстойник, если давление в каналах становится слишком высоким. Указанные жиклеры могут иметь конструкцию, предусматривающую регулирование давления в двунаправленных масляных каналах, и, тем самым, регулирование усилия закрывания, которое обеспечивается на клапанах. Клапанная система двигателя может, как вариант, включать в себя дроссельные трубки 630, 632, соединенные с двунаправленными масляными каналами 610, 612 для стравливания лишнего масла обратно в маслоотстойник 618 через масляный канал 640.
В системе, представленной на фиг.6, масло от толкателя впускного клапана цилиндра №1 передается к толкателю впускного клапана цилиндра №4. Подобным же образом, масло от толкателя впускного клапана цилиндра №4 передается к толкателю впускного клапана цилиндра №1. Как показано, между толкателями впускных клапанов цилиндров №2 и №3 имеется гидравлическая связь, поэтому маслообмен осуществляется и между толкателями указанных впускных клапанов.
На фиг.7 показана клапанная система двигателя, соответствующая другому варианту осуществления настоящей полезной модели. Аналогично клапанной системе, рассмотренной на фиг.6, толкатели 602 и 608 соединены двунаправленным масляным каналом 610, а толкатели 604 и 606 гидравлически связаны двунаправленным масляным каналом 612. Масляный насос 614 может нагнетать масло из маслоотстойника 618 к толкателям через масляную магистраль 616. В варианте, изображенном на фиг.7, каждый толкатель может быть выполнен с возможностью приема моторного масла под давлением от насоса 614. Каналы подачи масла, например питающий канал 702, могут обеспечивать маслом из магистрали 616 каждый толкатель.
Следует понимать, что хотя на фиг.6 и фиг.7 изображены впускные клапаны, аналогичная схема может быть применена и к выпускным клапанам цилиндров двигателя 10. Кроме того, на фиг.6 и фиг.7 изображено по одному впускному клапану на цилиндр, однако, каждый цилиндр может содержать более одного впускного клапана. Если каждый цилиндр содержит более одного впускного клапана, то оба толкателя обоих впускных клапанов цилиндра могут быть подключены к одному и тому же двунаправленному масляному каналу. В ином варианте, толкатель первого впускного клапана первого цилиндра может быть соединен с толкателем первого впускного клапана другого цилиндра посредством одного двунаправленного масляного канала, в то время как толкатель второго впускного клапана первого цилиндра может быть соединен с толкателем второго впускного клапана другого цилиндра посредством второго двунаправленного масляного канала.
На фиг.8 показана клапанная система двигателя, соответствующая еще одному варианту осуществления настоящей полезной модели. Изображенная на фиг.8 клапанная система выполнена с возможностью гидравлического связывания фазы работы впускных клапанов с фазой работы выпускных клапанов. Кроме впускных клапанов и связанных с ними толкателей, изображенных на фиг.6 и фиг.7, на фиг.8 дополнительно изображены выпускные клапаны и связанные с ними толкатели. Цилиндр №1 содержит впускной клапан с толкателем 602 и выпускной клапан с толкателем 802, цилиндр №2 содержит впускной клапан с толкателем 604 и выпускной клапан с толкателем 804, цилиндр №3 содержит впускной клапан с толкателем 606 и выпускной клапан с толкателем 806, и цилиндр №4 содержит впускной клапан с толкателем 608 и выпускной клапан с толкателем 808. Толкатель 602 впускного клапана соединен с толкателем 802 выпускного клапана посредством двунаправленного масляного канала 810. Толкатель 604 впускного клапана соединен с толкателем 804 выпускного клапана посредством двунаправленного масляного канала 812, толкатель 606 впускного клапана соединен с толкателем 806 выпускного клапана посредством двунаправленного масляного канала 814, и толкатель 608 впускного клапана соединен с толкателем 808 выпускного клапана посредством двунаправленного масляного канала 816. Масляный насос 614 нагнетает масло из маслоотстойника 618 к двунаправленным масляным каналам через масляную магистраль 816. Аналогично системе, описанной согласно фиг.6, между масляной магистралью и каждым двунаправленным масляным каналом установлены обратные клапаны 818, 820, 822 и 824, чтобы обеспечить однонаправленное течение масла с целью поддержания давления масла в толкателях и в масляных каналах. Дополнительное управление давлением масла осуществляется жиклерами 628, установленными в двунаправленных масляных каналах.
На фиг.9 показана клапанная система двигателя, соответствующая еще одному примеру осуществления настоящей полезной модели. Аналогично системе, показанной на фиг.8, толкатель каждого впускного клапана гидравлически связан с толкателем выпускного клапана. В системе фиг.9, аналогично системе фиг.7, масляный насос 614 нагнетает масло из маслоотстойника 618 через масляную магистраль 616 к каждому индивидуальному толкателю впускного и выпускного клапана по индивидуальному масляному каналу, например, каналу 902.
Системы, изображенные на фиг.8 и фиг.9, могут создавать давления масла в соответствии с циклограммой фиг.4. Кроме того, можно регулировать фазу движения впускных и/или выпускных клапанов относительно коленчатого вала двигателя, и тем самым регулировать величину вспомогательного усилия закрывания клапанов. В некоторых случаях можно производить регулирование распределительных валов в зависимости от частоты вращения вала двигателя, чтобы варьировать закрывающее усилие, подаваемое в качестве вспомогательного усилия закрывания клапанов.
На фиг.10 изображен пример шестицилиндрового двигателя с гидравлической поддержкой закрывания клапанов. Показаны все шесть цилиндров двигателя с толкателями впускных и выпускных клапанов. Толкатель 1022 впускного клапана цилиндра №1 имеет гидравлическую связь с толкателем 1012 выпускного клапана цилиндра №4. Толкатель 1026 впускного клапана цилиндра №2 имеет гидравлическую связь с толкателем 1016 выпускного клапана цилиндра №5. Толкатель 1030 впускного клапана цилиндра №3 имеет гидравлическую связь с толкателем 1020 выпускного клапана цилиндра №6. Толкатель 1010 впускного клапана цилиндра №4 имеет гидравлическую связь с толкателем 1028 выпускного клапана цилиндра №2. Толкатель 1014 впускного клапана цилиндра №5 имеет гидравлическую связь с толкателем 1040 выпускного клапана цилиндра №3. Толкатель 1018 впускного клапана цилиндра №6 имеет гидравлическую связь с толкателем 1024 выпускного клапана цилиндра №1.
Таким образом, толкатели впускных клапанов одних цилиндров могут быть гидравлически связаны с толкателями выпускных клапанов других цилиндров, и оказывать помощь при закрывании выпускных клапанов. Кроме того, фазу приложения вспомогательного усилия закрывания впускных или выпускных клапанов можно регулировать при помощи устройств изменения фазы движения распределительных валов.
Таким образом, системы, изображенные на фиг.1-10, реализуют клапанную систему для двигателя, содержащую отверстие под первый толкатель первого цилиндра и отверстие под второй толкатель второго цилиндра, а также двунаправленный масляный канал, гидравлически связанный с отверстием под первый толкатель и с отверстием под второй толкатель. Система также содержит масляную магистраль двигателя, имеющую гидравлическую связь с двунаправленным масляным каналом, причем указанная масляная магистраль получает масло от масляного насоса. Система также содержит первый и второй толкатели, расположенные в указанных отверстиях под первый и второй толкатель, при этом первый и второй толкатели на своих торцах содержат прокачные отверстия для масла. Система также содержит обратный клапан, установленный вдоль масляной магистрали двигателя, при этом указанный обратный клапан дает возможность маслу из масляной магистрали поступать в двунаправленный масляный канал, и по существу препятствует течению масла из двунаправленного масляного канала в масляную магистраль. Система предполагает, что двунаправленный масляный канал единственный обеспечивает связь по текучей среде отверстия под первый толкатель с отверстием под второй толкатель. Система также предполагает, что первый и второй цилиндры в отношении очередности зажигания в двигателе сдвинуты друг относительно друга на 180° угла поворота коленчатого вала. Система также включает в себя жиклер, расположенный в двунаправленном масляном канале и ограничивающий течение масла. Система также предполагает, что дно первого толкателя и дно отверстия под первый толкатель образуют первый масляный резервуар, а дно второго толкателя и дно отверстия под второй толкатель образуют второй масляный резервуар.
Системы, изображенные на фиг.1-10, реализуют двигатель внутреннего сгорания, содержащий отверстие под первый толкатель первого цилиндра и отверстие под второй толкатель второго цилиндра, первый однонаправленный масляный канал, имеющий связь по текучей среде с отверстием под первый толкатель и с отверстием под второй толкатель, и второй однонаправленный масляный канал, имеющий связь по текучей среде с отверстием под первый толкатель и с отверстием под второй толкатель, причем направление движения масла в первом однонаправленном масляном канале противоположно направлению движения масла во втором однонаправленном масляном канале. Система предполагает вариант, при котором отверстие под первый толкатель содержит толкатель, приводящий в действие впускной клапан, и отверстие под второй толкатель содержит толкатель, приводящий в действие впускной клапан. Система также предполагает вариант, при котором отверстие под первый толкатель содержит толкатель, приводящий в действие впускной клапан, а отверстие под второй толкатель содержит толкатель, приводящий в действие выпускной клапан. Система содержит первый толкатель в отверстии под первый толкатель и второй толкатель в отверстии под второй толкатель, при этом первый толкатель и отверстие под первый толкатель содержат первый и второй клапаны, причем первый клапан ограничивает течение через первый однонаправленный масляный канал, когда первый толкатель находится в первом положении, а второй клапан ограничивает течение через второй однонаправленный масляный канал, когда первый толкатель находится во втором положении. Кроме того, система содержит первый толкатель в отверстии под первый толкатель и второй толкатель в отверстии под второй толкатель, при этом второй толкатель и отверстие под второй толкатель содержат первый и второй клапаны, причем первый клапан ограничивает течение через первый однонаправленный масляный канал, когда второй толкатель находится в первом положении, а второй клапан ограничивает течение через второй однонаправленный масляный канал, когда второй толкатель находится во втором положении.
На фиг.11 изображена схема алгоритма, описывающего способ 1100 формирования сил, закрывающих клапаны. На этапе 1102 способа 1100 происходит приложение закрывающей силы к первому клапану первого цилиндра. Первым клапаном может быть впускной клапан или выпускной клапан. На шаге 1104 способа 1100 производится открывание второго клапана второго цилиндра рабочим выступом кулачка распределительного вала. В иных вариантах, впускной и выпускной клапаны могут принадлежать одному и тому же цилиндру. Вторым клапаном может быть впускной или выпускной клапан. На этапе 1106 между первым толкателем первого цилиндра и вторым толкателем второго цилиндра осуществляется связь по текучей среде через масляный канал. Масляный канал может быть двунаправленным масляным каналом, конструкция которого предусматривает свободное течение масла между первым и вторым толкателями. В другом варианте, масляный канал может быть однонаправленным масляным каналом, конструкция которого допускает течение масла от второго толкателя к первому толкателю, но ограничивает течение масла от первого толкателя ко второму толкателю. На шаге 1108 давление масла на первом и втором толкателях может подвергаться регулированию в зависимости от температуры двигателя. Например, контроллер 12 может определить температуру двигателя по температуре хладагента, или может оценить температуру двигателя, исходя из времени, которое прошло с момента пуска двигателя, и числа совершившихся актов сгорания в цилиндрах. Поскольку при низких температурах двигателя вязкость масла возрастает, низкие температуры могут заставлять повышать давление масла. Контроллер 12 двигателя может управлять масляным насосом 614 для регулирования давления масла, подаваемого к первому и второму толкателям, с целью поддержания требуемого уровня давления масла для создания силы, закрывающей первый клапан. На шаге 1110, исходя из температуры двигателя и с учетом гидравлической связи между толкателями, может быть произведено ограничение оборотов двигателя. Например, контроллер 12 может определить температуру двигателя по температуре хладагента или масла, или может оценить температуру двигателя, исходя из времени, которое прошло с момента пуска двигателя, и числа совершившихся актов сгорания в цилиндрах. Если контроллер 12 определяет, что температура двигателя высокая, то давления масла в первом и втором толкателях может быть недостаточно, чтобы обеспечить требуемое закрывающее усилие на первом клапане. Контроллер 12 может ограничить обороты двигателя, регулируя, например, впрыск топлива, положение дроссельной заслонки и/или фазу зажигания, чтобы получить пониженную частоту вращения, и тем самым снизить силу, необходимую для закрывания клапана. На шаге 1112 может быть произведено ограничение оборотов двигателя на основе данных давления масла в масляном канале. Контроллер 12 двигателя может измерить давление масла в масляном канале, например, в двунаправленном масляном канале, и ограничить обороты двигателя, если будет обнаружено, что давление масла в масляном канале низкое. Контроллер 12 может ограничить обороты двигателя, регулируя, например, впрыск топлива, положение дроссельной заслонки и/или фазу зажигания, чтобы получить пониженную частоту вращения, и тем самым снизить силу, необходимую для закрывания клапана.
На этапе 1114 способа 1100 происходит приложение закрывающей силы ко второму клапану второго цилиндра. На шаге 1116 производится открывание первого клапана первого цилиндра рабочим выступом кулачка распределительного вала. На этапе 1118 между первым толкателем первого цилиндра и вторым толкателем второго цилиндра осуществляется связь по текучей среде через масляный канал. Масляный канал может быть двунаправленным масляным каналом, конструкция которого предусматривает свободное течение масла между первым и вторым толкателями. В другом варианте, масляный канал может быть однонаправленным масляным каналом, конструкция которого допускает течение масла от первого толкателя ко второму толкателю, но ограничивает течение масла от второго толкателя к первому толкателю. На шаге 1120 давление масла на первом и втором толкателях может подвергаться регулированию в зависимости от температуры двигателя. Например, контроллер 12 может определить температуру двигателя по температуре хладагента, или может оценить температуру двигателя, исходя из времени, которое прошло с момента пуска двигателя, и числа совершившихся актов сгорания в цилиндрах. Поскольку при низких температурах двигателя вязкость масла возрастает, низкие температуры могут заставлять повышать давление масла. Контроллер 12 двигателя может управлять масляным насосом 614 для регулирования давления масла, подаваемого к первому и второму толкателям, с целью поддержания требуемого уровня давления масла для создания силы, закрывающей второй клапан. На шаге 1122, исходя из температуры двигателя может быть произведено ограничение оборотов двигателя. Например, контроллер 12 может определить температуру двигателя по температуре хладагента или масла, или может оценить температуру двигателя, исходя из времени, которое прошло с момента пуска двигателя, и числа совершившихся актов сгорания в цилиндрах. Если контроллер 12 определяет, что температура двигателя высокая, то давления масла в первом и втором толкателях может быть недостаточно, чтобы обеспечить требуемое закрывающее усилие на втором клапане. Контроллер 12 может ограничить обороты двигателя, регулируя, например, впрыск топлива, положение дроссельной заслонки и/или фазу зажигания, чтобы получить пониженную частоту вращения, и тем самым снизить силу, необходимую для закрывания клапана. На шаге 1124 может быть произведено ограничение оборотов двигателя на основе данных давления масла в масляном канале. Контроллер 12 двигателя может измерить давление масла в масляном канале, например, в двунаправленном масляном канале или в основной масляной магистрали двигателя, и ограничить обороты двигателя, если будет обнаружено, что давление масла в масляном канале низкое. Контроллер 12 может ограничить обороты двигателя, регулируя, например, впрыск топлива, положение дроссельной заслонки и/или фазу зажигания, чтобы получить пониженную частоту вращения, и тем самым снизить силу, необходимую для закрывания клапана.
Таким образом, соответствующий фиг.11 алгоритм обеспечивает способ управления работой клапана, содержащий перекачку масла от первого толкателя первого цилиндра к второму толкателю второго цилиндра без возврата масла в маслоотстойник, и перекачку масла от второго толкателя второго цилиндра к первому толкателю первого цилиндра без возврата масла в маслоотстойник. Способ предполагает вариант, при котором перекачка масла производится через один двунаправленный масляный канал. Способ предполагает также вариант, при котором перекачка масла производится через первый однонаправленный масляный канал в первом направлении, и через второй однонаправленный масляный канал во втором направлении, при этом второе направление отличается от первого направления. Способ также предполагает, что нагнетание масла производится за счет усилия, прилагаемого со стороны распределительного вала. Способ содержит ограничение давления масла на первом и втором толкателях в зависимости от температуры двигателя. Способ также содержит ограничение оборотов двигателя в зависимости от температуры двигателя при перекачке масла от первого толкателя первого цилиндра ко второму толкателю второго цилиндра без возврата масла в маслоотстойник. Способ также содержит ограничение оборотов двигателя в зависимости от давления масла при перекачке масла от первого толкателя первого цилиндра ко второму толкателю второго цилиндра без возврата масла в маслоотстойник.
Соответствующий фиг.11 алгоритм также обеспечивает способ управления работой клапана, содержащий приложение закрывающего усилия к первому клапану первого цилиндра с помощью связи по текучей среде между первым толкателем первого цилиндра и вторым толкателем второго цилиндра, и приложение закрывающего усилия ко второму клапану второго цилиндра с помощью связи по текучей среде между вторым толкателем второго цилиндра и первым толкателем первого цилиндра. Способ предполагает вариант, при котором приложение закрывающей силы к первому клапану осуществляется через двунаправленный масляный канал. Способ содержит регулирование давления моторного масла в двунаправленном масляном канале в зависимости от оборотов двигателя с целью коррекции демпфирования первого клапана. Способ также предполагает, что сила, закрывающая первый клапан, инициируется процессом открывания клапана второго цилиндра выступом кулачка распределительного вала, при этом первый и второй цилиндры сдвинуты друг относительно друга в отношении очередности зажигания на величину кратную 180° угла поворота коленчатого вала. Способ также предполагает вариант, при котором приложение закрывающей силы к первому клапану осуществляется через однонаправленный масляный канал между отверстием под первый толкатель, в котором размещен первый толкатель, и отверстием под второй толкатель, в котором размещен второй толкатель.
Соответствующий фиг.11 алгоритм также обеспечивает способ управления работой клапана, содержащий перекачку масла от первого толкателя первого цилиндра ко второму толкателю второго цилиндра через двунаправленный масляный канал, а также перекачку масла от второго толкателя второго цилиндра к первому толкателю первого цилиндра через двунаправленный масляный канал. Способ предполагает, что перекачка масла от первого толкателя первого цилиндра ко второму толкателю второго цилиндра осуществляется за счет вращения распределительного вала.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что показанный на фиг.11 способ может представлять одну или более стратегий обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные показанные шаги или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для решения вышеупомянутых задач полезной модели, реализации отличительных признаков и преимуществ, но приведен в целях упрощения описания. Хотя это и не показано явным образом, но специалистам в данной области должно быть понятно, что один или более показанных шагов или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии.
На этом описание завершается. Специалистам в данной области должно быть понятно, что в форму и детали осуществления полезной модели могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема полезной модели. Например, настоящая полезная модель может также быть с успехом использована в случае двигателей с расположением цилиндров по схемам 13, 14, 15, V6, V8, V10 и V12, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных смесях.