устройство привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее основной кулачковый вал (1), первый установленный без возможности проворота и с возможностью аксиального смещения на основном кулачковом вале (1) кулачковый элемент (6), второй установленный без возможности проворота и с возможностью аксиального смещения на основном кулачковом вале (1) кулачковый элемент и сенсорный блок (7), причем первый кулачковый элемент (6) содержит первую шестерню (9) импульсного сенсора, а второй кулачковый элемент (11) содержит вторую шестерню (10) импульсного сенсора, и причем на основном кулачковом вале (1) расположена третья установленная без возможности проворота и с аксиальной фиксацией шестерня (8) импульсного сенсора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что как первая и вторая шестерни (9, 10) содержит каждая на периферии зубцы, так и третья шестерня (8) содержит зубцы на периферии.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первая и вторая шестерни (9, 10) выполнены с возможностью аксиального смещения таким образом, что их зубцы могут вдвигаться в пространство между зубьями третьей шестерни (8).

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что количество зубцов первой шестерни (9) и количество зубцов второй шестерни (10) отличаются.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что расстояния между соответствующими зубцами третьей шестерни (8) не одинаковы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сенсорный блок (7) предназначен для определения осевого положения соответствующих кулачковых элементов (6, 11) и радиального положения основного кулачкового вала (1).

7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сенсорный блок (7) предназначен для определения осевого положения соответствующих кулачковых элементов (6, 11) и радиального положения основного кулачкового вала (1) посредством определения количества и ширины промежутков между зубцами третьей шестерни (8).

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сенсорный блок (7) расположен в центральном положении над третьей шестерней (8).

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сенсорный блок (7) расположен стационарно в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сенсорный блок (7) предназначен для бесконтактного анализа.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания.

Известны устройства привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один первый кулачковый элемент и один второй кулачковый элемент, которые могут аксиально смещаться посредством переключающей кулисы и которые предназначены для осуществления переключаемого привода клапанов, и содержащие сенсорный элемент, который предназначен для определения углового положения и/или положения по фазе по меньшей мере одного кулачкового элемента.

DE 102008036462 A1 раскрывает устройство привода клапанов, содержащее сенсорное устройство для определения положения распределительного кулачкового вала. Сенсорное устройство содержит шестерню импульсного датчика, которая расположена на участке кулисы. Сенсорное устройство регистрирует положение распределительного кулачкового вала при вращении распределительного кулачкового вала.

DE 102009014517 A1 раскрывает привод клапанов для двигателя внутреннего сгорания с системой передвижения кулачка, содержащая шестерню импульсного датчика, причем шестерня импульсного поворота содержит две направляющие шестерни импульсного датчика. Шестерня датчика взаимодействует с датчиком положения, стационарно установленным в головке блока цилиндров. Наружный диаметр угловых сегментов шестерни датчика выбран так, что внутренний торец сенсора движется вдоль внешней цилиндрической окружной поверхности шестерни датчика или угловых сегментов за счет воздушного зазора на незначительном радиальном расстоянии от указанной внешней цилиндрической поверхности так, что сенсор может определять резкие переходы между угловыми сегментами и расположенными между ними промежутками, посредством угловых расстояний, между которых кодированы интервалы времени открытия клапана и закрытия клапана одного из кулачков каждой пары кулачков.

DE 102008049103 A1 раскрывает устройство привода клапанов, содержащее систему передвижения кулачка, в которой выполнено устройство определения положения, содержащее две шестерни импульсных датчиков. Устройство определения положения содержит четыре сенсорных элемента, причем в каждом случае два сенсорных элемента сформированы как сегменты сенсорных шестеренок. Первый и третий сенсорный элемент соединены с первым кулачковым элементом, а второй и четвертый сенсорный элемент соединены со вторым кулачковым элементом. Сенсорные элементы имеют в каждом случае детектирующее положение включения и нейтральное положение включения. В детектирующем положении включения соответствующий сенсорный элемент расположен в детекторной области устройства определения положений. Устройство определения положения предназначено для бесконтактного обнаружения считывающих элементов. При этом сигнал возбуждают в устройстве определения положения посредством сенсорных элементов, причем профиль сигнала зависит от структуры топографии сенсорных элементов. При этом топография различных сенсорных элементов может отличаться одна от другой.

Целью настоящего изобретения является создание улучшенного устройства привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, которое позволяет обнаружить множество параметров.

Цель достигается посредством признаков независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным усовершенствованиям настоящего изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает устройство привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания. Устройство привода клапанов содержит основной кулачковый вал с первым кулачковым элементом, который расположен без возможности проворота и аксиально подвижно на основном кулачковом вале, а также со вторым кулачковым элементом, который расположен без возможности проворота и аксиально подвижно на основном кулачковом вале, и с сенсорным блоком. Первый кулачковый элемент содержит первую шестерню импульсного сенсора, и второй кулачковый элемент содержит вторую шестерню импульсного сенсора. Кроме того, третья шестерня импульсного сенсора, установленная без возможности проворота и аксиально зафиксированная, расположена на основном кулачковом вале. За счет наличия шестерни импульсного сенсора на соответствующих кулачковых элементах при аксиальном перемещении кулачковых элементов также осуществляется аксиальное перемещение шестерней импульсного сенсора, предусмотренных на кулачковых элементах.

Предпочтительно первая и вторая шестерни соответственно содержат на периферии некоторое количество выступов на периферии, и третья шестерня импульсного сенсора содержит множество зубьев на периферии. В результате расположения кулачковых элементов на основном кулачковом вале без возможности проворота и расположения третьей аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале шестерни без возможности проворота положение соответствующих выступов первой и второй шестерней и также зубьев третьей шестерни при вращении кулачкового вала является одинаковым.

В одном преимущественном варианте усовершенствования настоящего изобретения предусмотрено, что первая и вторая шестерни выполнены с возможностью аксиального смещения таким образом, что выступы могут вдвигаться в промежутки между зубцами третьей шестерни. Посредством осевого перемещения соответствующих кулачковых элементов и шестерней, установленных на кулачковых элементах, относительно шестерни, которая аксиально зафиксирована на основном кулачковом вале, аксиальное положение соответствующих кулачковых элементов может определяться за счет соответствующего сенсорного блока.

Предпочтительно предусмотрено, что количество выступов первой шестерни и количество выступов второй шестерни отличается. Таким образом, в случае осевого перемещения первого кулачкового элемента и таким образом шестерни, расположенной на первом кулачковом элементе, в направлении шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, так, что выступ или выступы первой шестерни вдвигаются в промежуток между зубцами третьей шестерни, получается заранее определенное количество промежутков между зубцами шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале. Если, в противоположность этому, осевое перемещение второго кулачкового элемента и таким образом второй шестерни, расположенной на втором кулачковом элементе, в направлении шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, осуществляется так, что выступ или выступы второй шестерни вдвигаются в промежутки между зубцами шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, то, в свою очередь, получается заранее определенное количество промежутков между зубьями шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале. Количество промежутков между зубцами шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, различается соответственно в случае вдвигания первой шестерни, в случае вдвигания второй шестерни, в случае вдвигания обеих шестерней и в случае отсутствия вдвигания обеих шестерней. В результате, за счет варьируемого таким образом количества промежутков между зубцами шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, может определяться аксиальное положение соответствующих кулачковых элементов.

В одном преимущественном варианте изобретения предусмотрено, что расстояния между соответствующими зубцами третьей шестерни неодинаковы. Это позволяет определить радиальное положение основного кулачкового вала, независимо от аксиального положения соответствующих кулачковых элементов, на основе различных расстояний соответствующих зубцов друг от друга или ширины пространства между зубьями третьей шестерни.

Сенсорный блок предпочтительно пригоден для определения аксиального положения соответствующих кулачковых элементов и радиального положения основного кулачкового вала. Только один сенсор требуется для определения указанных различных параметров.

В одном преимущественном варианте изобретения предусмотрено, что сенсорный блок пригоден для определения аксиального положения соответствующих кулачковых элементов и радиального положения основного кулачкового вала посредством определения количества и ширины промежутков между зубцами третьей шестерни.

Преимущественно также предусмотрено, что сенсорный блок расположен в центральном положении над третьей шестерней. В результате аксиальной подвижности шестерни первого кулачкового элемента и шестерни второго кулачкового элемента в сочетании с наличием третьей шестерни, аксиально зафиксированной на основном кулачковом вале, сенсорный блок может быть расположен в центральном положении над третьей шестерней так, что аксиальная подвижность сенсорного блока, соответственно наличие нескольких сенсорных блоков, не требуется.

В одном преимущественном варианте изобретения предусмотрено, что сенсорный блок стационарно расположен в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Также предусмотрено, что сенсорный блок может производить бесконтактный анализ.

Примеры осуществления настоящего изобретения изображены на чертежах и будут описаны более подробно в следующем описании. На чертежах:

фиг.1 - вид в перспективе примера осуществления устройства привода клапанов в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - подетальное изображение устройства привода клапанов согласно фиг.1;

фиг.3 - вид сбоку устройства привода клапанов в соответствии с настоящим изобретением, в первом положении включения;

фиг.4 - вид сбоку устройства привода клапанов в соответствии с настоящим изобретением, во втором положении включения;

фиг.5 - вид сбоку устройства привода клапанов в соответствии с настоящим изобретением, в третьем положении включения; и

фиг.6 - вид сбоку устройства привода клапанов в соответствии с настоящим изобретением, в четвертом положении включения.

На фигурах одни и те же ссылочные позиции применяются для обозначения одинаково или функционально идентичных компонентов.

Устройство привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания согласно фиг.1 содержит основной кулачковый вал 1 с приводом кулачкового вала и со шлицевыми венцами на внешнем диаметре. На основном кулачковом вале 1 расположена первая скользящая часть, соответственно кулачковый элемент 6, вторая скользящая часть, соответственно кулачковый элемент 11, и шестерня 8 импульсного сенсора основного кулачкового вала, которые соответственно содержат шлицевые венцы на внутреннем диаметре. Кроме того, устройство привода клапанов содержит сенсор 7 для определения нескольких параметров и несколько исполнительных органов 2, 3, 4, 5 для осевого перемещения соответствующих кулачковых элементов 6, 11.

Первый кулачковый элемент 6 содержит две кулачковые пары, кулису для осевого перемещения кулачкового элемента 6 и шестерню 9 импульсного сенсора. Две кулачковые пары первого кулачкового элемента 6 расположены на проксимальном конце, смежном с приводом кулачкового вала. Кулиса для осевого перемещения первого кулачкового элемента 6 расположена в центральной области, а шестерня 9 импульсного сенсора расположена на дистальном конце первого кулачкового элемента 6. Шестерня 9 содержит на периферии выступ или зубец, который проходит в осевом направлении первого кулачкового элемента 6.

Шестерня 8 импульсного сенсора основного кулачкового вала расположена смежно с шестерней 9 импульсного сенсора первого кулачкового элемента 6, причем шестерня 8 основного кулачкового вала расположена аксиально зафиксированно.

Шестерня 8 содержит венец с 9 промежутками между зубцами, причем соответствующие зубцы расположены на неодинаковых расстояниях друг от друга и характеризуются различными размерами.

Второй кулачковый элемент 11 содержит шестерню 10 импульсного сенсора, кулису для осевого перемещения второго кулачкового элемента 11 и две кулачковые пары. Вторая шестерня 10 расположена на проксимальном конце смежно с шестерней 8 основного кулачкового вала, кулиса для осевого перемещения второго кулачкового элемента 11 расположена в соседней области второго кулачкового элемента 11, и обе кулачковые пары расположены на дистальном конце второго кулачкового элемента 11. Шестерня 10 содержит на периферии три выступа или зубца, которые проходят в осевом направлении второго кулачкового элемента 11.

Сенсор 7 для определения множества параметров стационарно расположен в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания и в центральном положении над шестерней 8 импульсного сенсора основного кулачкового вала и предназначен для бесконтактного анализа.

Исполнительные органы 2, 3 первого кулачкового элемента 6 и исполнительные органы 4, 5 второго кулачкового элемента 11 расположены в каждом случае вертикально над направляющей кулисой соответствующих кулачковых элементов. Исполнительные органы 2, 3, 4, 5 выполнены каждый с электрическим приводом и содержат выдвигаемый переключающий вывод. Для перемещения кулачковых элементов соответствующая переключающая кулиса содержит кулисную дорожку. Кулисная дорожка выполнена в виде шлицеобразного углубления и образована непосредственно в кулачковых элементах. Кулисная дорожка выполнена S-образной. Для перемещения кулачковых элементов, в зависимости от положения кулисной дорожки, выдвигают один из двух переключающих выводов, который входит в кулисную дорожку. За счет S-образной формы кулисной дорожки во время вращательного движения кулачковых элементов 6, 11 на эти кулачковые элементы 6, 11 действует аксиальное усилие, посредством которого смещаются кулачковые элементы 6, 11.

На фиг.2 приведено подетальное изображение устройства привода клапанов согласно фиг.1. Основной кулачковый вал 1 с приводом кулачкового вала содержит шлицевые венцы на внешнем диаметре. Первый кулачковый элемент 6, шестерня 8 импульсного сенсора основного кулачкового вала 1 и второй кулачковый элемент 11 содержат шлицевые венцы на внутреннем диаметре и вставлены в основной кулачковый вал 1. При этом после сборки шестерня 8 основного кулачкового вала расположена аксиально зафиксированно. Кулачковые элементы 6, 11, расположенные на основном кулачковом вале 1, содержат в каждом случае две кулачковые пары для цилиндров 1-4 (не показано). При этом кулачковые пары содержат по меньшей мере два различных кулачковых профиля, которые могут отличаться в своем контуре и/или подъеме. На кулачковые элементы 6, 11 крепятся шестерни 9, 10, зубцы которых могут входить в промежутки между зубцами шестерни 8 основного кулачкового вала. Посредством шлицевых венцов скользящие части 6, 11 являются аксиально подвижными на основном кулачковом вале 1, но не могут вращаться относительно основного кулачкового вала 1. Сенсор 7 для определения промежутков между зубцами шестерней импульсного сенсора расположен в центральном положении над шестерней 8 основного кулачкового вала.

На фиг.3 представлен вид сбоку устройства привода клапанов, в соответствии с настоящим изобретением, в первом положении включения. Во время работы двигателя кулачковый вал, состоящий из основного кулачкового вала и расположенных на нем кулачковых элементов 6, 11, вращается с половиной скорости вращения коленчатого вала. Кулачковые элементы 6, 11 расположены, как представлено на фиг.3, в исходном положении включения и соответственно первом положении включения и удерживаются в нужном положении посредством фиксирующего устройства. В первом положении включения цилиндры 1-4 не включены. Шестерня 9 первого кулачкового элемента 6 находится в зубчатом зацеплении с шестерней 8 основного кулачкового вала, в то время как шестерня 10 второго кулачкового элемента не находится в зубчатом зацеплении с шестерней 8 основного кулачкового вала. В результате того, что первая шестерня 9 первого кулачкового элемента 6 содержит один зубец, один из промежутков между зубцами шестерни 8 основного кулачкового вала заполнен. Сенсор 7, расположенный над шестерней 8 основного кулачкового вала, таким образом, определяет восемь промежутков между зубцами шестерни 8 основного кулачкового вала. Таким образом, можно определить, что устройство привода клапанов находится в первом положении включения.

На фиг.4 представлен вид сбоку устройства привода клапанов, в соответствии с настоящим изобретением, во втором положении включения. Во втором положении включения устройства привода клапанов цилиндры 1 и 2 включены, цилиндры 3 и 4 не включены. Кулачковый элемент 11 для цилиндров 1 и 2 с этой целью перемещен из первого положения включения во второе положение включения. Приведение в действие кулачковых элементов выполнено посредством электрических исполнительных органов (не изображено), которые закреплены без возможности поворота относительно кулачкового вала. Исполнительные органы, например, закреплены на головке блока цилиндров. Альтернативно исполнительные органы могут также быть закреплены на стойках подшипников или на крышке головки цилиндров. Переключение для цилиндров 1 и 2 из первого положения включения кулачкового элемента 11 во второе положение включения кулачкового элемента 11 осуществляется посредством штифта исполнительного органа, который выдвигается и входит в кулису кулачкового элемента 11, которая жестко соединена с кулачковым элементом 11. Кулиса преобразует вращательное движение кулачкового вала в осевое движение кулачкового элемента 11. В результате того, что во втором положении включения устройства привода клапанов шестерня 9 первого кулачкового элемента 6, а также шестерня 10 второго кулачкового элемента 11 одновременно находятся в зацеплении с шестерней 8 основного кулачкового вала, причем первая шестерня 9 содержит один зубец, а вторая шестерня 10 содержит три зубца, сенсор 7 определяет пять промежутков между зубцами шестерни 8 основного кулачкового вала. Второе положение включения устройства привода клапанов может быть определено таким образом.

На фиг.5 представлен вид сбоку устройства привода клапанов, в соответствии с настоящим изобретением, в третьем положении включения. В третьем положении включения цилиндры 1-4 включены, а кулачковые элементы 6, 11 находятся в своих концевых положениях. При этом первый кулачковый элемент 6 перемещается в осевом направлении таким образом, чтобы шестерня 9 первого кулачкового элемента 6 перемещалась из зацепления с шестерней 8 основного кулачкового вала. Шестерня 10 второго кулачкового элемента 11, которая содержит три зубца, находится, как и ранее, в зацеплении с шестерней 8 основного кулачкового вала. Сенсор 7, таким образом, определяет шесть промежутков между зубцами шестерни 8 основного кулачкового вала. Третье положение включения устройства привода клапанов может быть определено таким образом.

На фиг.6 представлен вид сбоку устройства привода клапанов, в соответствии с настоящим изобретением, в четвертом положении включения. В четвертом положении включения цилиндры 1 и 2 не включены, а цилиндры 3 и 4 включены. Кулачковый элемент 11 для цилиндров 1 и 2, таким образом, перемещается из второго положения включения в первое положение включения кулачкового элемента 11. Согласно первому положению включения кулачкового элемента 11 шестерня 10 второго кулачкового элемента 11 выходит из зацепления с шестерней 8 основного кулачкового вала. В результате того, что, согласно четвертому положению включения устройства привода клапанов, ни шестерня 9 первого кулачкового элемента 6, ни шестерня 10 второго кулачкового элемента 11 не находятся в зацеплении с шестерней 8 основного кулачкового вала, сенсор 7 определяет девять промежутков между зубцами. Четвертое положение включения устройства привода клапанов может быть определено таким образом.

Обратное переключение цилиндров в исходное положение происходит в соответствии с процедурой, описанной выше. Конфигурация шестерней 8, 9, 10 позволяет шестерням 9, 10 кулачковых элементов отводиться за шестерни 8 основного кулачкового вала так, что количество промежутков между зубцами и/или ширина промежутков между зубцами может варьироваться. Количество зубцов, промежутков между зубцами и геометрия размеры зубцов показаны примерно.

Другие комбинации зубцов и промежутков между зубцами различного геометрического выполнения, например относительно ширин и глубин зубца или форм зубца, также являются возможными. Возможные комбинации шестерней импульсного сенсора приводят к различным количествам промежутков между зубцами и их положениями. Они определяются посредством сенсора 7 и анализируются посредством блока управления двигателем. Тем самым обеспечивается надежное определение аксиального положения кулачковых элементов 6, 11 и радиального положения кулачкового вала.

С помощью устройства привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, в соответствии с настоящим изобретением, может быть выполнено, например, целенаправленное отключение двигателя для функции старт/стоп, так, чтобы можно было выполнить быстрый запуск двигателя. Кроме того, посредством сенсора 7 возможно обнаружить не только радиальное положение кулачкового вала, но также и положение кулачковых элементов 6, 11, то есть для определения положения кулачковых элементов 6, 11 не требуются никакие дополнительные сенсоры.

Перечень ссылочных позиций

1 Основной кулачковый вал

2 Исполнительный орган

3 Исполнительный орган

4 Исполнительный орган

5 Исполнительный орган

6 Первый кулачковый элемент

7 Сенсор

8 Шестерня импульсного сенсора основного кулачкового вала

9 Шестерня импульсного сенсора первого кулачкового элемента

10 Шестерня импульсного сенсора второго кулачкового элемента

11 Второй кулачковый элемент