DE102004054366A1

DE102004054366A1 - Stellgliedanordnung für Motorventile

Info

Publication number: DE102004054366A1
Application number: DE102004054366A
Authority: DE
Inventors: Burak A. Rochester Hills Gecim; William R. Sterling Heights Kuziak jun.
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2005-06-23
Also published as: US20050098135A1; US6945204B2

Abstract

Eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor enthält ein bewegliches Motorventil. Die Ventilstellgliedanordnung umfasst auch einen beweglichen Finger für einen Kontakt mit dem Motorventil und einen drehbaren Nocken für einen Kontakt mit dem Finger. Die Ventilstellgliedanordnung enthält ferner eine Fingerabstützanordnung für einen Kontakt mit dem Finger, die einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind axial ausgerichtet und in der gleichen Richtung unabhängig bewegbar, um einen Hub des Motorventils in einem eingeschalteten Modus und einen Totgang des Motorventils in einem abgeschalteten Modus zu schaffen. Im eingeschalteten Modus ist ein Ende des zweiten Kolbens der stationäre Drehzapfen für den Finger, und das andere Ende berührt den ersten Kolben. Der erste Kolben ruht auf einer Fluidsäule. Im abgeschalteten Modus wird Fluid hydraulisch abgeleitet, was einen Totgang ergibt, und die beiden Kolben werden durch ihre vorspannenden Federn auseinander geschoben. Der erste Kolben bleibt stationär, und der zweite Kolben durchläuft eine hin- und hergehende Bewegung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Stellglieder für Einlass- oder Auslassventile für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf eine veränderliche Ventilstellgliedanordnung mit hydraulisch gesteuertem Totgang für einen Verbrennungsmotor.
Typischerweise enthält ein Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor ein oder mehr Ventile, eine Nockenwelle mit einem oder mehr Nocken und einen Stößel, der je einen Nocken und ein Ventil berührt. Der Ventiltrieb kann auch eine hydraulische Spieleinstellvorrichtung enthalten, die als Drehgelenk für einen Nockenstößel vom Fingertyp dienen kann.
Variable Ventilbetätigungsmechanismen wurden extensiv entwickelt und bis zu einem gewissen Maß eingesetzt, um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern sowie auch die Leerlaufstabilität, die Leistungsabgabe und die Emissionen zu verbessern. Diese Verbesserungen werden erreicht, indem der Ventilhub, die Ventilsteuerung und die Dauer steuerbar variiert werden. Die Möglichkeit, ein oder mehrere dieser Ventilereignisattribute zu variieren, hängt entweder separat oder kontinuierlich von der Komplexität des Betätigungsmechanismus ab. Für einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle, der einen Fingerstößel nutzt, können separate Variationen im Ventilhubprofil durch eine Nockenumschaltung erreicht werden. Die Nockenschaltmechanismen sind jedoch kompliziert und sperrig, da sie mindestens drei Stößeloberflächen erfordern, wobei Außenflächen erforderlich sind, um ein Gleichgewicht mit einem vorhandenen Drehpunkt aufrechtzuerhalten, und wahrscheinlich nur eine der drei Flächen aufgrund der beschränkten, zur Verfügung stehenden Gesamtbreite eine Rollfläche ist. Die beiden äußeren Stößelflächen sind gewöhnlich Gleitflächen, die jeweils eine geringe Breite mit hoher spezifischer Belastung aufweisen. Außerdem erfordern diese Mechanismen zur Betätigung verschiedener Segmente des Stößels entsprechend den geschalteten Nocken eine Ölversorgung unter hohem Druck. Dies erfordert die maschinelle Herstellung zusätzlicher Ölkanäle.
Für einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle, der einen Fingerstößel nutzt, könnte das Abstützelement für das Drehgelenk, das auch als eine Spieleinstellvorrichtung dienen kann, eine Ventilabschaltung liefern. Ein Mechanismus, der zwei konzentrische Körper mit der Möglichkeit einer axialen Relativbewegung nutzt, kann betätigt werden, um zwischen einer voll ausgefahrenen und einer voll eingefahrenen Stellung umzuschalten. Stifte mit Federvorspannung, die auf einem Körper angeordnet sind, können in einen Eingriff in Aufnahmelöchern am anderen Körper hydraulisch verschoben werden, um die voll ausgefahrene Stellung zu halten. Mechanismen für den Stifteingriff erfordern jedoch eine präzise Ausrichtung der Stifte mit den Aufnahmelöchern. Überdies ist ein Mechanismus für den Stifteingriff nicht flexibel, um Zwischenstellungen zwischen den voll ausgefahrenen und den voll eingefahrenen Grenzen zu liefern.
Folglich ist es wünschenswert, eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen, die eine Ventilabschaltung für einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle aufweist. Es ist ebenfalls wünschenswert, eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen, die eine variable Ventilbetätigung in einzelnen Schritten umfasst. Daher besteht ein Bedarf an der Schaffung einer Ventilstellgliedanordnung für einen Motor, die diese Wünsche erfüllt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen, die eine Abschaltung eines Motorventils ermöglicht.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor zu schaffen, die eine variable Ventilbetätigung in einzelnen Schritten vorsieht.

Die vorliegende Erfindung ist demgemäß eine Ventilstellgliedanordnung für einen Motor. Die Ventilstellgliedanordnung enthält ein bewegliches Motorventil sowie auch einen beweglichen Finger für einen Kontakt mit dem Motorventil und einen drehbaren Nocken für einen Kontakt mit dem Finger. Die Ventilstellgliedanordnung schließt ferner eine Fingerabstützanordnung für einen Kontakt mit dem Finger ein, die einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind axial ausgerichtet und in der gleichen Richtung unabhängig beweglich, um einen Hub des Motorventils im aktiven bzw. eingeschalteten Modus und einen Totgang des Motorventils im abgeschalteten Modus zu liefern.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle eines Motors. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung eine Ventilabschaltung für einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle aufweist. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilstellgliedanordnung eine variable Ventilbetätigung in einzelnen Schritten vorsieht. Noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung den Wirkungsgrad des Motors verbessert, indem entweder der gesamte Zylinder (alle Auslass- und Einlassventile dieses Zylinders) abgeschaltet wird oder indem ausgewählte Ventile des Zylinders abgeschaltet werden, um die Ansaugladung zu reduzieren, wenn der Leistungsbedarf gering ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilstellgliedanordnung, wenn sie allein genutzt wird, einen Mechanismus schafft, um zwischen einem vollen Primärhub in einem eingeschalteten Modus und keinem Hub in einem abgeschalteten Modus umzuschalten. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung als ein abschaltendes Fingerabstützelement in einem Ventiltrieb verwendet werden kann, wo ein unabhängiger Mechanismus wie z.B. ein zweistufiger Finger den zweistufigen Ventilhub ausführt. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung verwendet werden kann, um ein Motorventil abzuschalten, während ein sekundäres Nockenprofil auf einem zweistufigen Finger aktiv ist, welches einen kürzeren Totganghub liefert. Noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilstellgliedanordnung ein Fingerabstützelement mit steuerbarer Höhe enthält, das separate Variationen im Ventilhub für einen Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle ermöglicht. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Ventilstellgliedanordnung ermöglicht, dass der Ventiltrieb einen zweistufigen Ventilhub liefert, was den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Ein weiterer anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilstellgliedanordnung den Wirkungsgrad des Motors verbessert, indem sie mit einem niedrigen Hub läuft, wenn der Leistungsbedarf gering ist, und durch eine geeignete Zeitsteuerung des niedrigen Hubs die Leerlaufstabili tät des Motors verbessert. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ventilstellgliedanordnung eine Variation in separaten Schritten im Betrieb der Motorventile ausführt durch die Verwendung einer spieleinstellenden Komponente mit hydraulisch gesteuertem Totgang ähnlich der spieleinstellenden Komponente eines Ventiltriebs mit obenliegender Nockenwelle, den sie ersetzt.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt;
1 einen fragmentarischen Aufriss einer Ventilstellgliedanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Wirkbeziehung mit einem Teil eines Motors veranschaulicht ist;
2 einen Aufriss der Ventilstellgliedanordnung von 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Ventilstellgliedanordnung von 1;
4 bis 6 fragmentarische Aufrissansichten der Ventilstellgliedanordnung von 1 in verschiedenen Stellungen;
7 bis 9 fragmentarische Aufrissansichten einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung der Ventilstellgliedanordnung von 1 in verschiedenen Stellungen; und
10 eine fragmentarische Aufrissansicht noch einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung der Ventilstellgliedanordnung von 1.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist eine Ausführungsform einer Ventilstellgliedanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung für einen (teilweise dargestellten) als Ganzes mit 12 bezeichneten Motor eines Fahrzeugs wie zum Beispiel eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Motor 12 ist ein Verbrennungsmotor und enthält einen Motorkopf 14 mit mindestens zwei, vorzugsweise mehreren Öffnungen 16 darin in Verbindung mit zumindest einer (nicht dargestellten) Brennkammer des Motors. Der Motor 12 enthält auch zumindest zwei, vorzugsweise mehrere bewegliche Motorventile 18, ein Ventil 18 für je eine Öffnung 16. Jedes der Motorventile 18 hat einen Ventilschaft 20 und einen Ventilkopf 22. Jedes Motorventil 18 ist beweglich, um seine jeweilige Öffnung 16 zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung zu öffnen und zu schließen. Es sollte erkannt werden, dass die Motorventile 18 Einlass- und/oder Auslassventile sein können. Es sollte ebenfalls erkannt werden, dass die Ventilstellgliedanordnung 10 ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle für einen Motorkopf 14 ist. Es sollte ferner erkannt werden, dass mit Ausnahme der Ventilstellgliedanordnung 10 der Motorkopf 14 herkömmlich und in der Technik bekannt ist.
Nach 1 und 2 enthält die Ventilstellgliedanordnung 10 einen drehbaren Finger 24 für jedes der Motorventile 18. Der Finger 24 für jedes Motorventil 18 wird vom Motorkopf 14 drehbar gehalten und berührt ein oberes Ende seines Schafts 20. Die Ventilstellgliedanordnung 10 umfasst auch eine drehbare Nockenwelle 25 mit einem Nocken 26 für jeden Finger 24. Die Nockenwelle 25 wird vom Motorkopf 14 drehbar abgestützt. Jeder Nocken 26 berührt eine Oberseite 28 seines jeweiligen Fingers 24, die eine Rolle sein kann, um den Finger 24 zu drehen. Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner eine Motorventilfeder 30, die um den Ventilschaft 20 angeordnet und vom Motorkopf 14 wirksam abge stützt wird, um das Motorventil 18 in Richtung auf die geschlossene Stellung vorzuspannen. Es sollte erkannt werden, dass der Ventilkopf 22 die Öffnung 16 schließt, wenn das Motorventil 18 in der geschlossenen Stellung ist.
Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält für jedes Motorventil 18 auch eine Fingerabstützanordnung, die als Ganzes mit 32 bezeichnet ist, um ihr jeweiliges Motorventil 18 zu steuern oder abzuschalten. In der 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Fingerabstützanordnung 32 eine äußere Hülle oder ein äußeres Gehäuse 34, das in einer Aufnahmebohrung 36 des Motorkopfes 14 angeordnet ist. Die Aufnahmebohrung 36 weist an ihrem unteren Ende eine Umfangsrille oder einen Kanal 38 und an ihrem oberen Ende eine Umfangsrille oder einen Kanal 40 auf, die eine Fluidzufuhr zu einer Hochdruckkammer 50 und einem Schmierkanal 72 schaffen, die später beschrieben werden soll. Es sollte erkannt werden, dass die Fingerabstützanordnung 32 in Bezug auf eine Längsachse des Motorventils 18 unter einem Winkel ausgerichtet ist. Es sollte auch erkannt werden, dass die Ausrichtung der Fingerabstützanordnung 32 in Bezug auf das Motorventil 18 derart ist, dass ein Kontakt zwischen Lager (engl. pallet) und Ventilspitze gesichert ist.
Das äußere Gehäuse 34 verläuft axial und hat im Wesentlichen eine zylindrische Form. Das äußere Gehäuse 34 hat an seinem unteren Ende eine Öffnung oder einen Durchgang 42 und an seinem oberen Ende eine Öffnung oder einen Durchgang 44, die mit dem unteren Kanal 38 bzw. oberen Kanal 40 in Fluidverbindung stehen. Das äußere Gehäuse 34 weist auch eine Öffnung 46 auf, die für eine zu beschreibende Funktion axial durch dessen oberes Ende verläuft. Das äußere Gehäuse 34 weist eine teilende Wand 48 auf, die darin radial verläuft, um das äußere Gehäuse 34 in zwei Kammern zu teilen. Die teilende Wand 48 hat für eine zu beschreibende Funktion ein sich hindurch erstreckendes Loch 52. Es sollte erkannt werden, dass das äußere Gehäuse 34 eine integrale, einheitliche und einteilige monolithische Struktur ist.
Die Fingerabstützanordnung 32 umfasst auch einen beweglichen Abstützkolben 54, der innerhalb des äußeren Gehäuses 34 angeordnet ist. Der Abstützkolben 54 hat einen Kopf 56, der radial verläuft, und einen Schaft 58, der vom Kopf 56 axial ausgeht. Der Kopf 56 ist unterhalb der teilenden Wand 48 angeordnet, wodurch eine Hochdruckkammer 50 gebildet wird, und der Schaft 58 erstreckt sich durch das Loch 52 in der teilenden Wand 48. Eine Grenzfläche 59 zwischen dem Abstützkolben 54 und dem äußeren Gehäuse 34 weist einen kleinen Zwischenraum in der Größenordnung von fünf bis zehn Mikrometer auf. Es sollte erkannt werden, dass der Abstützkolben 54 eine integrale, einheitliche und einteilige monolithische Struktur ist.
Die Fingerabstützanordnung 32 enthält einen beweglichen Drehzapfenkolben 60, der teilweise innerhalb des äußeren Gehäuses 34 angeordnet ist. Der Drehzapfenkolben 60 verläuft axial und hat ein erstes Ende 62 für einen Kontakt mit dem einen Ende des Schafts 58 des Abstützkolbens 54 und ein zweites Ende 64 für einen Kontakt mit dem Finger 24. Das erste Ende 62 enthält einen Hohlraum 66 zum Aufnehmen und Berühren eines Endes des Schafts 58 des Abstützkolbens 54. Das zweite Ende 64 hat eine im Wesentlichen bogenförmige Gestalt und berührt eine aufnehmende Innenfläche 68 des Fingers 24. Der Drehzapfenkolben 60 enthält einen Schmiermitteldurchgang oder -kanal 70, der vom zweiten Ende 62 darin axial und radial nahe dem ersten Ende 60 verläuft. Eine Grenzfläche 72 zwischen dem Drehzapfenkolben 60 und dem äußeren Gehäuse 34 weist einen großen Zwischenraum in der Größenordnung von fünfzig (50) bis einhundert (100) Mikrometer auf. Es sollte erkannt werden, dass der Drehzapfenkolben 60 eine integrale, einheitliche und einteilige monolithische Struktur ist. Es sollte auch erkannt werden, dass aufgrund der Leckage von Fluid durch den großen Zwischenraum an der Grenzfläche 72 und (nicht dargestellte) Lüftungslöcher der obere Teil des äußeren Gehäuses 34, der den Drehzapfenkolben 60 führt, kein Volumen an Schmiermittel wie zum Beispiel Öl zurückhält. Es sollte ferner erkannt werden, dass der Schmierkanal 70 eine ausreichende Menge des Schmiermittels an ein Kugellager 74 des Fingers 24 liefert, wenn ein Einlassloch 76 des Schmiermittelkanals 70 mit dem Kanal 40 übereinstimmt bzw. zur Deckung kommt. Es sollte ferner noch erkannt werden, dass separate Variationen im Hub des Motorventils 18 erreicht werden, indem eine axiale Stellung des Drehzapfenkolbens 60 gesteuert wird. Es sollte ferner noch erkannt werden, dass die Bewegung des Abstützkolbens 54 getrennt oder unabhängig von der Bewegung des Drehzapfenkolbens 60 ist.
Die Fingerabstützanordnung 32 enthält auch eine erste Feder 78, die im äußeren Gehäuse 34 um den Schaft 58 zwischen dem Kopf 56 des Abstützkolbens 54 und der teilenden Wand 48 des äußeren Gehäuses 34 angeordnet ist. Die erste Feder 78 ist eine aus einem Federmaterial hergestellte Schraubenfeder. Die Fingerabstützanordnung 32 enthält ferner eine zweite Feder 80, die im äußeren Gehäuse 34 zwischen dem ersten Ende 62 des Drehzapfenkolbens 60 und der teilenden Wand 48 des äußeren Gehäuses 34 angeordnet ist. Die zweite Feder 80 ist eine aus einem Federmaterial hergestellte Schraubenfeder. Es sollte erkannt werden, dass die zweite Feder 80 ausreichend steif ist, um einen Kontakt zwischen den beweglichen Ventiltriebteilen in einem Modus mit abgeschaltetem Ventil aufrechtzuerhalten, aber weich genug, um das Motorventil 18 nicht zu betätigen. Es sollte auch erkannt werden, dass die erste Feder 78 und die zweite Feder 80 auf den Abstützkolben 54 bzw. den Drehzapfenkolben 60 wirken. Ferner sollte erkannt werden, dass die Verschiebung des Abstützkolbens 54 gegen die erste Feder 78 durch einen Motoröl- oder Schmiermitteldruck gesteuert wird. Ferner sollte noch erkannt werden, dass sowohl die Mikroverschiebung des Abstützkolbens 54, die für eine Leckagekompensation im Modus mit aktivem Ventil erforderlich ist, als auch dessen Vollhubbewegung für ein erneutes Einschalten aus dem abgeschalteten Modus auf den zur Verfügung stehenden Schmiermitteldruck angewiesen sind, um die Kraft der ersten Feder 78 zu überwinden. Ferner sollte noch erkannt werden, dass die Gesamthöhe der Fingerabstützanordnung 32 in erster Linie eine Funktion des vollen Totganghubs und der komprimierten Höhen der Federn 78 und 80 ist.
Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner ein Steuerventil 82, um die Funktion der Fingerabstützanordnung 32 zu steuern. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Steuerventil 82 eine Kammer 83 und ein bewegliches Kolbenventil 84, das innerhalb der Kammer 83 angeordnet ist. Das Kolbenventil 84 weist zwei Stellungen und drei Wege auf. Das Steuerventil 82 hat eine Antriebs- oder Kammermündung 85 an der Kammer 83, die mit einem Zwischenkanal 86 zum Kanal 38 der Fingerabstützanordnung 32 in Fluidverbindung steht. Das Steuerventil 82 weist auch eine Hochdruckmündung 88 an der Kammer 83 und eine Tiefdruckmündung 90 an der Kammer 83 auf. Das Steuerventil 82 enthält an einem Ende des Kolbenventils 84 ein Stellglied 81. Das Stellglied 91 ist vom linearen Typ wie z.B. ein Solenoid, das mit einer Quelle elektrischer Energie wie z.B. einem (nicht dargestellten) Controller elektrisch verbunden ist. Das Steuerventil 82 enthält auch eine Feder 92 am anderen Ende des Kolbenventils 84, um das Kolbenventil 84 in Richtung auf ein Ende der Kammer 83 vorzuspannen. Es sollte erkannt werden, dass das Steuerventil 82 einen Fluidstrom zu und von der Hochdruckkammer 50 der Fingerabstützanordnung 32 steuert.
Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner ein Einwegstromventil 94 in Fluidverbindung mit dem Steuerventil 82. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Einwegstromventil 94 eine Kammer 96 und ein innerhalb der Kammer 96 angeordnetes bewegliches Ventilelement 98. Das Ventilelement 98 ist von der Art einer Kugel. Das Einwegstromventil 94 enthält auch eine Einlassdruckmündung 100 an der Kammer 96 und eine Auslassdruckmündung 102 an der Kammer 96. Das Einwegstromventil 94 weist auch an einem Ende des Ventilelements 98 eine Feder 104 für das Ventilelement auf, um das Ventilelement 98 in Richtung auf ein Ende der Kammer 96 vorzuspannen. Es sollte erkannt werden, dass der Fluiddruck in der Kammer 96 des Stromventils 94 die Kraft der Feder 104 für das Ventilelement überwindet und das Ventilelement 98 bewegt, wenn der Druck in der Hochdruckkammer 50 unter den Druck in der Kammer 96 fällt. Es sollte auch erkannt werden, dass das Ventilelement 98 die Hochdruckkammer 50 abdichtet und eine Ausströmung aus der Hochdruckkammer 50 verhindert, wenn der Fluiddruck in der Hochdruckkammer 50 den Fluiddruck in der Kammer 96 übertrifft.
Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner eine Schmiermittelquelle 106 und eine Druckleitung 108, die mit der Schmiermittelquelle 106 und der Einlassmündung 100 in Fluidverbindung steht. Die Ventilstellgliedanordnung 10 enthält ferner eine Druckleitung 109, die mit der Auslassmündung 102 und der Hochdruckmündung 88 am Steuerventil 82 in Fluidverbindung steht.
In einer Nullstellung wird das Kolbenventil 84 durch die Ventilfeder 92 so gesteuert, dass die Einlassmündung Schmiermittel bei einem Druck nahe einem Druck der Schmiermittelquelle empfängt (unter Berücksichtigung des Druckabfalls über das Einwegstromventil 94). Während des Grundkreisteils des Ventilereignisses, bei dem die Ventilstell gliedanordnung 10 mit Ausnahme der Gegenkraft von der Vorbelastung der zweiten Feder 80 im Wesentlichen entlastet ist, wird ein etwaiger Mikrototgang aufgrund einer Leckage während eines vorherigen Ventilereignisses im Modus mit aktivem bzw. eingeschaltetem Ventil durch die aufwärts gerichtete Verschiebung des Abstützkolbens 54 gegen die erste Feder 78 kompensiert. Es sollte erkannt werden, dass das Steuerventil 84 und das Einwegstromventil 94 eine Fluidverbindung zwischen der Hochdruckkammer 50 und der Schmiermittelquelle 106 schaffen.
Im vollständig ausgefahrenen Modus (mit aktivem Ventil) der Fingerabstützanordnung 32 liefert, wie in 4 veranschaulicht ist, der Abstützkolben 54 eine axiale Abstützung für den Drehzapfenkolben 60, wobei die am Finger 24 als Antwort auf die Kraft der Motorventilfeder 30 erzeugte Gegenkraft auf die Schmiermittelsäule in der Hochdruckkammer 50 übertragen wird. In diesem Betriebsmodus wird ein Hub vom Nocken 26 über den Finger 24 vollständig auf das Motorventil 18 übertragen, was den primären Ventilhub ergibt. Aufgrund einer Leckage durch die Grenzfläche 59 während des Ventilereignisses liegt ein Mikrototgang in der Größenordnung von ein Zehntel eines Millimeters vor. Dieser Totgang ist (in 3. Potenz) stark abhängig vom Zwischenraum an der Grenzfläche 59. Daher ist es notwendig, den Zwischenraum an der Grenzfläche 59 bei einem kleinen Wert zu halten.
In einem Zwischenmodus der Fingerabstützanordnung 32 wird, wie in 5 veranschaulicht ist, das Steuerventil 82 betätigt, um die Hochdruckkammer 50 mit einer Ölwanne unter Umgebungsdruck in Verbindung zu bringen. Der Abstützkolben 54 wird durch seinem vollen Hub unter der Kraft der ersten Feder 78 nach unten verschoben. Es sollte erkannt werden, dass es einen Zwischenraum zwischen der Oberseite des Abstützkolbens 54 und der Unterseite des Drehzapfenkolbens 60 gibt, so dass kein Aufprall zwischen den beiden bei einem vollen abwärts gerichteten Hub des Drehzapfenkolbens 60 auftritt.
Im vollständig eingefahrenen Modus (mit abgeschaltetem Ventil) der Fingerabstützanordnung 32 ist, wie er in 6 veranschaulicht ist, der Abstützkolben 54 stationär, und der Drehzapfenkolben 60 durchläuft eine hin- und hergehende Bewegung mit einer Hubdistanz entsprechend dem Totgang. In diesem Betriebsmodus bleibt das Motorventil 18 geschlossen, und die Einwirkung vom Nocken 26 auf den Finger 24 wird auf den Drehzapfenkolben 60 übertragen. Während der hin- und hergehenden Bewegung des Drehzapfenkolbens 60 bleiben alle Teile der Ventilstellgliedanordnung 10 aufgrund der Belastung von der zweiten Feder 80 in Kontakt. Eine geringe Belastung im Modus mit abgeschaltetem Ventil ergibt einen geringeren Reibungsverlust zum Beispiel am Kontakt zwischen der Spitze des Motorventils 18 und dem Lager des Fingers 24. Ein großer Zwischenraum an der Grenzfläche 72 stellt eine geringere viskose Zugkraft und daher einen geringeren Leistungsverlust während des Modus mit abgeschaltetem Ventil sicher. Es sollte erkannt werden, dass während dieses Betriebsmodus kein Bedarf an einer Fluidunterstützung besteht, weil die hin- und hergehende Bewegung des Drehzapfenkolbens 60 gegen die zweite Feder 80 vorgespannt ist, die auf dem Boden wie durch die teilende Wand 48 repräsentiert abgestützt ist. Es sollte auch erkannt werden, dass dieses Merkmal den leistungsverbrauchenden Prozess eliminiert, bei dem ein Fluidvolumen durch eine kleine Mündung pro Ventilereignis gepumpt wird. Ferner sollte erkannt werden, dass die Fingerabstützanordnung 32 in einem Ventiltriebsystem mit zwei Einlassventilen pro Zylinder genutzt werden kann, wo die entsprechenden Nocken verschiedene Profile aufweisen, was von selbst entweder den primären oder sekundären Hub ergibt, je nachdem welche Fingerabstützanordnung 32 aktiv ist.
In 7 bis 9 ist eine weitere Ausführungsform der Ventilstellgliedanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Teile der Ventilstellgliedanordnung 10 weisen um Einhundert (100) erhöhte gleiche Bezugsziffern auf. In dieser Ausführungsform enthält die Ventilstellgliedanordnung 110 die Fingerabstützanordnung 132, das Steuerventil 184 und das Einwegstromventil 194. Die Ventilstellgliedanordnung 110 enthält auch ein zweites Einwegstromventil 211 in Fluidverbindung mit dem Schmiermittelkanal 170 und Hohlraum 166 des Drehzapfenkolbens 160. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das zweite Einwegstromventil 211 eine Kammer 213 innerhalb des ersten Endes 162 des Drehzapfenkolbens 160 auf und steht in Verbindung mit dem Schmiermittelkanal 170. Das zweite Einwegstromventil 211 enthält auch ein bewegliches Ventilelement 215, das innerhalb der Kammer 213 angeordnet ist. Das Ventilelement 215 ist von der Art einer Kugel. Das zweite Einwegstromventil 211 enthält auch eine Einlassdruckmündung 217 an der Kammer 213, die mit dem Schmiermittelkanal 170 in Verbindung steht, und eine Auslassdruckmündung 219 an der Kammer 213, die mit dem Hohlraum 166 in Verbindung steht. Das zweite Einwegstromventil 211 weist an einem Ende des Ventilelements 215 auch eine Feder 221 für das Ventilelement auf, um das Ventilelement 215 in Richtung auf ein Ende der Kammer 213 vorzuspannen.
Die Ventilstellgliedanordnung 110 enthält auch den Abstützkolben 154 und den Drehzapfenkolben 160. Die Spitze des Abstützkolbens 154 hat ein verjüngtes Profil 223, das in den aufnehmenden Hohlraum 166 mit geraden Kanten an der Unterseite des Drehzapfenkolbens 160 ragt. Es sollte erkannt werden, dass das zweite Einwegstromventil 211 das Vorhandensein von Schmiermittel im Hohlraum 166 vor dem Einsetzen der Dämpfung sicherstellt und einen Strom aus dem Hohlraum 166 während des dämpfenden Ausgleichvorgangs beschränkt bzw. drosselt, wobei der Druck des Schmiermittels im Hohlraum zunimmt.
Beim Betrieb der Ventilstellgliedanordnung 110 tritt eine Dämpfung an der Grenzfläche zwischen dem Drehzapfenkolben 160 und dem Abstützkolben 154 auf, um zwei separate (d.h. zweistufige) Ventilhubprofile zu erzielen. Die Ventilstellgliedanordnung 110 arbeitet ähnlich der Ventilstellgliedanordnung 10, außer dass der Totganghub kürzer ist. Wie in 7 veranschaulicht ist, ist die Fingerabstützanordnung 132 in einem voll ausgefahrenen Modus, was den Primärhub liefert. Wie in 8 veranschaulicht ist, ist die Fingerabstützanordnung 132 im teilweise eingefahrenen Modus, vor dem das zweite Einwegstromventil 211 als ein einfacher Dämpfer für das sanfte Landen des Drehzapfenkolbens 160 dient. Wie in 9 veranschaulicht ist, ist die Fingerabstützanordnung 132 im voll eingefahrenen Modus, was den sekundären Hub liefert. Es sollte erkannt werden, dass die Gesamthöhe der Fingerabstützanordnung 132 kürzer als die Fingerabstützanordnung 32 ist, weil der erforderliche Totganghub für den zweistufigen Betrieb kürzer ist. Es sollte auch erkannt werden, dass die Größe des Totganghubs den gewünschten maximalen Wert des sekundären Ventilhubs bestimmt. Ferner sollte erkannt werden, dass zwei identische Nocken 26 durch Verwenden der Fingerabstützanordnung 132 gleichzeitig entweder die primären Hube oder die sekundären Hube ergeben kann. Ferner sollte noch erkannt werden, dass, falls gewünscht, eine Kombination eines primären und eines sekundären Hubs pro Zylinder ebenfalls erreicht werden kann, indem eine der Fingerabstützanordnungen 132 abgeschaltet wird.
In 10 ist noch eine andere Ausführungsform der Ventilstellgliedanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Teile der Ventilstellgliedanordnung 10 haben um Zweihundert (200) erhöhte gleiche Bezugsziffern. In dieser Ausführungsform enthält die Ventilstellgliedanordnung 210 die Fingerabstützanordnung 232, die mit Ausnahme einiger zusätzlicher Merkmale, die eine bessere bauliche Integrität bzw. Stabilität und reduzierte Gesamtgröße liefern, funktional die gleiche wie die in 5 gezeigte Ausführungsform ist. Insbesondere enthält die Fingerabstützanordnung 232 den beweglichen Drehzapfenkolben 260, der teilweise innerhalb des äußeren Gehäuses 234 angeordnet ist. Der Drehzapfenkolben 260 verläuft axial und weist ein erstes Ende 262 für einen Kontakt mit dem einen Ende des Schafts 258 des Abstützkolbens 254 und ein zweites Ende 264 für einen Kontakt mit dem Finger 24 auf. Das erste Ende 262 weist einen Hohlraum 266 auf. Der Hohlraum 266 ist in zwei Sektionen geteilt, eine erste Sektion 266a, um den Schaft 258 des Abstützkolbens 254 aufzunehmen, und eine zweite Sektion 266b, um die komprimierte Höhe der zweiten Feder 280 unterzubringen.
Die Fingerabstützanordnung 232 enthält entsprechend den beweglichen Abstützkolben 254, der innerhalb des äußeren Gehäuses 234 angeordnet ist. Der Abstützkolben 254 weist den Kopf 256, der radial verläuft, und den Schaft 258 auf, der vom Kopf 256 radial ausgeht. Der Kopf 256 enthält einen Hohlraum 256a, um die komprimierte Höhe der ersten Feder 278 unterzubringen, wenn der Schaft 258 vollständig in die erste Sektion 266a des Hohlraums 266 eingesetzt ist.
Außerdem enthält die Fingerabstützanordnung 232 das äußere Gehäuse 234 mit der Öffnung oder dem Durchgang 242, der an der unteren Mitte der Hochdruckkammer 250 liegt. Die Funktion der Ventilstellgliedanordnung 210 ist ähnlich der Ventilstellgliedanordnung 10.
Die vorliegende Erfindung wurde veranschaulichend beschrieben. Es sollte sich verstehen, dass die verwendete Terminologie eher als Beschreibung denn als Beschränkung gedacht ist.
Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Lichte der obigen Lehren möglich. Innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche kann daher die vorliegende Erfindung anders als konkret beschrieben in der Praxis umgesetzt werden. Eine Ventilstellgliedordnung für einen Motor enthält ein bewegliches Motorventil. Die Ventilstellgliedanordnung umfasst auch einen beweglichen Finger für einen Kontakt mit dem Motorventil und einen drehbaren Nocken für einen Kontakt mit dem Finger. Die Ventilstellgliedanordnung enthält ferner eine Fingerabstützanordnung für einen Kontakt mit dem Finger, die einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind axial ausgerichtet und in der gleichen Richtung unabhängig bewegbar, um einen Hub des Motorventils in einem eingeschalteten Modus und einen Totgang des Motorventils in einem abgeschalteten Modus zu schaffen. Im eingeschalteten Modus ist ein Ende des zweiten Kolbens der stationäre Drehzapfen für den Finger, und das andere Ende berührt den ersten Kolben. Der erste Kolben ruht auf einer Fluidsäule. Im abgeschalteten Modus wird Fluid hydraulisch abgeleitet, was einen Totgang ergibt, und die beiden Kolben werden durch ihre vorspannenden Federn auseinander geschoben. Der erste Kolben bleibt stationär, und der zweite Kolben durchläuft eine hin- und hergehende Bewegung.

Claims

Ventilstellgliedanordnung für einen Motor, mit: einem beweglichen Motorventil; einem beweglichen Finger für einen Kontakt mit dem Motorventil; einem drehbaren Nocken für einen Kontakt mit dem Finger; und einer Fingerabstützanordnung für einen Kontakt mit dem Finger, die einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben aufweist, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben axial ausgerichtet und in der gleichen Richtung unabhängig beweglich sind, um einen vollen Hub des Motorventils in einem eingeschalteten Modus und einen Totgang des Motorventils im abgeschalteten Modus zu liefern.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerabstützanordnung ein Gehäuse aufweist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine teilende Wand aufweist, die darin eine Kammer ausbildet.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben einen Kopf aufweist, der in der Kammer angeordnet ist, und einen Schaft, der vom Kopf axial ausgeht und durch ein Loch in der teilenden Wand verläuft.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerabstützanordnung eine Feder enthält, die im Gehäuse und um den Schaft zwischen dem Kopf und der teilenden Wand angeordnet ist, um den Kopf von der teilenden Wand weg zu drängen.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben im Gehäuse teilweise angeordnet ist und für einen Kontakt mit dem Finger axial durch ein Loch im Gehäuse verläuft.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerabstützanordnung eine Feder enthält, die im Gehäuse zwischen der teilenden Wand und dem zweiten Kolben angeordnet ist, um den zweiten Kolben von der teilenden Wand weg zu drängen.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben und das Gehäuse eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, die einen ausreichend kleinen Zwischenraum bildet, um eine Leckage eines Hochdruckfluids zu steuern, das den ersten Kolben in einen voll aktiven Modus des Motorventils trägt.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben und das Gehäuse eine gemeinsame Grenz fläche aufweisen, die einen ausreichend großen Zwischenraum bildet, um eine hin- und hergehende Bewegung mit hoher Geschwindigkeit des zweiten Kolbens ohne signifikante Zugverluste zu ermöglichen, wenn das Motorventil nicht voll aktiv ist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben einen hohlen Schaft aufweist, der von einem Kopf des zweiten Kolbens axial ausgeht, und den Schaft des ersten Kolbens aufnimmt, der durch ein Loch in der teilenden Wand verläuft, wodurch eine bauliche Steifigkeit gegen seitliche Belastung des zweiten Kolbens geschaffen wird.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerventil, das mit dem ersten Kolben der Fingerabstützanordnung und einer Fluidquelle in Fluidverbindung steht.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein erstes Einwegstromvntil, das mit dem Steuerventil und der Fluidquelle in Fluidverbindung steht und eine hydraulische Verschiebung des ersten Kolbens in einer Richtung ermöglicht, um den zweiten Kolben zu berühren und abzustützen, und auch die Verschiebung des ersten Kolbens weg aus einem Kontakt und einer Abstützung des zweiten Kolbens verhindert, wenn das Motorventil voll aktiv ist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben einen hindurch verlaufenden Schmiermittelkanal aufweist, um einen Schmiermittelstrom zum Kontakt zwischen dem Finger und dem zweiten Kolben zu liefern.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein zweites Einwegstromventil, das mit dem Schmiermittelkanal des zweiten Kolbens der Fingerabstützanordnung in Fluidverbindung steht, was das Füllen einer Dämpfungskammer gestattet, wenn der erste und zweite Kolben voneinander getrennt sind.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einwegstromventil eine Ausströmung aus der Dämpfungskammer verhindert, wenn eine Spitze des ersten Kolbens in die Dämpfungskammer am zweiten Kolben ragt, was ein sanftes Landen des zweiten Kolbens auf dem ersten Kolben liefert, wodurch ein sekundärer Hub des Motorventils mit partiellem Totgang ermöglicht wird.
Ventilstellgliedanordnung, mit: einem beweglichen Motorventil; einem beweglichen Finger für einen Kontakt mit dem Motorventil; einem drehbaren Nocken für einen Kontakt mit dem Finger; und einer Fingerabstützanordnung für einen Kontakt mit dem Finger, die ein Gehäuse, einen im Gehäuse angeordneten ersten Kolben, einen teilweise im Gehäuse angeordneten und mit dem ersten Kolben axial ausgerichteten zweiten Kolben, eine erste Feder, die im Gehäu se angeordnet ist, um den ersten Kolben vom zweiten Kolben weg zu drängen, und eine zweite Feder aufweist, die im Gehäuse angeordnet ist, um den zweiten Kolben in Kontakt mit einem Kipphebel zu drängen, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben in der gleichen Richtung unabhängig bewegbar sind, um einen Hub des Motorventils in einem eingeschalteten Modus und einen Totgang des Motorventils in einem abgeschalteten Modus zu liefern.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine teilende Wand aufweist, die darin eine Kammer ausbildet.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben einen in der Kammer angeordneten Kopf und einen Schaft aufweist, der vom Kopf axial ausgeht und durch ein Loch in der teilenden Wand verläuft.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder zwischen dem Kopf und der teilenden Wand um den Schaft angeordnet ist, um den Kopf von der teilenden Wand weg zu drängen.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben für einen Kontakt mit dem Finger axial durch ein Loch in dem Gehäuse verläuft und die zweite Feder zwi schen der teilenden Wand und dem zweiten Kolben angeordnet ist, um den zweiten Kolben von der teilenden Wand weg zu drängen.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein Steuerventil, das mit dem ersten Kolben der Fingerabstützanordnung und einer Fluidquelle in Fluidverbindung steht.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch ein erstes Einwegstromventil, das mit dem Steuerventil und der Fluidquelle in Fluidverbindung steht und eine hydraulische Verschiebung des ersten Kolbens in einer Richtung ermöglicht, um den zweiten Kolben zu berühren und abzustützen, und auch die Verschiebung des ersten Kolbens weg aus einem Kontakt und einer Abstützung des zweiten Kolbens verhindert, wenn das Motorventil voll aktiv ist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben einen hindurch verlaufenden Schmiermittelkanal aufweist, um einen Schmiermittelstrom zu einem Kontakt zwischen dem Finger und dem zweiten Kolben zu liefern.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein zweites Einwegstromventil, das mit dem Schmiermittelkanal des zweiten Kolbens der Fingerabstützanordnung in Fluidverbindung steht, was das Füllen einer Dämpfungskammer gestattet, wenn der erste und zweite Kolben voneinander getrennt sind.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einwegstromventil eine Ausströmung aus der Dämpfungskammer verhindert, wenn eine Spitze des ersten Kolbens in die Dämpfungskammer am zweiten Kolben ragt, was ein sanftes Landen des zweiten Kolbens auf dem ersten Kolben liefert, wodurch ein sekundärer Hub des Motorventils mit partiellem Totgang ermöglicht wird.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben und das Gehäuse eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, die einen ausreichend kleinen Zwischenraum bildet, um eine Leckage eines Hochdruckfluids zu steuern, das den ersten Kolben in einem vollaktiven Modus des Motorventils steuert.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben und das Gehäuse eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, die einen ausreichend großen Zwischenraum bildet, um eine hin- und hergehende Bewegung mit hoher Geschwindigkeit des zweiten Kolbens ohne signifikante Zugverluste zu ermöglichen, wenn das Motorventil nicht voll aktiv ist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die teilende Wand eine gemeinsame Bodenabstützung für die erste Feder und die zweite Feder schafft, was ermöglicht, dass die erste Feder bei niedrigen Fluiddrücken ausreichend sanft und kompressibel ist, und ermöglicht, dass die zweite Feder ausreichend steif ist, wobei sie die Steifigkeit des Ventiltriebs steuert, wenn das Motorventil nicht voll aktiv ist.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben einen hohlen Schaft aufweist, der von einem Kopf des zweiten Kolbens axial ausgeht, und einen Schaft des ersten Kolbens aufnimmt, der sich durch ein Loch der teilenden Wand erstreckt, wodurch eine bauliche Steifigkeit gegen seitliche Belastung des zweiten Kolbens geschaffen wird.
Ventilstellgliedanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben einen ersten Kopf hat und der zweite Kolben einen zweiten Kopf aufweist, wobei der erste Kopf und der zweite Kopf beide eine hohle Sektion enthalten, die konzentrisch um ihre jeweiligen Schäfte ausgebildet ist, um eine komprimierte Dicke der ersten bzw. zweiten Feder unterzubringen.