Способ определения состояния двигателя и система детектирования профиля кулачка

Способ определения состояния двигателя и система детектирования профиля кулачка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к двигателям для транспортных средств, в частности к системам детектирования профиля кулачка. Уровень техники

В двигателях могут быть использованы системы переключения профиля кулачков для регулировки высоты подъема и времени открывания тарельчатых клапанов цилиндров. Путем регулировки высоты подъема и времени открывания клапанов можно адаптировать работу клапанов к условиям работы двигателя таким образом, чтобы улучшить характеристики двигателя и увеличить его эффективность. Например, уменьшенный подъем и более короткое время открытия клапанов могут быть применены при низкой частоте вращения и небольшой нагрузке двигателя. С другой стороны, более высокий подъем и большее время открытия клапанов могут быть применены при высокой частоте вращения и большой нагрузке двигателя. Кроме того, для деактивации выбранных цилиндров двигателя в условиях низкой потребности в приводной мощности для повышения эффективности работы задействованных цилиндров двигателя могут быть применены системы переключения профиля кулачков.

В патенте США 7,404,383 описан пример системы переключения кулачков, в которой двигатель имеет распределительный вал с несколькими наружными муфтами, имеющими кулачки, при этом муфты имеют шлицевое соединение с центральным распределительным валом. Путем зацепления штифта во втулке с канавками каждой муфты, можно отрегулировать осевое положение муфты таким образом, чтобы другой рабочий выступ кулачка вошел в контакт с роликовым пальцем-толкателем (RFF), управляющим тарельчатым клапаном. Однако может возникнуть такая ситуация, что при подаче команды на вхождение штифта в канавку он фактически в канавку не входит, и переключения профиля кулачков не происходит. Например, если при подаче электрического тока на электромагнит удлинения штифта не происходит, то переключения профиля кулачков с первого на второй может не произойти. Следовательно, если система управления двигателем регулирует количество топлива в соответствии с предполагаемым задействованным профилем кулачков, то крутящий момент двигателя и воздушно-топливное соотношение могут ухудшиться. Раскрытие изобретения

Для решения возможных проблем, связанных с управлением механизмом переключения профиля кулачков, предлагается способ определения состояния двигателя, в котором направляют команду на осевое перемещение кулачковой муфты, обеспечивают подачу сигнала, указывающего на наличие или отсутствие осевого перемещения кулачковой муфты и реагирующего на вращение элемента кулачковой муфты, после чего регулируют исполнительный механизм двигателя с соответствии с данным сигналом.

Путем определения осевого перемещения кулачковой муфты посредством вращения элемента кулачковой муфты можно определить, какой именно из нескольких профилей кулачков задействован в данный момент. Например, датчик профиля кулачков, считывающий угловую скорость, может иметь фиксированное положение, в котором он может определять угловую скорость одного или нескольких элементов кулачковой муфты, что может указывать на осевое положение кулачковой муфты. Первый вращающийся элемент кулачковой муфты может указывать на то, что в данный момент активен первый профиль кулачков, а второй вращающийся элемент кулачковой муфты может указывать на то, что активен второй профиль кулачков. Таким образом, задействованный профиль кулачков может быть определен, и механизмы передачи крутящего момента двигателя могут быть отрегулированы требуемым образом.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание предназначено для упрощенного изложения основных концепций, которые будут детально описаны далее. Не подразумевается идентификация ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем которых определяется формулой изобретения, основанной на описании изобретения. Более того, заявленное изобретение не ограничено конкретными вариантами, которые решают некоторые из проблем, описанных выше или в какой-либо другой части данного описания.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 приведена схема одного цилиндра примера системы двигателя;

На Фиг.2 и 3 показаны два различных рабочих положения для примера системы переключения профиля кулачков;

На Фиг.4 и 5 представлен пример выходного сигнала датчика профиля кулачков относительно выходного сигнала датчика положения кулачков и выходного сигнала датчика положения коленчатого вала;

На Фиг.6 и 7 показан пример положения кулачковой муфты относительно цилиндров двигателя;

На Фиг.8 показан пример способа управления и определения того, какой именно из нескольких профилей кулачков задействован. Осуществление изобретения

Следующее описание относится к системам и способам работы системы переключения профилей кулачков в двигателе, применяемой для регулировки высоты подъема газообменных клапанов двигателя, например, двигателя с Фиг.1. Как показано на Фиг.2 и 3, двигатель может включать в себя распределительный вал с несколькими наружными муфтами, имеющими выступы, которые с помощью шлицов соединены с центральным распределительным валом. Путем зацепления штифта во втулке с канавками в каждой муфте, осевое положение муфты может быть изменено таким образом, чтобы другой рабочий выступ кулачка вошел в контакт с толкателем тарельчатого клапана цилиндра, скользящим пальцем-толкателем или смонтированном на валу толкателем. Задействованные профили кулачков могут быть определены с помощью выходных сигналов датчика, как показано на Фиг.4 и 5. Фиг.6 и 7 представляют собой вид сверху нескольких кулачковых муфт, установленных на распределительном валу, при этом кулачковые муфты включают в себя различные профили кулачков для изменения параметров работы двигателя. Способ задействования и подтверждения задействования различных профилей кулачков описан со ссылкой на Фиг.8.

На Фиг.1 представлено схематическое изображение камеры сгорания или цилиндра двигателя 10, Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 130 транспортного средства с помощью устройства 132 ввода данных. В данном примере устройство 132 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, который генерирует пропорциональный сигнал положения педали PP. Цилиндр (например, камера сгорания) 14 двигателя 10 может иметь стенки 136 с расположенным в них поршнем 138. Поршень может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 140 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.

В цилиндр 14 воздух поступает из впускных каналов 142, 144 и 146, которые могут представлять собой каналы для впускного воздуха. Впускной канал 146 может сообщаться, помимо цилиндра 14, с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах один или более впускных каналов могут включать в себя такое устройство наддува, как турбокомпрессор или воздушный нагнетатель. Например, на Фиг.1 показан двигатель 10, снабженный турбокомпрессором, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144 и газовой турбиной 176, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может, по меньшей мере частично, приводиться в действие газовой турбиной 176 через вал 180, где устройство наддува представляет собой турбокомпрессор. Однако в других примерах, где двигатель 10 снабжен воздушным нагнетателем, газовую турбину 176 можно по выбору не использовать, и компрессор 174 может приводиться в действие механическим входящим сигналом от мотора или двигателя. Вдоль впускного канала двигателя может быть предусмотрен дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164 и предназначенный для варьирования интенсивности подачи топлива и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть размещен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на Фиг.1, или, альтернативно, он может быть установлен выше по потоку от компрессора 174.

Выпускной канал 148 может получать выхлопные газы помимо цилиндра 14 от других цилиндров двигателя 10. Датчик 128 выхлопных газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопа, хотя в других примерах он может быть расположен ниже по потоку от устройства 178. Датчиком 128 может быть любой датчик, пригодный для обеспечения индикации соотношения воздух/топливо в выхлопных газах, например линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), бистабильный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (нагреваемый датчик кислорода), датчик NOx, НС или СО, например. Устройство 178 снижения токсичности выхлопа может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, или различные другие устройства для снижения токсичности выхлопа или их комбинации.

Температура выхлопных газов может быть измерена с помощью одного или нескольких датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы температура выхлопных газов может быть получена на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, воздушно-топливное соотношение (AFR), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может быть вычислена с помощью одного или нескольких датчиков 128 выхлопных газов. Следует понимать, что в качестве альтернативы температура выхлопных газов может быть определена с помощью сочетания описанных способов.

Каждый цилиндр двигателя 10 может иметь один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан на чертеже, содержащий по меньшей мере один впускной клапан 150 (например, впускной тарельчатый клапан) и по меньшей мере один выпускной клапан 156 (например, выпускной тарельчатый клапан), расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Контроллер 12 может управлять впускным клапаном 150 с помощью исполнительного механизма 151. Аналогично, контроллер 12 может управлять выпускным клапаном 156 с помощью исполнительного механизма 153. Каждая из кулачковых приводных систем 151 и 153 может содержать один или несколько кулачков, а также использовать одну или более систем переключения профиля кулачков (CPS), систему управления фазами газораспределения (VCT) и/или систему регулируемой высоты подъема клапана (VVL), которыми может управлять контроллер 12 для изменения работы клапана. Работа впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определена с помощью датчиков положения клапанов (не показаны) и/или датчиков 155 и 157 положения распределительного вала соответственно.

Цилиндр 14 может характеризоваться коэффициентом сжатия, который представляет собой объемное соотношение, когда поршень 138 находится между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно коэффициент сжатия составляет от 9:1 до 12:1. Однако в некоторых примерах при использовании различных видов топлива коэффициент сжатия может быть увеличен. Такое может случиться, например, при применении высокооктанового топлива или топлива с более высокой потенциальной энтальпией парообразования. Коэффициент сжатия также может быть увеличен, если использован непосредственный впрыск, оказывающий влияние на детонацию двигателя.

В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу зажигания 192 для воспламенения горючей смеси. Система 190 зажигания может обеспечить искру зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи зажигания 192 в ответ на сигнал опережения зажигания SA от контроллера 12 после выбора режимов работы. Однако в некоторых вариантах можно не использовать свечи зажигания 192, например, когда двигатель 10 может воспламенять смесь при помощи автоматического зажигания или впрыскивания топлива, например при использовании некоторых дизельных двигателей.

В некоторых вариантах каждый цилиндр 10 может быть снабжен одной или несколькими форсунками для обеспечения подачи в него топлива или других жидкостей. В качестве неограничивающего примера показанный цилиндр 14 содержит одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для непосредственного впрыскивания в него топлива пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемое прямое впрыскивание (здесь и далее обозначено DI) топлива в камеру сгорания цилиндра 14. В то время как форсунка 166 показана на Фиг.1 как боковая форсунка, но она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшить перемешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе за счет более низкой испаряемости некоторых видов спиртовых топлив. Альтернативно, форсунка может быть расположена сверху и рядом с впускным клапаном, для улучшения дальнейшего перемешивания. Топливо может доставляться к топливной форсунке 166 от топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, насосы для подачи горючего и топливную рампу. Альтернативно, топливо может быть доставлено с помощью одноступенчатого топливного насоса под низким давлением, в таком случае регулирование моментов прямого впрыска топлива может быть более ограниченным во время такта сжатия, нежели чем при использовании топливной системы с высоким давлением. Топливный бак также может иметь датчик давления (не показан), подающий сигнал контроллеру 12.

Следует понимать, что в другом варианте форсунка 166 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал, осуществляющую подачу топлива во впускной канал выше по потоку относительно цилиндра 14. Кроме того, несмотря на то, что в данном примере топливо впрыскивается в цилиндр с помощью одиночной форсунки, в качестве альтернативы двигатель может работать за счет впрыска топлива через несколько форсунок, например, одной форсунки прямого впрыска и одной форсунки впрыска во впускной канал. В данной конфигурации контроллер может изменять относительное количество топлива, впрыскиваемого каждой форсункой.

Топливо может поставляться цилиндру из обеих форсунок в процессе одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, поступающего из каждой форсунки, могут быть различными при разных режимах работы, таких как нагрузка и/или детонация двигателя, как описано далее. Кроме того, для выполнения одного цикла сгорания в течение одного цикла может быть выполнено несколько впрысков топлива. Несколько впрысков топлива могут быть выполнены во время такта сжатия, такта впуска или соответствующей комбинации вышеуказанного. Следует понимать, что конфигурации головки и способы, изложенные в данном описании, могут быть реализованы в двигателях с любыми соответствующими механизмами или системами подачи топлива, например, карбюраторных двигателях или других двигателях с другими системами подачи топлива.

Контроллер 12 включает в себя постоянное запоминающее устройство 110 (ROM), центральный процессорный блок 106 (CPU), оперативное запоминающее устройство 112 (RAM), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (KAM), порты ввода/вывода 108 (I/O). Контроллер 12 может хранить в постоянной памяти исполняемые инструкции для выполнения процедур, изложенных в данном описании. Контроллер 12 также получает входные сигналы от различных вышеупомянутых датчиков, а также датчика 120 положения коленчатого вала и датчика 116 температуры двигателя. Датчик 116 температуры соединен с рубашкой 116 охлаждения. Контроллер 12 также принимает входные сигналы от датчика 124 давления во впускном коллекторе и датчика 122 температуры впускного воздуха.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска обычно выпускной клапан 156 закрывается, а впускной клапан 150 открывается. Воздух поступает в камеру сгорания 14 через впускной коллектор 146, а поршень 138 двигается по направлению к дну цилиндра так, чтобы увеличить объем внутри камеры сгорания 14. Положение, в котором поршень 138 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (т.е. когда камера сгорания 14 имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (HMT). Во время хода сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 138 двигается по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри камеры сгорания 14. Точка, в которой поршень 138 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда камера сгорания имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (BMT). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных способов зажигания, таких как свеча 192 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно к HMT. Коленчатый вал 140 превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время хода выпуска, выпускной клапан 156 открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор 148, а поршень возвращается к BMT. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера, и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты.

Как сказано выше, на Фиг.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Фактически, каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя свой собственный набор впускного/выпускного клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.

На Фиг.2 показан пример системы 200 переключения профилей кулачков, которая может быть использован в системах 151 и 153 кулачкового привода двигателя 10, изображенного на Фиг.1. Система 200 переключения профилей кулачков регулирует высоту подъема и/или время открывания газообменного клапана 202 в зависимости от условий работы двигателя. Распределительный вал 206 расположен над головкой 208 цилиндра ряда цилиндров двигателя. Клапан 202 может представлять собой впускной клапан или выпускной клапан, предназначенный для открывания и закрывания впускного канала или выпускного канала в цилиндре, например, в цилиндре 14 с Фиг.1. Например, клапан 202 может перемещаться между открытым положением, обеспечивающим поступление газа в цилиндр или из него, и закрытым положением, практически полностью блокирующим поступление газа в цилиндр или из него. Следует понимать, что, несмотря на то, что на Фиг.2 показан только один клапан, двигатель 10 с Фиг.1 может включать в себя любое количество клапанов цилиндра. Например, двигатель 10 с Фиг.1 может включать в себя любое количество цилиндров с подсоединенными к ним клапанами, и могут быть применены различные конфигурации цилиндров и клапанов, например, V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитные четырехцилиндровые двигатели и другие типы двигателей.

Одна или несколько опор кулачков или участков крепления распределительного вала могут быть соединены с головкой 208 цилиндра для обеспечения опоры распределительного вала 206. Например, на Фиг.2 кулачковая опора 216 соединена с головкой 208 цилиндра рядом с клапаном 202. Несмотря на то, что на Фиг.2 кулачковая опора показана соединенной с головкой цилиндра, в других примерах кулачковые опоры могут быть соединены с другими компонентами двигателя, например, кронштейном распределительного вала или корпусом кулачка. Опоры кулачков могут поддерживать верхние распределительные валы и могут разделять подъемные механизмы, расположенные на распределительных валах над каждым цилиндром.

Клапан 202 может работать в различных режимах высоты подъема и времени открытия, например, высокий подъем, низкий или частичный подъем, короткое время открытия, долгое время открытия и нулевой подъем. Например, как более подробно изложено ниже, путем регулировки кулачковых механизмов цилиндра клапаны на одном или нескольких цилиндрах, например, клапан 202, могут быть переведены в различные режимы высоты подъема в зависимости от условий работы двигателя.

Распределительный вал 206, который может представлять собой распределительный вал привода впускных клапанов или распределительный вал привода выпускных клапанов, может включать в себя несколько кулачков, предназначенных для управления открыванием и закрыванием впускных клапанов. Например, на Фиг.2 показан первый рабочий выступ 212 кулачка и второй рабочий выступ 214 кулачка, расположенные над клапаном 202. Рабочие выступы кулачка могут иметь различные формы и размеры для образования профилей подъема, применяемых для регулировки высоты и времени подъема клапана 202 при вращении распределительного вала 206. Например, кулачок 212 может представлять собой рабочий выступ, обеспечивающий полный подъем, а кулачок 214 может представлять собой рабочий выступ, обеспечивающий частичный или низкий подъем. Несмотря на то что на Фиг.2 показаны два профиля подъема, связанных с первым кулачком 212 и вторым кулачком 214, следует понимать, что может быть использовано любое количество кулачков профиля подъема, например, три различных рабочих выступа кулачка. Например, распределительный вал 206 может дополнительно включать в себя кулачок нулевого подъема, применяемый для деактивации клапана 202 при определенных рабочих условиях двигателя.

Клапан 202 включает в себя механизм 218, соединенный с распределительным валом над клапаном, для регулировки высоты подъема данного клапана и/или для деактивации данного клапана путем изменения положения рабочих выступов кулачков на распределительном валу относительно клапана 202. Например, рабочие выступы 212 и 214 кулачка могут иметь скользящее соединение с распределительным валом таким образом, что они могут перемещаться по распределительному валу в осевом направлении на каждом цилиндре. Несколько рабочих выступов кулачков, например, рабочие выступы 212 и 214 кулачка, расположенные над каждым клапаном цилиндра, например, над клапаном 202, могут быть перемещены поперек распределительного вала в направлениях, обозначенных стрелкой 245, чтобы изменить профиль кулачка, соединенного с толкателем клапана, например, с толкателем 220, соединенным с клапаном 202, с целью изменения времени открытия и закрытия клапана, а также высоты подъема клапана. Кулачковый толкатель 220 клапана может представлять собой роликовый палец-толкатель (RFF) 222, который зацепляется за рабочий выступ кулачка, расположенный над клапаном 202. Например, на Фиг.2 показан RFF 222, сцепленный с рабочим выступом 212 кулачка, обеспечивающим полный подъем.

Дополнительные компоненты толкателя, не показанные на Фиг.2, могут также включать в себя штоки толкателя, коромысла, пальцы и т.д. Данные устройства и компоненты могут управлять работой впускных и выпускных клапанов путем преобразования вращательного движения кулачков в поступательное движение клапанов. В других примерах клапаны могут управляться с помощью дополнительных профилей рабочих выступов кулачков на распределительных валах, при этом профили рабочих выступов кулачков между различными клапанами могут обеспечивать различную высоту подъема кулачка, время задействования кулачка и/или установку моментов активации кулачка. Однако при необходимости могут быть применены другие конструкции распределительного вала (верхний распределительный вал и/или распределительный вал со штоками толкателей). Кроме того, в некоторых вариантах каждый цилиндр может иметь только по одному выпускному клапану и/или впускному клапану или несколько впускных и/или выпускных клапанов. При этом в других вариантах выпускные клапаны и впускные клапаны могут быть приведены в действие с помощью общего распределительного вала. При этом в альтернативном варианте по крайней мере один впускной и/или выпускной клапан может быть приведен в действие с помощью собственного независимого распределительного вала или другого устройства.

Наружная муфта 224 может быть соединена с рабочими выступами 212 и 214 кулачка и иметь шлицевое соединение с распределительным валом 206. Наружная муфта 224 может также включать в себя первый индикатор 260 профиля кулачков и второй индикатор 261 профиля кулачков. Как первый, так и второй индикаторы профиля кулачков могут иметь выступающие части (например, зубцы или выступы) или выемки для определения задействованного профиля кулачков. Количество индикаторов профилей кулачков может быть равно количеству профилей кулачков. Первый индикатор 260 профиля кулачков вращается вместе с наружной муфтой 224 и распределительным валом 206. Аналогичным образом второй индикатор 261 профиля кулачков вращается вместе с наружной муфтой 224 и распределительным валом 206. Первый индикатор 260 профиля кулачков имеет отличный от второго профиля 261 кулачков профиль или форму по отношению к положению коленчатого вала и/или положению распределительного вала. Датчик 285 профиля распределительного вала, измеряющий угловую скорость, отправляет выходной сигнал, который указывает на положение первого индикатора 260 профиля кулачков или второго индикатора 261 профиля кулачков в зависимости от положения муфты 224. Если муфта 224 находится в первом положении, активируя первый рабочий выступ 212 кулачка, то датчик 285 профиля распределительного вала, измеряющий угловую скорость, отправляет выходной сигнал, указывающий на положение первого индикатора 260 профиля кулачков при вращении распределительного вала 206. Положение распределительного вала относительно коленчатого вала двигателя определено посредством датчика 295 положения распределительного вала, измеряющего угловую скорость, и индикатором 290 положения распределительного вала.

Распределительный вал может быть соединен с фазовращателем кулачка, который применяют для изменения установки фаз клапанного распределения относительно положения коленчатого вала. Путем зацепления штифта, например, одного из штифтов 230 и 232, за втулку с канавками в наружной муфте, осевое положение муфты может быть изменено таким образом, чтобы другой рабочий выступ кулачка зацепился за толкатель кулачка, соединенный с клапаном 202, чтобы изменить высоту подъема клапана. Например, муфта 224 может иметь одну или несколько смещающих канавок, например, канавок 226 и 228, которые расходятся в сторону внешней окружности муфты. Смещающие канавки могут быть проходить по спирали вокруг внешней муфты и в некоторых вариантах могут образовывать вилкообразную или клиновидную канавку на внешней муфте, при этом вилкообразная или клиновидная канавка предназначена для зацепления с двумя различными штифтами исполнительного механизма, например, первым штифтом 230 и вторым штифтом 232, в различные моменты времени, чтобы перемещать наружную муфту с целью изменения профиля высоты подъема клапана 202. На Фиг.2 муфта 224 показана в первом положении, а на Фиг.3 муфта 224 показана во втором положении. При переключении профилей муфта 224 перемещается к шлицевому соединению 225 в осевом направлении. Кроме того, глубина каждой канавки в муфте 224 может постепенно уменьшаться по длине канавки таким образом, чтобы после перемещения штифта в канавку из исходного положения, он может быть возвращен в исходное положение путем уменьшения глубины канавки при вращении муфты и распределительного вала.

Например, как показано на Фиг.2, при выходе первого штифта 230 в канавку 226 наружная муфта 224 будет смещена по направлению к опоре 216 кулачка, тогда как распределительный вал 206 вращается таким образом, чтобы расположить рабочий выступ 212 кулачка над клапаном 202 и изменить профиль подъема. Для обратного переключения рабочего выступа 214 кулачка, второй штифт 232 может быть выпущен в канавку 228, которая сдвинет наружную муфту 224 от опоры 216 кулачка таким образом, чтобы установить рабочий выступ 214 кулачка над клапаном 202. В некоторых вариантах с распределительным валом 206 могут иметь шлицевое соединение несколько внешних муфт с выступами кулачков. Например, наружные муфты могут быть соединены с рабочими выступами кулачков над каждым клапаном в двигателе 10 или определенным количеством рабочих выступов над клапанами.

Штифты 230 и 232 исполнительного механизма являются частью исполнительного механизма 234 переключения профилей кулачков, который регулирует положения штифтов 230 и 232 так, чтобы переключать профили кулачков, расположенных над клапаном 202. Исполнительный механизм 234 переключения рабочих выступов кулачков включает в себя запускающий механизм 236, который может иметь гидропривод, либо электропривод, либо сочетание указанных типов приводов. Запускающий механизм 236 изменяет положения штифтов для изменения профилей подъема клапана. Например, запускающий механизм 236 может представлять собой катушку, соединенную с обоими штифтами 230 и 232 таким образом, что при возбуждении катушки, например, при подаче на нее электрического тока от системы управления, на оба штифта может быть приложена сила, обеспечивая выход обоих штифтов к муфте.

На Фиг.3 показана та же система 200 переключения профилей кулачков, которая изображена на Фиг.2. Аналогичные компоненты системы 200 имеют такие же ссылочные позиции. Однако на Фиг.3 показана кулачковая муфта 224 во втором положении, заданном с помощью перемещения штифта 232. Если муфта 224 находится во втором положении, активируя второй рабочий выступ 212 кулачка, как показано на Фиг.3, то датчик 285 профиля распределительного вала, измеряющий угловую скорость, отправляет выходной сигнал, указывающий на положение второго индикатора 261 профиля кулачков при вращении распределительного вала 206. Таким образом, за счет регулировки осевого положения муфты 224 датчик 285 профиля распределительного вала, измеряющий угловую скорость, может получать данные о различных профилях различных вращающихся индикаторов 260 и 261 профилей кулачков. Датчик 285 профиля распределительного вала посылает различные выходные сигналы в зависимости от того, измеряет ли он вращение первого индикатора 260 профиля кулачков или второго индикатора 261 профиля кулачков.

Таким образом, система с Фиг.1-3 представляет собой систему определения профиля кулачков, включающую в себя: исполнительный механизм для передачи крутящего момента двигателя, распределительный вал, включающий в себя перемещаемую в осевом направлении муфту; первый штифт и второй штифт, выборочно задействуемые исполнительным механизмом; датчик положения распределительного вала, измеряющий угловую скорость; датчик профиля распределительного вала, измеряющий угловую скорость; и контроллер, содержащий исполняемые инструкции, сохраненные в постоянной памяти, для регулировки механизма передачи крутящего момента двигателя в зависимости от положения перемещаемой в осевом направлении муфты, определенного датчиком профиля распределительного вала, измеряющим угловую скорость. Система определения профиля кулачка также включает в себя дополнительные команды для выполнения сравнения выходного сигнала от датчика профиля распределительного вала, измеряющего угловую скорость, с выходным сигналом от датчика положения распределительного вала, измеряющего угловую скорость. Система определения профиля кулачков также включает в себя датчик коленчатого вала и дополнительные инструкции для сравнения выходного сигнала от датчика профиля распределительного вала, измеряющего угловую скорость, с выходным сигналом от датчика положения распределительного вала. В некоторых вариантах исполнительный механизм для передачи крутящего момента двигателя представляет собой топливную форсунку. Перемещаемая в осевом направлении муфта может иметь канавку, в которую могут быть вставлены первый и второй штифты.

На Фиг.4 представлен пример выходных сигналов датчика профиля кулачков относительно выходных сигналов датчика положения кулачка и выходных сигналов датчика положения коленчатого вала. Выходные сигналы датчиков профиля кулачков, положения кулачков и положения коленчатого вала могут быть предназначены для системы с Фиг.1-3. Следует также заметить, что для каждого из представленных датчиков может быть получено больше или меньше импульсов без отклонения от сущности и объема данного изобретения. Кроме того, длительности импульсов приведены исключительно в целях наглядности и не предназначены для ограничения объема данного описания.

Первый график сверху на Фиг.4 представляет собой пример выходного сигнала датчика положения кулачка при вращении двигателя во время повторяющегося цикла (например, поворот коленчатого вала на 720 градусов). Датчик положения кулачка генерирует два импульса, начиная с нулевого угла коленчатого вала, после чего генерирует еще два импульса, затем еще три импульса, после этого последовательность импульсов будет повторена во время второго цикла двигателя.

Второй график сверху на Фиг.4 представляет собой пример выходного сигнала датчика положения коленчатого вала при вращении двигателя. Выходной сигнал датчика коленчатого вала будет повторяться при каждом обороте двигателя (например, при повороте коленчатого вала на 360 градусов). При нулевом угле коленчатого вала зубец не касается диска индикатора коленчатого вала, что приводит к отсутствию импульса.

Третий график сверху на Фиг.4 представляет собой возможный выходной сигнал датчика профиля кулачков, измеряющего угловую скорость первого индикатора профиля кулачков (например, позиция 260 с Фиг.2 и 3), когда кулачковая муфта находится в первом положении (например, муфта 224 с Фиг.2), при котором используется первый рабочий выступ кулачков (например, позиция 212 с Фиг.2).

В момент времени T₁ двигатель находится в положении, соответствующему нулю градусов, датчик положения кулачков генерирует первый импульс в ответ на положение зубца распределительного вала. Уровень сигнала датчика положения коленчатого вала остается низким, так как зубец не касается диска индикатора положения коленчатого вала. Уровень выходного сигнала датчика профиля кулачков остается низким.

Между моментом времени T₁ и моментом времени T₂ датчик положения кулачков генерирует два дополнительных импульса, расстояние между которыми соответствует углу поворота коленчатого вала. Кроме того, датчик положения коленчатого вала выдает импульс для каждого зубца диска индикатора положения коленчатого вала.

В момент времени T₂ перед завершением полного оборота двигателя датчик профиля кулачков начинает выдачу импульса в зависимости от положения зубца первого индикатора профиля кулачков. Индикатор профиля кулачков вращается вместе с распределительным валом и может соединяться с рабочими выступами кулачков. Датчик положения кулачков также начинает подачу четвертого импульса с момента времени T₁. Коленчатый вал также предоставляет выходной импульс. Видно, что импульс от датчика профиля кулачков имеет место одновременно с подачей особых импульсов от датчика положения кулачков и датчика коленчатого вала. Например, датчик профиля кулачков начинает подачу импульса одновременно с подачей четвертого импульса от датчика положения кулачков (например, второго импульса из группы двух импульсов). Аналогичным образом датчик профиля кулачков начинает выдачу импульса во время 21-ого импульса, отсчитываемого с момента первого выходного импульса об отсутствии зубца, подаваемого датчиком положения коленчатого вала. Таким образом, на основании тактирования импульса датч