Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым клапанным механизмом

Предложена конструкция двигателя внутреннего сгорания с регулируемым клапанным механизмом (1), включающим в себя клапан (1b) и исполнительный механизм (1a) для активации по крайней мере одного клапана (1b), включающий в себя распределительный вал (2) с кулачком (2a), клапанную пружину (1c) и коромысло (3a), выступающее в качестве следящего элемента кулачка, при этом коромысло (3a) одним концом (3a) опирается на опору (4), а другим концом (3a) соединено с клапаном (1b) так, что клапан (1b) при вращении распределительного вала (2) за счет отклонения коромысла (3a) может быть сдвинут кулачком (2a) против усилия предварительного натяжения пружины (1c) в направлении открытого положения клапана. При этом опора (4) коромысла (3a) выполнена подвижной, за счет чего кинематика исполнительного механизма (1a) и, следовательно, ход подъема соответствующего клапана (1b) могут быть изменены. При частичном отключении такого двигателя можно деактивировать клапан (1b) и при необходимости регулировать ход подъема клапана.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с регулируемым клапанным механизмом.

Уровень техники

Двигатель внутреннего сгорания используют в качестве привода для автомобильных транспортных средств. В рамках настоящего описания термин «двигатель внутреннего сгорания» объединяет в себе, в частности, двигатели с циклом Отто и дизельные двигатели, а также гибридные двигатели, работающие с использованием гибридного способа зажигания, и гибридные приводы, имеющие кроме двигателя внутреннего сгорания включаемую электроустановку, которая может подключаться для предоставления приводной энергии к двигателю внутреннего сгорания, и которая забирает мощность от двигателя или отдает ее при работе в качестве включаемого вспомогательного привода.

При проектировании двигателя внутреннего сгорания принципиальная цель заключается в сокращении расхода топлива, при этом главной задачей является повышение общего коэффициента полезного действия.

Проблема обеспечения низкого расхода топлива и, таким образом, высокого КПД особенно остро ощущается при использовании бензиновых двигателей с циклом Отто, т.е. двигателей с искровым зажиганием. Данная проблема обусловлена принципом работы такого двигателя. Управление нагрузкой осуществляется, как правило, с помощью расположенного во впускной системе дроссельного клапана. Перемещая дроссельный клапан, можно регулировать величину давления всасываемого воздуха ниже по потоку от дроссельного клапана. Чем меньше степень открытия дроссельного клапана, т.е. чем больше он блокирует поток во впускной системе, тем больше потеря давления всасываемого воздуха при прохождении через дроссельный клапан, и тем ниже давление всасываемого воздуха ниже по потоку от дроссельного клапана и выше по потоку от впуска в цилиндр, т.е. камеру сгорания. Таким образом, при постоянном объеме камеры сгорания с помощью давления всасываемого воздуха можно регулировать массовый расход воздуха, т.е. количество смеси. Это также объясняет, почему количественное регулирование оказывается невыгодным именно при частичной нагрузке: малые нагрузки требуют сильного дросселирования и снижения давления во впускной системе, вследствие чего при уменьшении нагрузки и увеличении дросселирования возрастают потери при замене рабочей смеси.

Для снижения таких потерь были разработаны различные стратегии снижения степени дросселирования бензинового двигателя с циклом Отто.

Один из способов снижения степени дросселирования бензинового двигателя может заключаться, например, использовании бензинового двигателя с непосредственным впрыском. Прямой впрыск топлива является подходящим средством для реализации ступенчатой загрузки камеры сгорания. Непосредственный впрыск топлива в камеры сгорания позволяет в определенных границах осуществлять качественное регулирование смеси в бензиновом двигателе. Образование смеси осуществляется путем прямого впрыска топлива в цилиндр или в наддувочный воздух, находящийся в цилиндре, а не путем внешнего смесеобразования, при котором топливо в системе впуска подается во всасываемый воздух.

Другая возможность оптимизации процесса горения в бензиновом двигателе заключается в использовании по крайней мере частично регулируемого клапанного механизма. В отличие от традиционных клапанных механизмов, в которых ход клапанов и фазы газораспределения являются постоянными, данные параметры, влияющие на процесс горения и расход топлива, могут в той или иной степени изменяться с помощью клапанных механизмов. В тех случаях, когда время закрытия впускного клапана и ход впускного клапана могут варьироваться, только за счет этого возможно управление без дросселирования и, таким образом, без потерь нагрузки. Попадающая во время впуска в камеру сгорания смесь или наддувочный воздух управляется не с помощью дроссельного клапана, а с помощью хода впускного клапана и его время открывания.

Один пример такой конструкции раскрыт в патенте США 4,546,734, опубл. 15.10.1985, который может быть выбран в качестве ближайшего аналога. В данной конструкции используется поворотный кулачковый элемент, активируемый соленоидным приводом на открывание перепускного клапана, сформированного в низу гидрокомпенсатора. Перепуск гидрокомпенсатора вызывает его складывание и прерывает взаимодействие коромысла с распределительным валом.

Другим способом снижения степени дросселирования бензинового двигателя с циклом Отто является отключение цилиндра, т.е. отключение отдельных цилиндров в определенных диапазонах нагрузки. КПД бензинового двигателя в режиме частичных нагрузок может улучшаться (т.е. повышаться) с помощью такого частичного отключения, поскольку отключение одного цилиндра многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания при постоянной мощности двигателя повышает нагрузку на остальные работающие цилиндры. Поэтому дроссельный клапан может или должен открываться для подачи нужного количества воздуха в эти цилиндры, в результате чего достигается снижение степени дросселирования двигателя. Находящиеся в постоянной эксплуатации цилиндры работают при частичном отключении в режиме повышенных нагрузок, в котором удельный расход топлива ниже. Диапазон нагрузок смещается в сторону более высоких значений.

При этом из-за больших объемов подаваемого воздуха или воздушной смеси цилиндры, работающие в режиме с частичным отключением, обладают улучшенным смесеобразованием и допускают большие коэффициенты рециркуляции выхлопных газов.

Другие преимущества с точки зрения КПД заключаются в том, что отключенный цилиндр из-за отсутствия горения не создает потерь тепла путем теплопередачи от газообразных продуктов сгорания стенкам камеры сгорания.

Хотя дизельные двигатели, т.е. двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением, благодаря применяемому контролю качества смеси имеют больший КПД, т.е. меньший расход топлива, в сравнении с бензиновыми двигателями, в которых нагрузка, как описано выше, регулируется с помощью дросселирования или контроля количества смеси путем заполнения цилиндров, в дизельных двигателях все равно присутствует необходимость в улучшении и потенциал для этого в отношении улучшения расхода топлива или повышения КПД.

Одной из концепций для снижения расхода топлива в дизельных двигателях также является отключение цилиндров, т.е. отключение отдельных цилиндров в определенных диапазонах нагрузки. За счет такого частичного отключения можно улучшить, т.е. повысить, КПД дизельного двигателя в режиме частичной нагрузки, так как отключение одного цилиндра в двигателе внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами при неизменной мощности дизельного двигателя повышает нагрузку на остальные цилиндры, продолжающие работать так, что дроссельную заслонку можно или нужно будет открыть еще больше для подачи большей массы воздуха в эти цилиндры, что приводит к общему снижению дросселирования двигателя внутреннего сгорания. Постоянно задействованные цилиндры работают при таком частичном выключении с большими нагрузками, при которых удельный расход топлива становится ниже. Диапазон нагрузок в режиме частичных нагрузок дизельного двигателя смещается к более высоким значениям.

Благодаря большей массе подводимого топлива, т.е. более богатой смеси, цилиндры, продолжающие работать при частичном выключении, допускают более высокий коэффициент рециркуляции выхлопных газов. С точки зрения потерь тепла при теплоотдаче обеспечиваются те же преимущества, что и в бензиновых двигателях, и в этом отношении можно сослаться на соответствующую часть описания.

Частичное выключение в дизельных двигателях также должно предотвратить чрезмерное обеднение горючей смеси в рамках контроля качества смеси при снижении нагрузки в результате уменьшения количества используемого топлива.

Из уровня техники известны двигатели внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами с частичным отключением и соответствующие способы работы таких двигателей внутреннего сгорания все еще имеют большой потенциал для улучшения, как ниже кратко поясняется на примере дизельного двигателя.

Если в дизельном двигателе с прямым впрыском с целью частичного выключения прерывают, т.е. регулируют, подачу топлива к отключаемым цилиндрам, отключенные цилиндры продолжают участвовать в замене смеси, если соответствующий клапанный механизм этих цилиндров не отключается или не может быть отключен. При этом насосные потери, создаваемые отключенными цилиндрами, снижают эффект улучшения расхода топлива и повышения КПД, достигнутый за счет частичного выключения, и противодействуют ему таким образом, что выгода от использования частичного выключения теряется, по крайней мере частично, т.е. частичное выключение в действительности приводит к менее значительным улучшениям.

Для эффективного использования частичного выключения для повышения КПД двигателя внутреннего сгорания нужно минимизировать насосные потери отключенных цилиндров. При этом может быть целесообразно использовать переключаемые или регулируемые клапанные механизмы.

В таком отношении регулируемые клапанные механизмы могут быть использованы не только для снижения дросселирования, но и для оптимизации частичного выключения в двигателях внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является улучшение эффективности снижения расхода топлива и повышение КПД двигателя, которое достигается за счет возможности отключения по крайней мере одного клапана при частичном выключении, и, при необходимости, изменения хода клапана.

Для этого предложена конструкция двигателя внутреннего сгорания с регулируемым клапанным механизмом, включающим в себя по крайней мере один клапан и один исполнительный механизм клапана для активации этого клапана, содержащий по крайней мере один распределительный вал с по крайней мере одним кулачком, пружину клапана и по крайней мере одно коромысло клапана, выступающее в качестве следящего элемента кулачка. При этом по крайней мере одно коромысло клапана одним концом опирается на опору, а другим концом - соединяется по крайней мере с одним клапаном так, что когда распределительный вал вращается этот клапан может, благодаря отклонению коромысла кулачком, быть смещен против усилия предварительного натяжения пружины клапана в направлении открытого положения. Отличительной особенностью предложенной конструкции является выполнение опоры по крайней мере одного коромысла клапана подвижной, благодаря чему кинематика исполнительного механизма клапана и, таким образом, подъем соответствующего клапана могут быть измененяемыми.

Исполнительный механизм, предусмотренный для передвижения по крайней мере одного клапана, включая сам клапан, называют «клапанный механизм». Принципиальной задачей клапанного механизма является закрывание и открывание впускного и выпускного отверстий цилиндров.

Исполнительный механизм клапана в клапанном механизме в соответствии с предложенным решением включает в себя по крайней мере один распределительный вал с по крайней мере одним кулачком. Этот распределительный вал вращается, например, от коленчатого вала при помощи гибкого привода, а именно с половинной частотой вращения коленчатого вала при четырехтактном цикле. При этом рабочий цикл длится более двух оборотов коленчатого вала и включает в себя четыре рабочих такта, а именно не только такты впуска и выпуска, а также сжатие и рабочий ход, благодаря сгоранию топливо-воздушной смеси.

По крайней мере один вращающийся кулачок служит для активации по крайней мере одного клапана, при этом в соответствии с предложенным решением коромысло клапана расположено, как следящий элемент кулачка, в силовом потоке между кулачком и клапаном. При вращении распределительного вала кулачок зацепляет коромысло клапана и отклоняет его. При этом коромысло клапана вращается вокруг опоры, выступающей при этом в качестве центра вращения, и при отклонении кулачком смещает по крайней мере один клапан в направлении открытого положения против усилия предварительного натяжения клапанной пружины.

При этом максимальный подъем клапана определяется максимальным отклонением коромысла, точнее, максимальным отклонением конца коромысла, которым он соединяется с клапаном.

Если соответствующий конец коромысла не отклоняется, перемещения клапана также не происходит, и соответствующее отверстие клапана остается закрытым. При этом клапан является деактивированным, то есть выключенным.

В известных из уровня техники решениях опора коромысла клапана неподвижна относительно остальных элементов клапанного механизма. Таким образом, опора представляет собой неизменяемый центр вращения при отклоняющем движении коромысла клапана.

В клапанном механизме в соответствии с предложенным решением опора по крайней мере одного коромысла клапана, напротив, выполнена подвижной, чтобы отклоняющее движение соответствующего коромысла клапана и, следовательно, кинематика всего исполнительного механизма клапана, а также перемещение по крайней мере одного клапана могут быть изменяемыми; по меньшей мере, пока подвижная опора не зафиксирована или не фиксируется с помощью других средств.

Клапанный механизм в соответствии с предложенным решением допускает отклонение опоры, когда кулачок зацепляет коромысло клапана, и коромысло клапана пытается опереться на опору, за счет чего механизм пригоден как для деактивации, т.е. отключения соответствующего клапана, так и для изменения или регулировки подъема данного клапана.

Двигатель внутреннего сгорания в соответствии с предложенным решением обеспечивает достижение технического результата, а именно - возможность отключения по крайней мере одного клапана при частичном выключении, и, при необходимости, изменения подъема клапана.

Предпочтительными являются такие варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по крайней мере одна подвижная опора может быть зафиксирована с помощью запорного механизма.

Предпочтительными являются такие варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по крайней мере одна подвижная опора установлена в направляющей с возможностью линейного перемещения и соединена с пружинами, опирающимися на направляющую и толкающими опору в направлении коромысла клапана. Также может быть предусмотрен ведущий вал с по крайней мере одним кулачковым управляющим элементом, который контактирует с направляющей и может при вращении ведущего вала сдвигать направляющую в направлении коромысла клапана против силы натяжения пружин, таким образом сокращая доступный свободный ход смещения опоры.

Ведущий вал служит для регулировки свободного хода смещения опоры, т.е. расстояния, которое может пройти подвижная опора при линейном перемещении, когда кулачок контактирует с коромыслом клапана, которое опирается на опору, и в ходе этого процесса опора смещается в направляющей при выполнении отклоняющего перемещения.

При этом ведущий вал также служит и для регулировки подъема клапана. Чем меньше свободный ход смещения опоры, тем больше подъем клапана. Если движение коромысла клапана не приводит к упору и остановке опоры, свободный ход смещения не используется полностью или только частично. При этом движения клапана не происходит.Клапан деактивирован.

Ведущий вал дополнительно выполняет функцию стопора, запорного механизма, а именно фиксирует направляющую и, таким образом, ограничивает свободный ход смещения опоры, а также регулируемый подъем клапана.

По крайней мере один управляющий элемент ведущего вала выполнен в виде кулачка так, что при усилении вращения ведущего вала, т.е. при увеличении угла поворота, направляющая также перемещается в большей степени в направлении коромысла клапана, а свободный ход смещения опоры сокращается.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых направляющая выполнена в виде стакана толкателя по типу гильзы, закрытой на одном конце и открытой на другом конце. Колпачковая гильза указанной формы может, как и стакан толкателя, несмотря на свое простое исполнение, выполнять все назначаемые ей функции. Так, управляющий элемент может толкать гильзу на ее закрытом конце, а сама гильза может служить направляющей для линейного перемещения подвижной опоры. Кроме того, подобная гильза может смещать в себе пружину, которая выступает в качестве упора, обеспечивая передачу сил между ведущим валом, направляющей, опорой и коромыслом клапана.

По указанным выше причинам предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания в соответствии с предложенным решением, в которых гильза расположена в силовом потоке между ведущим валом и опорой, при этом закрытый конец направлен в сторону ведущего вала, а другой, открытый конец направлен в сторону опоры.

Также по указанным выше причинам предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания в соответствии с предложенным решением, в которых подвижная опора входит внутрь гильзы через ее открытый конец, при этом пружина поддерживается на опоре и на закрытом конце гильзы.

Предпочтительными также являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых предусмотрена винтовая пружина. Винтовая пружина является предпочтительным видом пружины, доступным в большом количестве разнообразных форм. В этом отношении за счет выбора подходящей винтовой пружины можно легче регулировать, т.е. обеспечивать необходимую силу натяжения или восстанавливающую силу.

При этом предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых на закрытом конце гильзы имеется стержень, входящий в пружину, при этом стержень предпочтительно имеет большую длину по сравнению с винтовой пружиной в сжатом состоянии. Стержень служит для обеспечения дополнительной (наряду с колпачковой гильзой) направляющей для винтовой пружины, при этом свободный конец стержня, т.е. торец стержня, направленный в сторону опоры, предпочтительно выступает в качестве стопора для опоры, предотвращая полное сжатие винтовой пружины и соприкосновение витков винтовой пружины.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых пружины направляющей по крайней мере одной подвижной опоры и пружины соответствующего клапана согласованы друг с другом таким образом, что при вращении распределительного вала пружины оказывают отклонению коромысла клапана меньшее сопротивление, чем пружины клапана.

Указанный выше вариант выполнения гарантирует, что подвижная опора или силы пружин, действующие на эту опору, оказывают меньшее сопротивление отклонению коромысла клапана, чем пружины клапана. Таким образом, коромысло клапана, толкаемое и направляемое кулачком, сначала перемещает подвижную опору в направляющей и только потом перемещает клапан в направлении открытого положения, если доступный свободный ход смещения опоры, уже полностью использован и опора упирается в стопор.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по крайней мере один коромысло клапана включает в себя ролик, установленный с возможностью вращения между двумя концами коромысла клапана и при вращении распределительного вала по крайней мере периодически контактирует с кулачком.

Указанный выше вариант выполнения значительно снижает трение в клапанном механизме. Предпочтительно контур кулачка, т.е. его боковая поверхность, проходит по внешней поверхности ролика. В идеальном случае кулачок и ролик являются неподвижными относительно друг друга.

Таким образом также снижается износ кулачка и ролика. Повреждение материала могло бы повлиять на рабочий цикл клапана, подъем клапана, момент срабатывания и работоспособность клапанного механизма.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых по крайней мере один клапан является подъемным клапаном.

Подъемные клапаны могут перемещаться вдоль своей продольной оси между положением закрытым положением и открытым положением, открывая или закрывая отверстие цилиндра. В рамках газообмена обычно стремятся добиться наиболее быстрого открывания как можно большего сечения потока, чтобы удерживать потери во входящем и выходящем потоках газа на небольшом уровне и обеспечить наилучшее заполнение цилиндров или эффективный выпуск выхлопных газов. Подъемные клапаны имеют с этой точки зрения большие преимущества.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых в качестве пружины для по крайней мере одного клапана предусмотрена винтовая пружина. При этом можно сослаться на вышеприведенное описание, учитывая винтовые пружины уже используемые в механизме.

Предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых клапан, связанный с подвижной опорой, может быть деактивирован путем поворота ведущего вала так, чтобы предотвратить активацию и перемещение деактивированного клапана коромыслом. В данном случае свободный ход смещения опоры может быть таким, чтобы не происходила активация клапана, т.е. чтобы клапан был деактивирован.

Также предпочтительными являются варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания, в которых подъем клапана, связанного с подвижной опорой, может регулироваться с помощью поворота ведущего вала.

Если клапан является впускным, и его подъем является регулируемым, то в бензиновом двигателе с циклом Отто можно с помощью подъема впускного клапана регулировать массу смеси или заряда воздуха, поступающую в камеру сгорания во время впуска, и отказаться от дроссельной заслонки. Регулируемый подъем клапана можно использовать также и для создания или усиления движения газов в камере сгорания, в частности, для обеспечения поступления заряда воздуха с завихрением.

В двигателях внутреннего сгорания с по крайней мере двумя клапанами для отверстий различных цилиндров предпочтительными являются варианты выполнения, в которых опора коромысла по крайней мере одного клапана является подвижной, а опора коромысла по крайней мере одного клапана является неподвижной.

По крайней мере два цилиндра двигателя внутреннего сгорания в данном случае расположены таким образом, что образуют по крайней мере две группы цилиндров с по крайней мере одним цилиндром в каждой, при этом по крайней мере один цилиндр первой группы продолжает работать даже при частичном выключении двигателя внутреннего сгорания, т.е. работает постоянно, а по крайней мере один цилиндр второй группы может включаться в зависимости от нагрузки.

При этом по крайней мере один клапан цилиндра, включающегося в зависимости от нагрузки, является частью регулируемого клапанного механизма в соответствии с предложенным решением, где коромысло клапана, активирующее по крайней мере один клапан, опирается на подвижную опору. Это обеспечивает возможность деактивации цилиндра или соответствующего ему клапанного механизма, когда это необходимо, в частности таким образом, что цилиндр при частичном выключении двигателя внутреннего сгорания не принимает участия в газообмене, и, следовательно, не вызывает насосные потери.

По крайней мере один клапан цилиндра, продолжающего работать даже при частичном отключении, напротив, не является частью регулируемого клапанного механизма. Коромысло клапана по крайней мере одного клапана опирается на неподвижную опору так, что время срабатывания и подъем по крайней мере одного клапана остаются неизменными.

В двигателях внутреннего сгорания с по крайней мере двумя клапанами для отверстий различных цилиндров также целесообразны такие варианты выполнения, в которых на ведущем валу имеются по крайней мере два управляющих элемента для по крайней мере двух клапанов, при этом такие управляющие элементы имеют разную конструкцию в том отношении, что по крайней мере один управляющий элемент выполнен в виде кулачка для перемещения соответствующей направляющей при повороте ведущего вала, и по крайней мере один управляющий элемент имеет такую форму, которая при повороте ведущего вала не вызывает перемещения соответствующей направляющей.

В отличие от предыдущего варианта в данном случае обе группы цилиндров, точнее, по крайней мере один включаемый цилиндр и по крайней мере один постоянно работающий цилиндр соответствующих групп, имеют клапан, коромысло которого опирается на подвижную опору.

Исполнительный механизм клапана, относящегося к включаемому цилиндру, содержит управляющий элемент, выполненный в виде кулачка и расположенный на ведущем валу для перемещения соответствующей направляющей путем поворота ведущего вала. Направляющая клапана, относящегося к постоянно работающему цилиндру, напротив, не перемещается при вращении ведущего вала, для чего управляющий элемент имеет соответствующую форму.

При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания согласно предложенному решению кинематика исполнительного механизма впускного клапана изменяется таким образом, что при повороте распределительного вала перемещения впускного клапана не происходит.

Краткое описание чертежей

Полезная модель более подробно описывается далее примере варианта выполнения клапанного механизма согласно Фиг. 1, 2 и 3. На фигурах показано следующее:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение частей регулируемого клапанного механизма первого варианта двигателя внутреннего сгорания с деактивированным клапаном,

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение частей клапанного механизма с Фиг. 1 с уменьшенным подъемом клапана,

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение частей клапанного механизма с Фиг. 1 с максимальным подъемом клапана.

Осуществление полезной модели

На Фиг. 1 показано схематическое изображение частей регулируемого клапанного механизма 1 первого варианта выполнения двигателя внутреннего сгорания с деактивированным клапаном 1b. Клапан 1b является подъемным клапаном 1e.

Исполнительный механизм 1a для активации клапана 1b включает в себя распределительный вал 2 с кулачком 2a, клапанной пружиной 1c в виде винтовой пружины 1d и коромысла 3a, выступающего в качестве следящего элемента 3 кулачка, который расположен в силовом потоке между кулачком 2a и клапаном 1b. Коромысло За опирается одним своим концом 3a на подвижную опору 4 и соединен своим противоположным концом 3a с клапаном 1b. В середине коромысла 3a между обоими концами 3a, 3a коромысла 3a находится вращающийся ролик 3b, с которым соединяется кулачок 2a при вращении распределительного вала 2. При этом боковая поверхность кулачка 2a проходит по ролику 3b и отклоняет коромысло клапана 3a. Коромысло 3a отклоняется, вызывая движение клапана 1b на повернутом к клапану 1b конце 3a коромысла 3a против силы предварительного натяжения винтовой пружины 1d в направлении открытого положения клапана и/или подвижной опоры 4 на обращенном в сторону опоры 4 конце 3a. Фактическое отклонение коромысла 3a определяется положением, т.е. углом поворота ведущего вала 7, как поясняется ниже.

Подвижная опора 4 расположена в направляющей 5 с возможностью линейного перемещения и соединяется с пружиной 6 в форме винтовой пружины 6a. В варианте с Фиг. 1, в качестве направляющей 5 выступает колпачковая гильза 5a с закрытым концом 5a и открытым концом 5a. Опора 4 входит в открытый конец 5a гильзы 5a и перемещается усилием винтовой пружины 6a, опирающейся на закрытый конец 5a гильзы 5a. В данном случае на закрытом конце 5a гильзы 5a имеется стержень 5b, входящий в винтовую пружину 6a и служащий в качестве дополнительной направляющей. Гильза 5a расположена в силовом потоке между ведущим валом 7 и опорой 4, и она приводится в движение с помощью расположенного на ведущем валу 7 управляющего элемента 7a.

Ведущий вал 7 предназначен для регулировки свободного хода смещения опоры 4. Для этого управляющий элемент 7a имеет форму в виде кулачка так, что при увеличении угла поворота гильза 5а перемещается в направлении коромысла 3a. При этом опора 4 все глубже заходит в гильзу 5а и сжимает винтовую пружину 6a. Таким образом, уменьшается пространство, доступное для движения опоры 4.

В представленном на Фиг. 1 положении ведущего вала 7 опора 4 может двигаться максимально свободно. Когда кулачок 2a зацепляет коромысло 3a, оно опирается концом 3a на опору 4 и, отклоняясь, перемещает опору 4 в гильзу 5а. Силы натяжения пружины 6, действующие на опору 4, оказывают меньшее сопротивление коромыслу 3a, чем винтовая пружина 1d клапана 1b. Активации, т.е. перемещения подъемного клапана 1e, не происходит. Подъемный клапан 1e деактивирован.

На Фиг. 2 и 3 показан представленный на Фиг. 1 клапанный механизм с уменьшенным и максимальным подъемом клапана. В сравнении с Фиг. 1 необходимо пояснить лишь разницу в положении ведущего вала 7 клапанного механизма 1, поскольку это единственное отличие от варианта с Фиг. 1. Одинаковые детали обозначены с помощью одинаковых ссылочных позиций.

В отличие от представленного на Фиг. 1 положения ведущего вала 7, в клапанном механизме 1 с Фиг. 2 ведущий вал 7 слегка повернут против часовой стрелки, вследствие чего гильза 5a перемещается управляющим элементом 7a в направлении коромысла 3a. За счет этого было сокращено пространство, доступное для движения опоры 4. Таким образом, обеспечивается сначала перемещение коромыслом 3a, толкаемым и направляемым кулачком 2a, подвижной опоры 4 в гильзу 5а и только потом перемещение клапана 1b в направлении открытого положения, если пространство, доступное опоре 4 для движения, уже полностью использовано, и опора упирается в стержень 3b, выступающий в роли стопора. В соответствии с Фиг. 2 клапан 1b открыт, но имеет уменьшенный ход подъема.

В отличие от положения ведущего вала 7 с Фиг. 2, в клапанном механизме 1 с Фиг. 3 ведущий вал 7 повернут против часовой стрелки так, что опора 4 упирается в стержень 3b, т.е. опора 4 не имеет больше пространства для перемещения. Таким образом, обеспечивается опора коромысла 3a, толкаемого и направляемого кулачком 2a, на опору 4 и перемещение клапана 1b в направлении открытого положения после того, как распределительный вал 2 войдет в контакт с коромыслом 3a. Как показано на Фиг. 3, клапан 1b открыт с максимальным ходом подъема.

Перечень ссылочных позиций

1 регулируемый клапанный механизм

1a исполнительный механизм клапана

1b клапан

1c пружина клапана

1d винтовая пружина

1e подъемный клапан

2 распределительный вал

2a кулачок

3 следящий элемент кулачка

3a коромысло клапана

3a один конец коромысла клапана, со стороны опоры

3a другой, противоположный конец коромысла клапана, со стороны клапана

3b ролик

4 подвижная опора

5 направляющая

5a гильза

5a открытый конец гильзы

5a закрытый конец гильзы

5b стержень

6 пружина

6a винтовая пружина

7 ведущий вал

7a кулачковый управляющий элемент

1. Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым клапанным механизмом (1), включающим в себя по крайней мере один клапан (1b) и исполнительный механизм (1а) клапана для активации по крайней мере одного клапана (1b), включающий в себя по крайней мере один распределительный вал (2) с по крайней мере одним кулачком (2а), клапанную пружину (1c) и по крайней мере один следящий элемент кулачка в виде коромысла (3а), которое одним концом (3а) опирается на опору (4), а другим концом (3а) соединено с по крайней мере одним клапаном (1b) так, что когда распределительный вал (2) вращается, клапан (1b) благодаря отклонению коромысла (3а) смещается кулачком (2а) против усилия предварительного натяжения клапанной пружины (1с) в направлении открытого положения клапана, причем опора (4) коромысла (3а) выполнена подвижной, за счет чего кинематика исполнительного механизма (1а) клапана и, следовательно, ход подъема клапана (1b) могут быть изменены.

2. Двигатель по п. 1, в котором подвижная опора (4) расположена в направляющей с возможностью линейного перемещения и соединена с пружиной (6), опирающейся на направляющую (5) и толкающую опору (4) в направлении коромысла (3а), а также в котором предусмотрен ведущий вал (7) с по крайней мере одним кулачковым управляющим элементом (7а), который контактирует с направляющей (5) и выполнен с возможностью при повороте ведущего вала (7) смещать направляющую (5) против силы натяжения пружины (6) в направлении коромысла (3а) и таким образом уменьшать доступное пространство для перемещения опоры (4).

3. Двигатель по п. 2, в котором направляющая (5) выполнена в виде стакана толкателя и представляет собой гильзу (5а), закрытую на одном конце (5а) и открытую на другом конце (5а).

4. Двигатель по п. 3, в котором гильза (5а) расположена в силовом потоке между ведущим валом (7) и опорой (4), причем закрытый конец (5а) расположен со стороны ведущего вала (7), а открытый конец (5а) расположен со стороны опоры (4).

5. Двигатель по п. 4, в котором подвижная опора (4) входит внутрь гильзы (5а) через ее открытый конец (5а), при этом пружина (6) опирается на опору (4) и на закрытый конец (5а) гильзы (5а).

6. Двигатель по любому из пп. 2-5, в котором пружина (6) представляет собой винтовую пружину (6а).

7. Двигатель по п. 6, в котором на закрытом конце (5а) гильзы (5а) предусмотрен стержень (5b), входящий в пружину (6а).

8. Двигатель по п. 7, в котором стержень (5b) длиннее винтовой пружины (6а) в сжатом состоянии.

9. Двигатель по одному из пп. 2-5, в котором пружина (6) направляющей (5) по крайней мере одной подвижной опоры (4) и пружина (1с) соответствующего клапана (1b) согласованы друг с другом таким образом, что при вращении распределительного вала (2) пружина (6) оказывает меньшее сопротивление отклонению коромысла (3а), чем пружина (1с).

10. Двигатель по п. 1, в котором по крайней мере одно коромысло (3а) имеет ролик (3b), расположенный между концами (3а, 3а) коромысла (3а) с возможностью вращения и при вращении распределительного вала (2), периодически соединяется с кулачком (2а).

11. Двигатель по п. 1, в котором по крайней мере один клапан (1b) представляет собой подъемный клапан (1е).

12. Двигатель по п. 1, в котором пружина (1с) для по крайней мере одного клапана (1b) представляет собой винтовую пружину (1d).

13. Двигатель по п. 2, в котором клапан (1b), соответствующий подвижной опоре (4), выполнен с возможностью деактивации при повороте ведущего вала (7) таким образом, что предотвращается активация и перемещение клапана (1b) коромыслом клапана.

14. Двигатель по п. 2, который выполнен с возможностью регулировать ход подъема клапана (1b), соответствующего подвижной опоре (4), с помощью поворота ведущего вала (7).

15. Двигатель по п. 1, который имеет по крайней мере два клапана (1b) для отверстий различных цилиндров, отличающийся тем, что опора (4) коромысла клапана (3а) по крайней мере одного клапана (1b) выполнена подвижной, а опора (4) коромысла клапана (3а) по крайней мере одного другого клапана (1b) выполнена неподвижной.

16. Двигатель по п. 2, который имеет по крайней мере два клапана (1b) для отверстий различных цилиндров, в котором ведущий вал (7) имеет по крайней мере два управляющих элемента (7а) для по крайней мере двух клапанов (1b), при этом эти управляющие элементы (7а) имеют различную конструкцию таким образом, чтобы по крайней мере один управляющий элемент (7а) был выполнен в виде кулачка для перемещения соответствующей направляющей (5) в результате поворота ведущего вала (7), а другой управляющий элемент (7а) имел такую форму, которая при повороте ведущего вала (7) не вызывает перемещения соответствующей направляющей (5).