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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für einen
Verbrennungsmotor und insbesondere eine Ventildeaktivierungsanordnung
für Verwendung
in demselben. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ventildeaktivator
des Typs, der eine hydraulisch betätigte Verriegelungsanordnung
verwendet.
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Es
ist wohlbekannt, dass der Gesamtbrennstoffwirkungsgrad in einem
Mehrzylinderverbrennungsmotor dadurch erhöht werden kann, dass die Einlass-
und/oder Auslassventile für
besondere Zylinder unter gewissen Motorlastbedingungen deaktiviert
werden. Ein bekanntes Vorgehen, um selektive Ventildeaktivierung
in einem Stößelstangenmotor
zu schaffen, besteht darin, die Heber der Ventile, die deaktiviert
werden sollen, mit Mitteln auszurüsten, wodurch es den Hebern
unmöglich
gemacht wird, die zyklische Bewegung der Motornocken in hin- und hergehende
Bewegung der damit verknüpften
Stößelstangen
und Ventile zu übertragen.
Typischerweise schließt
ein Deaktivierungsheber in einem Stößelstangenmotor konzentrische
innere und äußere Teile ein,
die mechanisch auf die Stößelstange
und den Nockenvorsprung reagieren, und die selektiv miteinander
verriegelt werden können.
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Wenn
sie verriegelt sind, ist das innere Körperglied starr in einer herausbewegten
Stellung relativ zum äußeren Körperglied
getragen. Ein vorbestimmter Motoröldruck, der auf die Verriegelungsanordnung
ausgeübt
wird, bewegt die Verriegelungsglieder in einer unverriegelte Stellung.
Das unverriegelte innere Körperglied
fällt in
das äußere Körperglied
von seiner äußeren herausragenden
Stellung hinein. Die sich ergebende verlorene Bewegung verhindert Übertragung
der hin- und hergehenden Bewegung des Nockenstößels auf das Motorventil.
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In
Ventilsteuerungen des Stößelstangentyps ist
dieser Typ von Ventildeaktivierungsanordnung in den Nockenstößel eingeschlossen,
so dass die verlorene Bewegung verhindert, dass die hin- und hergehende Bewegung
des Nockenstößels auf
die Stößelstange übertragen
wird. Bei Motoren mit oben liegender Nockenwelle („OHC") des Typs, der einen
an seinem Ende schwenkbar angebrachten Kipphebel verwendet, ist
der Schwenkpunkt für
ein Ende des Kipphebels typischerweise ein hydraulischer Schlageinsteller
(hydraulic lash adjuster, HLA), wobei das gegenüberliegende Ende des Kipphebels
mit dem Ventilschaft in Eingriff ist. In der OHC-Ventilsteuerung ist die Ventildeaktivierungsanordnung
so ausgebildet, dass sie verlorene Bewegung am HLA-Schwenkpunkt
erzeugt. Verlorene Bewegung des HLA-Schwenkpunktes verhindert Ventilbewegung, indem
die Übertragung
von Kraft auf den Motorventilschaft verhindert wird. Vorbekannte
Ventildeaktivierungsanordnungen haben typischerweise ein oder mehrere
federbelastete Verriegelungsglieder verwendet, die auf Fluiddruck
reagieren, um sich von einer radial äußeren verriegelten Stellung
in eine radial innere unverriegelte Stellung zu bewegen. Bei diesen Anordnungen
des Standes der Technik wird auf das Verriegelungsglied selbst durch
das Druckfluid gewirkt, und das Verriegelungsglied greift an einer
Verriegelungsoberfläche
im äußeren Körperglied
an, um das innere Körperglied
in seiner ausgefahrenen verriegelten Stellung relativ zum äußeren Körperglied
zu halten. Bei diesem Typ der Deaktivierungsanordnung des Standes
der Technik wirken die Verriegelungsglieder als sowohl hydraulisch
reagierende Glieder als auch hin- und hergehende mechanische Verriegelungen.
Die Notwendigkeit, Verriegelungsglieder so auszubilden, dass sie
diese beiden Funktionen ausüben,
hat die Konstruktion von Verriegelungsanordnungen komplizierter
gemacht und Kompromisse erfordert.
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US-Patente
6,321,704 und 6,578,535 diskutieren die Mängel von vorbekannten Ventildeaktivierungsanordnungen,
die diametral ge genüber
stehende Verriegelungsglieder in der Form von zylindrischen Stiften
verwenden. Die Stifte sind radial nach außen zu einer verriegelten Stellung
durch eine zusammengerückte
Feder vorgespannt. In ihrer verriegelten Stellung sind die Verriegelungsstifte
in einer Nut positioniert und zu einem Motorölkanal offen. Motoröldruck,
der auf die äußeren Enden
der Stifte ausgeübt
wird, drückt
die Feder zusammen, wodurch die Stifte radial nach innen zu einer
entriegelten Stellung bewegt werden. Verriegelungsglieder haben
verhältnismäßig kleine
Last tragende Verriegelungsoberflächen, was zur Kraftkonzentrationen
und Abnutzungenproblemen führt.
Die Patente 6,321,704 und 6,578,535 beschäftigen sich mit den Kraftkonzentrationen
an der Schnittstelle zwischen Stift und äußerem Körper, indem jeder Stift mit
einer flachen Oberfläche
versehen wird, die zu einer Verriegelungsoberfläche am äußeren Körperglied komplementär ist. Die
Verriegelungsanordnungen müssen
dann die Verriegelungsstifte in einer besonderen Drehstellung halten,
damit diese flachen Oberflächen
parallel zur entsprechenden Verriegelungsoberfläche des äußeren Körpergliedes gehalten werden.
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Es
besteht beim Stand der Technik ein Bedarf für eine zuverlässige Ventildeaktivierungsanordnung
vereinfachter Konstruktion, die einen zuverlässigen und robusten Verriegelungsmechanismus schafft.
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Eine
Ventildeaktivierungsanordnung gemäß Gesichtspunkten der vorliegenden
Erfindung schließt ein
inneres Körperglied
ein, das gleitbar in einer Längsbohrung
angeordnet ist, die durch ein äußeres Körperglied
begrenzt wird. Zwei diametral gegenüberliegende Kolben sind in
einer Querbohrung positioniert, die ebenfalls durch das äußere Körperglied begrenzt
wird. Ein Paar von im wesentlichen identischen Verriegelungsgliedern
ist nach außen
gegen ein inneres Ende der Kolben durch eine zusammengedrückte Feder
vorgespannt. In der offenbarten Ausführungsform haben die Verriegelungsglieder
allgemein halbzylindrische Form und schließen eine radial nach außen vorstehende
betätigte
Oberfläche ein,
die dem inneren Ende des Kolbens benachbart ist. Die Kolben ent wickeln
eine radial nach innen gerichtete Kraft als Reaktion auf Motoröldruck,
der an einen Kanal angelegt wird, der in Fluidverbindung mit der
Bohrung steht. Diese radial nach innen gerichtete Kraft wird auf
die betätigte
Oberfläche
des benachbarten Verriegelungsgliedes ausgeübt, um das Verriegelungsglied
gegen die Vorspannung der zusammengedrückten Feder in eine entriegelte
Stellung zu bewegen.
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Die
halbzylindrischen Verriegelungsglieder haben große flache abgeschnittene halbkreisförmige obere
und untere Oberflächen.
Die oberen Oberflächen
der Verriegelungsglieder sind in Berührung mit dem Boden des inneren
Körperglieds.
Der Umfang jeder unteren Oberfläche
der Verriegelungsglieder bietet gekrümmte Schulterteile, die an
winkelmäßig getrennten
Teilen einer Verriegelungsoberfläche
innerhalb des äußeren Körperglieds
angreifen. Die gekrümmten
Schulterteile des Verriegelungsglieds erstrecken sich seitlich zur
beiden Seiten der radial nach außen vorstehenden betätigten Oberfläche. Die beiden
diametral gegenüberliegenden
Verriegelungsglieder greifen an der Verriegelungsoberfläche an vier
winkelmäßig getrennten
Bereichen an. Diese Konfiguration verteilt die Kraft der Ventilbetätigung über ein
großes
Oberflächengebiet
und verteilt die Kraft um den Umfang des äußeren Körpergliedes, wodurch die Wahrscheinlichkeit
von Kraftkonzentrationen und Ermüdungsbruch über die
Lebensdauer der Ventildeaktivierungsanordnung verringert wird.
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Die
Verriegelungsglieder sind gegen den Boden des inneren Körpergliedes
durch eine plattenförmige
Verriegelungsstütze
abgestützt,
die durch eine Feder vorgespannt ist. Wenn die Deaktivierungsanordnung
verriegelt wird, bewegt sich das allgemein zylindrische innere Körperglied
in die axiale Bohrung des äußeren Körpergliedes
gegen die Vorspannung der Feder hinein und drückt dabei die Verriegelungsglieder
und die Verriegelungsstütze
an der Querbohrung und den Kolben vorbei. Ein Gesichtspunkt der Erfindung
bezieht sich darauf, die nach innen gerichtete Bewegung der Kolben
dadurch einzuschränken, dass
die nach innen gerichtete Bewegung der Verriegelungsglieder begrenzt
wird. Ein Anschlag begrenzt die nach innen gerichtete Bewegung jedes
Verriegelungsglieds, das wiederum die nach innen gerichtete Bewegung
des benachbarten Kolbens begrenzt. Die radial innere oder betätigte Stellung
des Kolbens kommt nicht in Konflikt mit der Bewegung des inneren
Körpergliedes
in das äußere Körperglied.
Während
sich das innere Körperglied,
die Verriegelungsglieder und die Verriegelungsstütze in das äußere Körperglied hineinbewegen, sind
die inneren Enden der Kolben dauernd mit wenigstens entweder der
betätigten
Oberfläche
des Verriegelungsglieds und/oder der zylindrischen äußeren Oberfläche des inneren
Körperglieds
in Eingriff. Solange, wie ein vorbestimmter hydraulischer Druck
auf das äußere Ende
der Kolben ausgeübt
wird, werden die Verriegelungsglieder in ihrer radial inneren unverriegelten Stellung
gehalten und können
nicht an der Verriegelungsoberfläche
angreifen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten
Verriegelungsmechanismus für
eine Ventildeaktivierungsanordnung zu schaffen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen und
verbesserten Verriegelungsmechanismus für eine Ventildeaktivierungsanordnung
zu schaffen, die Kraftkonzentrationen in der Anordnung verhindert,
indem die Ventilbetätigungsbelastungen
verteilt werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 in
einem Längsschnitt
eine Ventildeaktivierungsanordnugn gemäß Gesichtspunkten der vorliegenden
Erfindung;
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2 einen
Horizontalschnitt der Ventildeaktivierungsanordnung von 1 entlang
der Linie 2-2 derselben;
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3 eine
seitliche Draufsicht eines Verriegelungsglieds der Ventildeaktivierungsanordnung der 1 und 2;
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4 eine
Draufsicht von oben des Verriegelungsglieds von 3;
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5 eine
Querschnittsansicht des Verriegelungsgliedes der 3 und 4 entlang
der Linie 5-5 von 3;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines äußeren Körpergliedes
der Ventildeaktivierungsanordnung der 1 und 2;
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7 einen
Längsschnitt
des äußeren Körpergliedes
von 6; und
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8 eine
teilweise vergrößerte Längsschnittansicht
des äußeren Körpergliedes
von 6, senkrecht zur Querschnittsansicht von 7.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Ventildeaktivierungsanordnung soll nun unter Bezugnahme auf
die 1 bis 8 beschrieben werden. Die hauptsächlichen
Komponenten einer Ventildeaktivierungsanordnung 10 gemäß Gesichtspunkten
der vorliegenden Erfindung sind ein äußeres Körperglied 12, ein
inneres Körperglied 14 und
eine Verriegelungsanordnung 16. Das allgemein zylindrische
innere Körperglied 14 ist
gleitbar in der Längsbohrung 18 aufgenommen,
die durch das äußere Körperglied 12 begrenzt
wird. Bei der dargestellten Ausführungsform trägt das innere
Körperglied
einen hydraulischen Schlageinsteller (hydraulic lash adjuster, HLA)
oder eine Einrichtung zum Einstellen des Ventilgeräusches,
der bzw. die allgemein durch die Bezugsziffer 20 bezeichnet
ist und von einem Typ sein kann, der dem Fachmann wohlbekannt ist.
Der HLA 20 ist kein wesentliches Merkmal der Erfindung,
seine Funktion soll hier daher nicht weiter beschrieben werden.
Das obere Ende des HLA ist ein Kugelstößel 22, der typischerweise
in einer halbkugelförmigen
Aufnahmeöffnung
eines Kipphebels (nicht gezeigt) aufgenommen ist. Der Kugelstößel 22 liefert
den Endschwenkpunkt für
das Schwenkende eines Kipphebels.
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Die
Verriegelungsanordnung 16 ist dazu ausgebildet, selektiv
axiale Bewegung des inneren Körperglieds 14 in
die Längsbohrung 18 des äußeren Körpergliedes 12 zu
verhindern oder zu erlauben. Das äußere Körperglied 12 begrenzt
eine Querbohrung 24, die allgemein senkrecht zur Längsbohrung 18 ist.
Ein vergrößerter Teil 26 der
Längsbohrung schafft
Raum für
radiale Bewegung der Verriegelungsglieder 40 und bildet
eine ringförmige
Verriegelungsoberfläche 28.
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Diametral
gegenüberliegende
Kolben 30 sind für
radiale Gleitbewegung in der Querbohrung 24 angeordnet.
Jeder Kolben 30 weist ein allgemein kugelförmiges äußeres Ende 32 und
ein im wesentlichen ebenes inneres Ende 34 auf. Das äußere Ende 32 des
Kolbens ist Fluiddruck von einem Motorölkanal (nicht gezeigt) ausgesetzt.
Wie dies am besten aus den 6 bis 8 ersichtlich
ist, ist die allgemein zylindrische Außenoberfläche des äußeren Körperteils 12 durch
eine Umfangsnut 36 unterbrochen, die Fluidverbindung zwischen
dem Motorölkanal
und den Kolben 30 sicherstellt. Die Kolben 30 sind
so ausgebildet, dass sie einen vorbestimmten Fluiddruck in eine
nach innen gerichtete Kraft umformen, die ausreichend ist, die Verriegelungsglieder 40 von
einer radial äußeren verriegelten
Stellung in eine radial innere entriegelte Stellung zu bewegen.
Die Größe und Form
des Kolbens kann geändert
werden, um an diese Variablen angepasst zu werden. Z. B. wird ein
Kolben mit größerem Durchmesser
eine größere nach
innen gerichtete Kraft bei einem vorgegebenen Fluiddruck erzeugen
als ein Kolben mit kleinerem Durchmesser.
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Die
Konstruktion jedes Verriegelungsgliedes 40 ist am besten
in den 3 bis 5 gezeigt. Die Verriegelungsglieder 40 sind
im wesentlichen identisch und sind daher austauschbar. Jedes Verriegelungsglied 40 schließt eine
radial vorstehende Betätigungsoberfläche 46 ein,
die gegen das innere Ende 34 des benachbarten Kolbens anliegt.
Die Verriegelungsglieder sind halbzylindrisch im Aufbau, wie dies am
besten in den 2 und 4 gezeigt
ist. Die flach abgeschnittenen halbkreisförmigen oberen und unteren Oberflächen 41, 43 sind
in Berührung
mit dem Boden des inneren Körpergliedes 14 und
der Verriegelungsstütze 50.
Der Umfang der unteren Oberfläche 43 jedes
Verriegelungsgliedes bildet gekrümmte
Schulterteile 45, die an winkelmäßig beabstandeten Teilen der
Verriegelungsfläche 28 innerhalb
des äußeren Körpergliedes
angreifen. Die gekrümmten
Schulterteile 45 des Verriegelungsglieds erstrecken sich
seitlich zu beiden Seiten der radial nach außen vorstehenden betätigten Oberfläche 46. Die
beiden diametral gegenüberliegenden
Verriegelungsglieder 40 greifen an der Verriegelungsoberfläche 28 an
vier winkelmäßig beabstandeten
Bereichen an. Diese Konstruktion verteilt die Kraft der Ventilbetätigung über einen
großen
Oberflächenbereich und
verteilt Kräfte
um den Umfang des äußeren Körpergliedes 12 herum,
wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kraftkonzentration und Ermüdungsversagen über die
Lebensdauer der Ventildeaktivierungsanordnung verringert wird.
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Die
Verriegelungsglieder 40 werden radial durch eine zusammengedrückte Feder 42 nach
außen
vorgespannt, die in einer Ausnehmung 44 angeordnet ist,
die sich auf der Rückseite
jedes Verriegelungsgliedes befindet. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind das innere Ende 34 des Kolbens und die Betätigungsoberfläche 46 der
Verriegelungsglieder im wesentlichen eben. Diese Oberflächenausbildung
erlaubt es dem Verriegelungsglied 40, das es axial relativ
zum Kolben 30 gleiten kann, während die beiden in Berührung sind.
Die Oberflächen 34, 46 müssen nicht
eben sein, und jede Oberflächengestaltung,
die axiale Relativbewegung zwischen dem inneren Ende 34 des
Kolbens und der betätigten
Oberfläche 46 des
Verriegelungsgliedes erleichtern würde, ist mit der vorliegenden
Erfindung verträglich.
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Die
Verriegelungsglieder 40 werden gegen den Boden des inneren
Körpergliedes 14 durch
eine Verriegelungsstütze 50 abgestützt, die
sich über
die Längsbohrung 18 erstreckt.
Die Verriegelungs stütze 50 wird
durch eine zusammengedrückte
Feder 52 gegen die Verriegelungsglieder 40 gedrückt. Diese
Anordnung spannt das innere Körperglied 14 in
die axial herausragende Stellung vor, die in 1 gezeigt
ist. Die plattenförmige
Verriegelungsstütze 50 schließt nach
einen oben vorstehenden Anschlag 54 ein, der nach innen
gerichtete Radialbewegung der Verriegelungsglieder 40 begrenzt.
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Die
Bereiche auf der linken Seite der 1 und 2 zeigen
den Kolben 30 und das Verriegelungsglied 40 in
der verriegelten Stellung. In dieser Stellung ist der Fluiddruck
auf dem Kolben 30 nicht ausreichend, die Feder 42 zusammenzudrücken und das
Verriegelungsglied 40 von seiner verriegelten Stellung
zu bewegen. In der verriegelten Position greifen die Schultern 45 des
Verriegelungsglieds gegen die Verriegelungsoberfläche 28 an,
wie dies am besten in 2 ersichtlich ist.
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Die
Bereiche auf der rechten Seite der 1 und 2 zeigen
den Kolben 30 und das Verriegelungsglied 40 in
ihrer entriegelten Stellung. Fluiddruck auf das äußere Ende 32 des Kolbens
ist ausreichend, um die Feder 42 zusammenzudrücken und das
Verriegelungsglied 40 radial nach innen in die entriegelte
Stellung zu bewegen. In der entriegelten Stellung sind die Schultern 45 des
Verriegelungsglieds radial innen und sind von der Verriegelungsoberfläche 28 gelöst. Wenn
beide Verriegelungsglieder 40 in der entriegelten Stellung
sind, wird das innere Körperglied 14 nur
durch die Verriegelungsstützfeder 52 gestützt. Hin-
und hergehende Bewegung der Ventilsteuerung gegen eine entriegelte
Ventildeaktivierungsanordnung 10 wird das innere Körperglied 14 in
das äußere Körperglied 12 gegen
die Vorspannung der Verriegelungsstützfeder 52 drücken. Diametral
gegenüberliegende
axiale Schlitze 38 nehmen die vorstehenden betätigten Oberflächen 46 der
Verriegelungsglieder auf. Die Schlitze 38 erstrecken sich
nach oben in den vergrößerten Teil 26 der
Längsbohrung
und stehen mit der Querbohrung 24 in Verbindung. Die Schlitze 28 halten
die Verriegelungsglieder 40 mit der Querbohrung 24 über ihren gesamten
axialen Bewegungsbereich ausgerichtet.
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Die
hier offenbarten Verriegelungsglieder 40 schaffen vielfache
winkelbeabstandete Eingriffsbereiche mit der Verriegelungsoberfläche 28.
Die halbkreisförmigen
Verriegelungsglieder 40 haben gekrümmte aufrechte Oberflächen 47,
die dazu ausgebildet sind, innerhalb der Längsbohrung 18 des äußeren Körpergliedes 12 zu
gleiten. Die Verriegelungsglieder 40 sind so ausgebildet,
dass sie Teile eines Kreises D bilden, der einen Durchmesser hat,
der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Längsbohrung 18 ist.
Die Verriegelungsglieder 40 und der Verriegelungsstützenanschlag 54 sind
so ausgebildet, dass die Begrenzung der nach innen gerichteten Bewegung
der Verriegelungsglieder 40 die aufrechten gekrümmten Oberflächen 47 der
Verriegelungsglieder der Innenoberfläche der Längsbohrung benachbart macht,
wie dies in den 2 und 4 gezeigt
ist. Die Verriegelungsglieder 40 sind so ausgebildet, dass
sie das innere Körperglied 14 relativ
zum äußeren Körperglied 12 halten,
wenn sie in der verriegelten Stellung sind. Die illustrierte Verriegelungsgliedkonfiguration
schafft eine robuste Abstützung
für das
innere Körperglied 14,
indem die Ventilsteuerbetätigungskräfte über mehrere
winkelmäßig getrennte Bereiche
der Verriegelungsoberfläche 28 verteilt
werden.
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Bei
einer typischen Installation wird die Ventildeaktivierungsanordnung 10 der
vorliegenden Erfindung verwendet, einige der Ventile in einen Mehrzylindermotor
zu deaktivieren, bei dem die Ventilsteuerung Kipphebel für jedes
der Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders einschließt. Ventildeaktivierungsanordnungen 10 sind
dazu ausgebildet, um verlorene Bewegung in die Ventilsteuerung einzuführen und
Ventilbetätigung
zu verhindern. Wenn es deaktiviert ist, bleibt das Motorventil unter
dem Einfluss einer ventilschließenden
Feder (hier nicht gezeigt) geschlossen.
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Der
Fachmann sollte verstehen, dass die Erfindung nicht auf irgendeine
besondere Ventildeaktivierungskonfiguration oder HLA-Konfiguration begrenzt
ist, mit Ausnahme von dem, was in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist. Die vorliegende Erfindung
ist daher in Verbindung mit einem HLA-Typen für Benutzung mit einem am Ende
schwenkbar angebrachten Kipphebel dargestellt, die Erfindung könnte aber
auch z. B. bei einer Ventildeaktivierungskurvenrolle für eine Ventilsteuerung
des Stößelstangentyps
verwendet werden.
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Eine
beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung ist für
Illustrationszwecke beschrieben worden. Verschiedene Änderungen
und Abwandlungen der Erfindung werden dem Fachmann aus den beigefügten Unterlagen
und Figuren deutlich werden. Es ist beabsichtigt, dass alle solche Änderungen
und Abwandlungen in die Erfindung eingeschlossen sind, soweit sie
in den Bereich der beigefügten
Ansprüche fallen.