DE102006007489B4

DE102006007489B4 - Verriegelungsanordnung für eine Ventilabschaltungseinrichtung

Info

Publication number: DE102006007489B4
Application number: DE102006007489A
Authority: DE
Inventors: Ioan Chesterfield Manole; Burak A. Rochester Hills Gecim; William C. Clinton Township Albertson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: DE102006007489A1; US7111597B2; US20060185635A1

Abstract

Ventilabschaltungsvorrichtung zur selektiven Betätigung von Motorzylinderventilen, wobei jeweils ein Ventilstellglied für ein Motorzylinderventil in einer Galerie aufgenommen und positionierbar ist, die eine Bohrung aufweist, die Versorgungs- und Entleerungsdurchgänge zum Zuführen und Austragen von unter Druck gesetztem Hydraulikfluid umfasst, um das Ventilstellglied zwischen einem verriegelten Zustand, in dem das Motorzylinderventil zugeschaltet ist, und einem entriegelten Zustand, in dem das Motorzylinderventil abgeschaltet ist, umzuschalten; wobei die Verriegelungsringanordnung umfasst:
ein Außenkörperelement mit einer Innenumfangsfläche und einer im Allgemeinen kreisringförmigen Verriegelungsnut und ein Innenkörperelement mit einer Außenumfangsfläche, wobei die Außenumfangsfläche einen Durchmesser aufweist, der dem der Innenumfangsfläche etwa entspricht, wobei das Innenkörperelement in dem Außenkörperelement angeordnet ist und relativ zu diesem axial verschiebbar ist, wenn sich das Ventilstellglied im entriegelten Zustand befindet;
eine Totgangfeder, die das Innenkörperelement in Richtung einer axial ausgefahrenen Position relativ zu dem Außenkörperelement vorspannt;
ein Verriegelungselement, das ein erstes Teil eines radial verschiebbaren, eine axiale Position des...

Description

I. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Anordnungen für Ventilabschaltungseinrichtungen an Verbrennungsmotoren. Im Besonderen stellt die Erfindung eine neuartige Anordnung für eine Ventilabschaltungseinrichtung bereit, die einen neuen Verriegelungselementaufbau zur Verwendung mit Ventilsträngen vom Typ mit oben liegenden Nocken und Rollenventilstößel und oben liegender Ventilstößelstange enthält.
II. Hintergrund der Erfindung
Stößelanordnungen für Ventilabschaltungseinrichtungen werden in Verbindung mit einem Ventilstrang mit oben liegendem Nocken eines Verbrennungsmotors oder für Motoren mit Ventilsträngen vom Typ mit oben liegenden Ventil und Ventilstößelstange verwendet. Ein Typ von Ventilabschaltungseinrichtungen für Motoren mit oben liegenden Nocken ist eine stationäre hydraulische Spieleinstellvorrichtung ("SHLA"), wie etwa jene, die in den im Gemeinschaftsbesitz befindlichen US 6,681,734 B2 und US 6,584,942 B1 beschrieben sind. Typischerweise ist eine vorgewählte Anzahl von Motorzylindern mit einer Abschaltungseinrichtung ausgestattet, die mit einem zugehörigen Motoreinlasstellerventil verbunden ist. In einem verriegelten Zustand ist die Abschaltungseinrichtung verriegelt, um einen normalen Betrieb des Ventilstrangs zuzulassen. Eine Bewegung der Verriegelungsanordnung aus der verriegelten Position in die entriegelte Position wird durch Erhöhen des Motorölhydraulikdrucks in einem spezifisch zugewiesenen Fluidkreis erreicht. In dieser Position ist das Motortellerventil abgeschaltet.
Für einen Ventilstrang umfassen Stößelanordnungen für Abschaltungseinrichtungen aus dem Stand der Technik Verriegelungselemente typischerweise in der Form, dass halbkreisförmige Stopper zwischen Innen- und Außenkörpern der Abschaltungseinrichtung verwendet werden, wobei die Stopper mit einer Aufnahmenut zusammenwirken, wie dies beispielsweise in der US 2003/0000491 A1 beschrieben wird. Die Stößelanordnung für die Abschaltungseinrichtungen bringt nach der Fahrerauswahl oder vorbestimmten Straßenzuständen ausreichend Totgang in den Ventilstrang ein, um das Zylindertellerventil in der geschlossenen Position zu halten. Dementsprechend umfasst die Stößelanordnung für die Abschaltungseinrichtung eine Verriegelungsanordnung, die zwischen einem verriegelten (Tellerventil ist zugeschaltet) und einem entriegelten (Tellerventil ist abgeschaltet) Zustand umschaltbar ist.
Ungeachtet der Zweckmäßigkeit der obigen Konstruktionen besteht dennoch ein Bedarf, eine zuverlässige Betriebsfähigkeit und bauliche Einheit von Ventilabschaltungseinrichtungen zu verbessern.
III. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Gefahr eines Verkantens der Verriegelungselemente einer Verriegelungsvorrichtung möglichst auf ein Minimum zu reduzieren.
Es ist eine weitere anzustrebende Wirkung, eine Abschaltungseinrichtung mit einem verbesserten Aufbau bereitzustellen, die herkömmliche hydrau lische Spieleinstellvorrichtungsanordnungen, die in Ventilsträngen verwendet werden, ersetzt.
Es ist noch eine weitere anzustrebende Wirkung, eine Verriegelungshalbringanordnung mit einer größeren "Scher"-Kontaktfläche auf der Basis der Breite der Ringe über einen im Allgemeinen vollen Kreisumfang bereitzustellen, um einer Scherung unter axialer Belastung und lokalem Oberflächenverschleiß besser Widerstand entgegenzubringen.
Es ist noch eine weitere anzustrebende Wirkung, einen Aufbau bereitzustellen, der eine verringerte Last je Flächeneinheit in einem verriegelten Zustand auf der Basis einer großen überlappenden Last tragenden Fläche erfährt.
Eine noch weitere anzustrebende Wirkung ist es, Ringelemente zu bilden, die sowohl als ein selbstführendes Ausrichtungsmerkmal während einer radialen Bewegung als auch als eine "Abdichtung" gegenüber einer Leckage von unter Druck stehendem Öl dienen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einer Ventilabschaltvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9 aufweist. Insbesondere wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verriegelungselemente Ausrichtführungen aufweisen, mit denen sie sich gegenseitig führen.
Die Erfindung hierin beruht zum Teil auf der Zusammenarbeit von zusammenpassenden, verschiebbaren Halbringelementen, die große überlappende Last tragende Flächen zwischen einerseits einer Verriegelungshalbringfläche und dem Innenkörper einer zugehörigen Anordnungsnut und andererseits einer Außenkörpereingriffsfläche und einer Basisfläche des Verriegelungshalbringes bereitstellen.
Die Erfindung sorgt für Ventilstränge mit bedarfsabhängigem Hubraum mit oben liegenden Nocken und Rollen-Finger-Stößel, indem die Ventile eines zugehörigen Zylinders abgeschaltet werden. Die Erfindung ist auch zum Abschalten von einem der beiden Einlassventile zur Verbesserung der Ladungsbewegung bei geringen Lasten verwendbar. Die Erfindung erlaubt auch die Verwendung mit einem Produktions-Stößel, wobei sie das Umschalten zwischen Voll-Hub und Null-Hub erleichtert, oder kann mit einem Zwei-Stufen-Stößel verwendet werden. In dem Zwei-Stufen-Stößelmodus fügt die Erfindung eine dritte Stufe (d. h. Null-Hub) zu den Profilen mit hohem Hub und niedrigem Hub, die typischerweise durch den Zwei-Stufen-Stößel erhalten werden, hinzu.
Wenn die Bedingungen das Abschalten eines im Betrieb befindlichen Zylinders nicht ratsam erscheinen lassen, bleibt die erfinderische Stößelanordnung für eine Abschaltungseinrichtung hierin im verriegelten Zustand, und das zugehörige Tellerventil in der öffenbaren Position. Wenn jedoch die Betriebsbedingungen sich hinreichend ändern, entriegelt die Verriegelungsanordnung, um einen signifikanten Totgang in den Ventilstrang einzubringen, was dazu führt, dass das Tellerventil geschlossen bleibt.
Im verriegelten Zustand stellen die Halbring-Verriegelungselemente dieser Erfindung große überlappende Last tragende Flächen zwischen der Innenkörpernut-Basisfläche und der Verriegelungsring-Basisfläche sowie der Außenkörper-Basisfläche und der Verriegelungsring-Basisfläche bereit. Somit ist die Last je Flächeneinheit geringer als sie mit einer ähnlichen Vorrichtung ist, die einen kreisförmigen Zapfen anwendet, der eine abgeflachte Basis aufweist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Erfindung hierin erweitert das Konzept der verteilten Kontaktbelastung auf den Extremfall von "flachen" Ringen. Ein potentieller Vorteil der verteilten Last ist die Möglichkeit, dass eine einzelne Verriegelung die gesamte axiale Last aufgrund eines fehlfunktionierenden "festsitzenden" Verriegelungselements trägt. Auch hält die Umfangssymmetrie der flachen Ringe die flache Basis des kreisförmigen Zapfens jederzeit parallel zur Basisfläche der Aufnahmenut, wodurch ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bereitgestellt wird, dass kein Schutz vor Drehung erforderlich ist, wenn kreisförmige Verriegelungsstifte mit flacher Basis verwendet werden, die heutzutage herkömmlich angewendet werden. Ein weiterer Vorzug der Verriegelungsringkonstruktion dieser Erfindung ist die große "Scher"-Oberfläche, auf der Basis der Breite der Ringe und des vollen Kreisumfangs, die einen besseren Widerstand gegenüber Scherzeng unter axialer Belastung bereitstellt. Somit ist die Last je Flächeneinheit geringer als sie mit einer Anordnung aus dem Stand der Technik ist, die einen kreisförmigen Stift mit einer abgeflachten Basis anwendet.
Die Erfindung kann auch auf einen Ventilstrang vom Typ mit Ventilstößelstange und oben liegendem Ventil angewandt werden, wobei der hydraulische Stößel durch das vorgeschlagene Stellglied ersetzt ist, was einen bedarfsabhängigen Hubraum ermöglicht.
Zur Bezugnahme im Kontext der Erfindung wird eine erfindungsgemäße Anordnung in Verbindung mit einem Motor mit oben liegendem Nocken als die "abschaltende SHLA" bezeichnet. Eine "abschaltende SHLA" oder "d-SHLA" ermöglicht eine selektive Abschaltung des Motortellerventils, indem die Verschiebung des Kipphebeldrehpunktes an der Position der stationären hydraulischen Spieleinstellvorrichtung ermöglicht wird. Dementsprechend ermöglicht der "abschaltende Stößel" die Abschaltung des Motortellerventils, indem er eine Relativbewegung zwischen denjenigen Teilen des Stößels ermöglicht, die jeweils mit dem Nocken bzw. der Stößelstange in Kontakt stehen.
So wie sie hierin verwendet werden, sind "im Wesentlichen", "im Allgemeinen", "relativ" und andere abstufende Begriffe diesbezügliche Modifikatoren, die eine zulässige Abweichung von der derart modifizierten Eigenschaft angeben sollen. Es ist nicht beabsichtigt, auf den Absolutwert oder die absolute Eigenschaft, die er modifiziert, eingeschränkt zu sein, sondern eher mehr von der physikalischen oder funktionalen Eigenschaft, statt ihrem Gegenteil zu besitzen, und vorzugsweise sich einer derartigen physikalischen oder funktionalen Eigenschaft anzunähern oder nahe zu kommen.
Mit der angegebenen folgenden befähigenden Beschreibung der Zeichnungen sollte die erfinderische Ventilabschaltungsanordnung einem Durchschnittsfachmann deutlich werden.
IV. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht im Schnitt eines Teils eines Verbrennungsmotors mit oben liegendem Nocken und einer abschaltenden SHLA-Ventileinstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer abschaltenden SHLA-Ventileinstellvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Explosionsbaugruppenansicht der Ausführungsform von 2.
4 ist eine Perspektivbaugruppenansicht eines Halbring-Verriegelungselements der Ausführungsform von 2.
5 ist eine Draufsicht im Schnitt einer Halbring-Verriegelungselementanordnung der Ausführungsform von 2.
6 ist eine Draufsicht im Schnitt einer nicht erfindungsgemäßen Verriegelungselementanordnung.
7 ist eine Seitenansicht im Teilschnitt einer Stößelausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit Ventilsträngen mit oben liegendem Ventil und Ventilstößelstange, die die vorgeschlagene Verriegelungsanordnung zeigt.
V.
Die Erfindung hierin ist auf eine neuartige Kombination einer Ventilstößelanordnung und ein neuartiges Verfahren zu dessen Verwendung gerichtet. Nach 1 ist eine abschaltende SHLA 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Galerie angeordnet, die eine zylindrische Bohrung 12 in dem Motorkopf 14 umfasst, welcher einen herkömmlichen Motorölkreis 15 aufweist. Eine Kipphebelanordnung 16, die einen Kipphebeldrehpunkt 18 und eine Kipphebel-SHLA-Lagerschale 20 umfasst, die an einem Ende davon angeordnet sind, wird während einer Drehung des zugehörigen Motornockens 22 verschoben. Da im herkömmlichen Betrieb das andere Ende des Kipphebels 16 an der Spitze eines Motortellerventils 24 anschlägt, wird auch das Tellerventil 24 nach unten gedrückt, wenn der Nocken den Kipphebel niederdrückt. Nach dem Wegnehmen der nach unten gerichteten Kraft auf den Kipphebel während des Drehzyklus des Nockens kehrt das über eine Feder nach oben vorgespannte Tellerventil 24 in seine ursprüngliche ausgefahrene Position zurück (die in 1 dargestellt ist).
In den 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer d-SHLA-Anordnung 10 im Detail dargestellt. Die d-SHLA-Anordnung 10 umfasst einen im Allgemeinen hohlen zylindrischen Außenkörper 26, einen im Allgemeinen hohlen zylindrischen Innenkörper 28, einen Plunger 30 und eine Totgangfeder 33. Der Innenkörper 28 weist einen Außenumfang auf, der im Wesentlichen dem Innenumfang des Außenkörpers 26 entspricht, und ist in diesen eingesetzt. Wenn eine nicht kreisförmige Geometrie verwendet wird, z. B. polygonal, sollte der Umfang des Innenkörpers im Wesentlichen zu den Abmessungen, der Konfiguration und der Geometrie des Innenumfangs des Außenkörpers 28 passen, aber einen kleinen Zwischenraum dazwischen für das Ablassen von Betätigungsöl belassen. Der Plunger 30 ist in dem Innenkörper in Richtung seines oberen Endes befestigt. Das obere Ende des Plungers besitzt einen Kugelkopf 31, im Gegensatz zu der typischen flacheren oder halbkugelförmigen Ausgestaltung der herkömmlicheren Konstruktion von Spieleinstellvorrichtungen. Die Aufgabe der kugelförmigeren Ausgestaltung des Kopfs 31 ist es, die Störung durch eine Relativdrehung der Kipphebellagerschale 20 mit dem Plunger zu minimieren und auszugleichen, wenn sich das Motortellerventil 24 im abgeschalteten Zustand befindet. Der kugelförmige Plungerkopf 31 ist von dem rohrförmigen Hauptkörper des Plungers durch ein radial verengtes Halssegment 32 getrennt. Unter dem Hals 32 ist eine kleine kreisringförmige Schulter angeordnet, um einen kreisförmigen Halter 34 für die Totgangfeder 33 aufzunehmen und bezüglich der Position zu fixieren. Der Plunger 30 weist auch zumindest einen entlang seines Außenumfangs gebildeten axialen Schmierkanal 35 über eine ausgewählte Länge davon auf.
Die Basis des Stößels definiert eine Einwegströmungs-Rückschlagventilanordnung 46. Die Rückschlagventilanordnung ist durch eine Rückschlagkugel 36, eine Rückschlagfeder 38, einen Rückschlagkugelkäfig 40, einen Rückschlagventilsitz 42 und eine Spieleinstellvorrichtungsfeder 44 hergestellt. Die Anordnung 46 ist in herkömmlichen Spieleinstellvorrichtungen zu finden und stellt insgesamt die Einwegströmungsfunktion eines Rückschlagventils bereit. Kurz ist die Rückschlagventilanordnung 46 innerhalb der Plungerbasis auf solch eine Weise hergestellt, dass der Käfig 42 durch die Spieleinstellvorrichtungsfeder 44 nach oben vorgespannt ist und die Rückschlagkugel 36 durch die Rückschlagkugelfeder 38 nach oben gegen einen Strömungsdurchlass in dem Rückschlagkugelsitz 42 vorgespannt ist. Die Rückschlagventilanordnung 46 erlaubt die Strömung von Öl von der Niederdruckkammer 49 im Inneren des Plungers 30 zu der Hochdruckkammer mit variablem Volumen 48, die zwischen dem unteren Ende des Plungers und dem Innenkörper gebildet ist. Während des Anhebens des Motortellerventils 24 unter Last dichtet die Rückschlagkugel 36 den Durchlass in der Öffnung des Rückschlagventilsitzes 42 ab, wodurch die Niederdruckkammer 49, die in dem hohlen Abschnitt des Plungers gebildet ist, und die Hochdruckkammer 48 getrennt werden. Somit dient die Anordnung 46 dazu, während des Grundkreissegments des Nockenereignisses Spiel zu beseitigen, indem eine Bewegung des Plungers 30 nach oben in Bezug auf den Innenkörper 28 geschaffen wird.
Wieder unter Bezugnahme auf die Fluidströmung weisen der Innenkörper 28 und der Plunger 30 eine Vielzahl von Schmierdurchlässen 50 auf, die Hydraulikdruck über einen axialen Schmierkanal 35 zwischen der Nieder druckkammer 49 und dem herkömmlichen Motorölkreis 15 übermitteln. Ein axialer Schmierkanal 51 erstreckt sich von der Niederdruckkammer 49 durch die Länge des Halses 32 und den Kugelkopf 31 des Plungers 30, um Drucköl an die Kontaktflächen der Kipphebelendlagerschale 20 und die Außenfläche des Kugelkopfs 31 des Plungers zu liefern. Der Schmierkanal steht mit dem Motorölkreis über herkömmliche Mittel in hydraulischer Verbindung.
Wie es anhand von 3 deutlicher wird, weist der Innenkörper 28 an seinem unteren Ende ein Teilstück mit vergrößertem Durchmesser auf, das eine Schulter 52 definiert. Die Schulter 52 nimmt einen Federhalter 53 auf, der die untere Abstützumgrenzung für die komplementär bemessene Totgangvorspannfeder 33 herstellt. Somit ist die Totgangfeder über den Außenumfang des Außenkörpers 26 gesetzt und axial zwischen dem Federhaltersitz 34 oben und 53 unten eingespannt. Der Federhalter 53 dient auch als Anschlagelement für die Bewegung des Innenkörpers 28 nach oben, wodurch die Innenkörpernut 54 mit der Außenkörpernut 59 ausgerichtet wird.
Der Innenkörper 28 umfasst eine tiefe Nut 54 über den vollen Umfang, die in seinem Außenumfang in der Nähe seines unteren Endes gebildet ist. Die tiefe Nut 54 ist derart bemessen, dass sie ein Paar Halbring-Verriegelungselementanordnungen 55 festhält, wenn sie vollständig versenkt sind. Jede Halbring-Verriegelungsanordnung umfasst ein im Allgemeinen halbkreisförmiges Verriegelungselement 56, eine Federhaltenase 57, die in das Verriegelungselement eingepresst oder einstückig mit diesem gebildet sein kann, und eine Verriegelungselementvorspannfeder 58. Jede der Halbkreis-Verriegelungselementanordnungen 55 kann in der Umfangsnut 54 des Innenkörpers aufgenommen und darin geführt sein und durch die Feder 58 in Richtung einer komplementären, aufnehmenden Kreisringnut 59 eingerückt sein, die entlang einer innen liegenden Position des Außenkörpers 28 gebildet ist. Wie es in 5 dargestellt ist, wenn die Halbringelemente in ihrer radial ausgefahrenen Konfiguration in die Nut 59 hineinragen (was durch die gestrichelte Querkraft- oder Scherlinie angedeutet ist), nehmen sie eine elliptische/nicht kreisförmige Gestalt an. Die Vorspannfedern 58 sitzen vorzugsweise in komplementär bemessenen Bohrungen, die in der Innenwand der tiefen Nut 54 gebildet sind. Die Anordnungen weisen eine Dicke auf, die im Wesentlichen der Breite der Nuten 54 und 59 entspricht, und sind im Wesentlichen in den Nuten frei verschiebbar.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst jedes der Verriegelungselemente 56 komplementär ausgestaltete, zusammenpassende Endabschnitte. Ein Ende des Verriegelungselements definiert einen ausgesparten/eingekerbten Abschnitt 60, der zu dem Zweck dieser Offenbarung auch als "weibliches" Ende bezeichnet wird. Das andere Ende des Verriegelungselements weist einen komplementären schrägen/abgeflachten/auflageartigen Endabschnitt 61 auf, der derart ausgestaltet ist, dass er dazu passt, indem er in einen gegenüberliegenden weiblichen Abschnitt gleitet oder eingesetzt wird, wenn sie radial zusammengedrückt werden. Zu dem Zweck dieser Offenbarung wird dieses Ende 61 hierin auch als der "männliche" Abschnitt bezeichnet. Die Bogenlänge der sich einander ergänzenden Enden ist ausreichend, um eine Überlappung über den gesamten Bereich einer radialen Verschiebung zwischen den vollständig ausgefahrenen und vollständig zusammengedrückten Zuständen aufrechtzuerhalten. Das heißt, die sich einander ergänzenden Enden befinden sich in kontinuierlichem Kontakt ungeachtet der radialen Ausdehnung oder Zusammendrückung der Verriegelungselemente innerhalb der tiefen Nut 54 und der Aufnahmenut 59 des Außenkörpers 26. Da darüber hinaus die Enden 60 und 61 vielmehr abgeschrägt oder abgeflacht als gerade oder rechtwinklig sind, wird eine radiale Bindung minimiert. Während des radialen Ausfahrens und Zusammenziehens verbessert die Geometrie der überlappenden Abschnitte auch die Ausrichtung der Halbring-Verriegelungselemente 56 und minimiert eine Leckage des Drucköls, das auf ihren Außenumfang wirkt.
Im vollständig ausgefahrenen Zustand, wenn die sich einander ergänzenden Enden nicht vollständig ineinander greifen, stellen die Halbringe 56 einen etwas elliptischen Querschnitt bereit, besitzen aber eine ausreichende radiale Tiefe, um einen kontinuierlichen Kontakt zwischen den Elementen 56 und der tiefen Nut 54 des Innenkörpers 28 aufrechtzuerhalten. Folglich können die Halbring-Verriegelungselemente die Außenumfangsfläche des Innenkörpers 28 nicht vollständig freigeben. Wenn sie vollständig radial eingerückt (zusammengedrückt) sind, wobei die sich einander ergänzenden Enden vollständig in Eingriff stehen, stellen die Verriegelungselemente 56 einen im Wesentlichen nicht unterbrochenen Kreisring bereit, wobei die Innenumfangsfläche des Rings um und gegen die Innenwand der Verriegelungsnut 54 des Innenkörpers gedrückt ist. Die Außenumfangsfläche des resultierenden Rings stimmt im Wesentlichen mit der Geometrie des Außenumfangs des Innenkörpers überein. Folglich ist die gesamte Halbringanordnung in der Verriegelungsnut 54 versenkt und von der Verriegelungsnut 59 des Außenkörpers freigegeben.
Die Verriegelungshalbringanordnungen 55 werden aufgrund von Hydraulikdruck des Motoröls/Schmiermittels, das von einem zweckgebundenen Hydraulikkreis aufgenommen wird, zusammengedrückt. Die Details der Arbeitsweise werden nachstehend beschrieben, wobei aber zum Zweck dieser Beschreibung Hydraulikfluiddruck auf die Verriegelungshalbringelemente gegen die Kraft ihrer jeweiligen Vorspannfedern wirkt und eine radiale Bewegung nach innen einleitet. Um Motoröl/Schmiermittel be reitzustellen, sind mehrere Betätigungsdurchlässe 62 derart um den Außenkörper 26 herum angeordnet, dass sie mit der Verriegelungsnut 59 des Außenkörpers ausgerichtet sind. Somit wird Hydraulikdruck durch die Durchlässe 62 hindurch direkt auf die Umfangskreisringflächen der einrückbaren Verriegelungselemente 56 aufgebracht. Um einen Druckausgleich an den Innen- und Außenoberflächen der Verriegelungselemente zu verhindern, ist es bevorzugt, dass die Federhaltebohrungen, die in der tiefen Nut 54 gebildet sind, einen Druckentlastungsleckageweg von der Innenfläche der Verriegelungselemente zu dem leeren Volumen am unteren Ende des Außenkörpers 26 umfassen. Jegliche Leckage in dieses untere Ende des Außenkörpers kann durch Durchlässe 50, die an der Basis des Außenkörpers gebildet sind, abgelassen werden.
In dem Grundlinien-Betriebszustand befindet sich die d-SHLA 10 dieser Erfindung in der verriegelten Position, in der die Halbring-Verriegelungselemente 56 durch ihre jeweiligen Vorspannfedern 58 nach außen gedrängt und die Betätigungsdurchlässe 62 nicht unter Druck gesetzt sind. Der Innenkörper 28 bleibt im Wesentlichen axial in Bezug auf den Außenkörper 26 fixiert, wobei die beiden wie eine integrierte Einheit wirken. Der axiale Zwischenraum zwischen der axialen Breite des Verriegellungselements 56 und der axialen Höhe der Nuten 54 und 59 an dem Außen- und Innenkörper wird durch die Bewegung des Innenkörpers nach unten auf die Spielkompensationskraft des Plungers 30 kompensiert. Dieser Zwischenraum ist optimiert, um für eine freie radiale Bewegung der Verriegelungsringe für ein Betriebsartumschalten zu sorgen, hält aber auch ausreichend Druck auf den Außenumfang der Ringanordnung 55 aufrecht, wenn die Betätigungsdurchlässe 62 unter Druck gesetzt sind. Der axiale Zwischenraum in der Nut 59 des Außenkörpers 26 ist auch derart konstruiert, dass er größer ist als der axiale Zwischenraum in der tiefen Nut 54 des Innenkörpers 28, so dass jede Fehlausrichtung in Umfangsrich tung, d. h. eine Bindung aufgrund von Kippung der Verriegelungselemente 56, das im Inneren der tiefen Nut 54 stattfinden kann, kein Einrücken der seitlich "fehlausgerichteten" Ringe verhindern wird, die in die Aufnahmenuten 59 des Außenkörpers eingesetzt sind.
In der entriegelten Position rücken die Ringe 56 durch den Hydraulikdruck, der auf die Umfangskreisringflächen der einrückbaren Verriegelungselemente 56 wirkt, radial nach innen gegen die jeweiligen Vorspannfedern 58 ein. Um eine vorzeitige Abschaltung während der Dauer, wenn das Tellerventil 24 "offen" ist, zu verhindern, muss die Betätigungsdruckkraft kleiner sein als die Summe aus der Reibungskraft zwischen den Verriegelungselementen 56 und der Nutoberfläche 59 und der Vorspannkraft der zugehörigen Vorspannfedern 58 der Verriegelungselemente. Die zeitliche Abstimmung der Unterdrucksetzung in Bezug auf das Nockenereignis ist in jedem Fall wesentlich, wobei die Verriegelungsringe unter der axialen Belastung aufgrund der Kraft von der Vorspannfeder des Tellerventils der Motoren und der resultierenden lateralen Reibungskraft verriegelt bleiben werden.
Im Anschluss an die Unterdrucksetzung des Betätigungsdurchlasses verschiebt die Hydraulikkraft an den Umfangskreisringflächen der einrückbaren Halbring-Verriegelungselemente 56 die Ringe radial nach innen entsprechend dem Grundkreisereignis des Nockens 22 bzw. rückt diese ein, wenn es keine axiale Belastung mit Ausnahme von jener aufgrund der Hydraulikkraft an der Hochdruckkammer für eine Spielkompensation gibt. Es ist bei der Konstruktion der Vorrichtung wichtig, dass für die "anfängliche" radiale Bewegung der Verriegelungselemente die relativen Größen der Verriegelungselemente 56 und der Betätigungsdurchlässe 62 zueinander passen, da diese Beziehung die verfügbare Hydraulikkraft bestimmt. Die Entriegelungsbewegung wird so lange stattfinden, wie die Hydraulikkraft größer ist als die Summe aus der kleinen Reibungskraft (aufgrund der axialen Belastung von dem Spielkompensationsdruck) und der Kraft der Vorspannfedern 58.
Wenn sich das Motortellerventil 24 in der abgeschalteten Betriebsart befindet, verschwenkt der Kipphebel 16 an der Spitze des Motortellerventils, und der Nocken 22 verschiebt den Innenkörper 28 und den Plunger 30 gegen die Totgangvorspannfeder 33. Die axiale Trennung zwischen den Betätigungsdurchlässen 62 und Schmierdurchlässen 50 verhindert eine direkte Fluidverbindung dazwischen. Infolge des relativ kleinen radialen Zwischenraums zwischen dem Innenkörper 28 und dem Außenkörper 26 während des Umsetzens des Innenkörpers 28 innerhalb des Außenkörpers 26 nach unten oder nach oben wird an dem Betätigungsdurchlass ein hoher Druck aufrechterhalten. Am Ende der Rückkehr (axialen Bewegung nach oben) der hin- und hergehenden Plungeranordnung 30, wenn die Außenfläche der Verriegelungsringe noch im Wesentlichen in der tiefen Nut 54 versenkt ist, stimmen sie aufgrund des andauernden hohen Druckes nicht mit der Verriegelungsnut 59 überein. Deshalb wird ein erneutes Verriegeln der Innen- und Außenkörper verhindert.
Um das Motortellerventil wieder zuzuschalten, wird Hydraulikfluid abgelassen, wodurch der Druck an den Betätigungsdurchlässen 62 abgesenkt wird. Wenn der Nocken fortfährt, sich zu drehen, kann das Tellerventil nur dann aus dem abgeschalteten Zustand wieder zugeschaltet werden, wenn die Verriegelungsnut 59 des Außenkörpers wieder mit den Verriegelungselementen, die in der Verriegelungsnut 54 des Innenkörpers versenkt sind, erneut ausgerichtet ist. Das erneute Ausrichten der Nuten ist so eingestellt, dass es im Allgemeinen mit dem Grundkreisrotationssegment des Nockens zusammenfällt. Wenn der Druck über einem ausgewählten Schwellenwert bleibt, um die Federvorspannung der Vorspannfe der der Verriegelungsringe zu überwinden und somit das Motortellerventil im abgeschalteten Zustand zu halten, wird das Wiederzuschalten während des nachfolgenden Nockenzyklus stattfinden. Insbesondere selbst dann, wenn sich das Tellerventil 24 in der abgeschalteten Betriebsart befindet, wird die hydraulische Verbindung mit dem Schmierkanal 15 und der Niederdruckkammer 59 innerhalb des Plungers aufrechterhalten, um eine richtige Schmierströmung zu dem Kontakt zwischen dem kugelförmigen Ende des Plungers und der Kipphebellagerschale sicherzustellen.
In 6 ist eine Querschnittsansicht einer nicht erfindungsgemäßen Verriegelungsanordnung in einer zugeschalteten (verriegelten) Betriebsart eines Tellerventils gezeigt. Jedes der Verriegelungselemente 70 einen rechteckigen Kanal 72 auf, der durch Seitenwände 74 gebildet ist, die von dem gekrümmten Basisabschnitt 72 vorstehen. Die Abmessungen des Kanals entsprechen dem Querschnitt eines sich axial erstreckenden, rechteckigen Kernteilstücks 76 des Innenkörpers 28. Jedes Element 70 bewegt sich relativ zu den kurzen Seiten des Rechtecks, das durch den Kern 76 definiert ist, dichtend hin und her. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform weisen die Seitenwände 74 eine Länge auf, um jederzeit einen Kontakt mit dem Kern 76 selbst im vollständig ausgefahrenen Zustand aufrechtzuerhalten. Dargestellt ist auch die Verwendung einer einzelnen Vorspannfeder 78, die in einer in dem Kern 76 ausgebildeten Durchgangsbohrung angeordnet ist. Wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Verriegelungselemente 70 durch die Feder 78 derart gedrängt, dass sie radial in die Verriegelungsnut 59 hinein vorstehen. Hydraulikdruck, der auf die Umfangsfläche der Verriegelungselemente durch Betätigungsdurchlässe 62 aufgebracht wird, kann die Verriegelungselemente zusammendrücken, so dass sie sowohl von der Nut 59 als auch von dem Außenkörper 26 frei sind (wie es dargestellt ist). Die Arbeitsweise und Funktionalität der in 6 dargestellten Verrieg lungsvorrichtung ist ansonsten im Wesentlichen gleich wie die der oben beschriebenen.
In 7 ist ein abschaltender Ventilstößel 80 im verriegelten Zustand als eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die auf einen Ventilstrang vom Typ mit oben liegenden Ventil und Ventilstößelstange anwendbar ist. In diesem Zustand wird die nach oben gerichtete Verschiebung des Außenkörpers 82, die der Rolle von dem Nocken (nicht gezeigt) verliehen wird, mittels der Halbring-Verriegelungsanordnung 86 auf den Innenkörper 84 übertragen. Wenn der hydraulische Betätigungsdruck funktional zunimmt, werden die Verriegelungshalbringelemente 86 radial nach innen aus der verriegelten Position relativ zu dem Außenkörper 82 verschoben. Diese Verschiebung erlaubt eine Relativbewegung, die als der tote Gang definiert ist, zwischen dem Innenkörper 84 und dem Außenkörper 82. Im entriegelten Zustand (nicht dargestellt) wird die Verschiebung des Nockens auf den Außenkörper 82 aufgebracht, der durch die Totgangvorspannfeder 88 vorgespannt ist, wobei der Innenkörper 84 und die übrigen Ventilstrangkomponenten, die das Motortellerventil (nicht gezeigt) umfassen, stationär bleiben. Die Struktur, Eigenschaften und Funktion der hierin beschriebenen Halbring-Verriegelungselemente sind in dieser "Stößel"-Ausführungsformen im Allgemeinen gleich wie die, die oben anhand der d-SHLA-Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden.
Alternativen zu der vorstehenden Ausführungsform umfassen die Verwendung eines Zwei-Stufen-Nockenstößels, der derart konstruiert ist, dass er zwischen Voll-Hub und Null-Hub umschaltet, wobei er eine unabhängige Abschaltung ermöglicht. Dementsprechend werden Fachleute feststellen, dass die Erfindung zur Verwendung in Kombination mit beispielsweise einem herkömmlichen Rollen-Finger-Nockenstößel mit oben liegendem Nocken oder mit einem Zwei-Stufen-Nockenstößel verwendet werden kann, um den Hoch- und Nieder-Hub, der von dem Zwei-Stufen-Nockenstößel abgeleitet wird, eine Abschaltungseigenschaft hinzuzufügen.

Claims

Ventilabschaltungsvorrichtung zur selektiven Betätigung von Motorzylinderventilen, wobei jeweils ein Ventilstellglied für ein Motorzylinderventil in einer Galerie aufgenommen und positionierbar ist, die eine Bohrung aufweist, die Versorgungs- und Entleerungsdurchgänge zum Zuführen und Austragen von unter Druck gesetztem Hydraulikfluid umfasst, um das Ventilstellglied zwischen einem verriegelten Zustand, in dem das Motorzylinderventil zugeschaltet ist, und einem entriegelten Zustand, in dem das Motorzylinderventil abgeschaltet ist, umzuschalten; wobei die Verriegelungsringanordnung umfasst: ein Außenkörperelement mit einer Innenumfangsfläche und einer im Allgemeinen kreisringförmigen Verriegelungsnut und ein Innenkörperelement mit einer Außenumfangsfläche, wobei die Außenumfangsfläche einen Durchmesser aufweist, der dem der Innenumfangsfläche etwa entspricht, wobei das Innenkörperelement in dem Außenkörperelement angeordnet ist und relativ zu diesem axial verschiebbar ist, wenn sich das Ventilstellglied im entriegelten Zustand befindet; eine Totgangfeder, die das Innenkörperelement in Richtung einer axial ausgefahrenen Position relativ zu dem Außenkörperelement vorspannt; ein Verriegelungselement, das ein erstes Teil eines radial verschiebbaren, eine axiale Position des Innenkörperelements im Außenkörperelement verriegelnden Elements und ein zweites Teil radial verschiebbaren, die axiale Position verriegelnden Elements umfasst, wobei das erste und zweite Teil in eine erste radial ausgefahrene Position vorgespannt sind, so dass sie in die im Allgemeinen kreisringförmige Verriegelungsnut hineinragen, und durch Hydraulikdruck in eine zweite radial zusammengezogene Position zusammengedrückt sein können, so dass ihre äußere Flächen im Allgemeinen mit der Außenumfangsfläche des Innenkörperelements abschließen, wobei das erste Teil ein erstes Element einer Ausrichtungsführung aufweist, und das zweite Teil ein zweites Element der Ausrichtungsführung aufweist, wobei das erste und zweite Element derart zusammenwirken, dass sie die radiale Ausrichtung des ersten und zweiten Teils relativ zueinander und zu der im Allgemeinen kreisringförmigen Nut aufrechterhalten.
Ventilabschaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Teil eine gekrümmte Umfangskreisringfläche aufweisen und durch eine Feder in Richtung der radial ausgefahrenen Position federnd vorgespannt sind.
Ventilabschaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei das erste Teil und das zweite Teil flache Halbringe sind.
Ventilabschaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei das erste und zweite Element der Ausrichtungsführung jeweils ineinander greifende, einander ergänzende Enden des ersten und des zweiten Teils sind.
Verriegelungsringanordnung nach Anspruch 4, wobei die einander ergänzenden Enden gegen eine Leckage von unter Druck gesetztem Hydraulikfluid, das während einer Ventilabschaltung auf die Halbringe wirkt, abdichten.
Verriegelungsringanordnung nach Anspruch 2, wobei jedes der ersten und zweiten Teile einen Innenkanal umfasst, der eine Basis und Wände zur Aufnahme eines Abschnittes des Innenkörperelements definiert.
Verriegelungsringanordnung nach Anspruch 6, wobei sich die Feder durch das Innenkörperelement und gegen die Basis der Innenkanäle des ersten und zweiten Teils erstreckt.
Verriegelungsringanordnung nach Anspruch 7, wobei der Innenkanal einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und der Aufnahmeabschnitt des Innenkörperelements rechteckig ist.
Zylinderventilabschaltungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens ein Ventilstellglied zum selektiven Umschalten zwischen einem zugeschalteten und einem abgeschalteten Ventilzustand, wobei das mindestens eine zugehörige Ventil in dem zugeschalteten Ventilzustand betrieben wird und im abgeschalteten Ventilzustand geschlossen bleibt; eine Motorgalerie, die eine Bohrung aufweist, um das mindestens eine Ventilstellglied aufzunehmen, und Zufuhr- und Versorgungsdurchgänge umfasst, um unter Druck gesetztes Hydraulikfluid dem umschaltbaren Ventilstellglied zuzuführen und von diesem abzuführen, um zwischen dem zugeschalteten und dem abgeschalteten Zustand umzuschalten; wobei das Ventilstellglied aufweist: ein im Wesentlichen hohles, rohrförmiges Außenkörperelement mit einer Innen- und einer Außenfläche, das eine Verriegelungsnut, die an seiner Innenfläche angeordnet ist, und Betätigungsdurchlässe, die zwischen der Innen- und Außenfläche gebildet sind, um unter Druck gesetztes Hydraulikfluid zu der Verriegelungsnut zu übertragen; ein rohrförmiges Innenkörperelement mit einer Innenfläche und einer Außenfläche zum Einsetzen in das Außenkörperelement, wobei eine sich am Außenkörperelement abstützende Totgangfeder das Innenkörperelement in Richtung einer axial ausgefahrenen Position relativ zu dem Außenkörperelement vorspannt, eine tiefe Nut in der Außenfläche des Innenkörperelements gebildet ist und ein Plunger zum axialen Einsetzen zumindest in einen Teil des Innenkörperelements vorgesehen ist; eine Verriegelungsanordnung, die durch mindestens ein Paar Ringelemente gebildet ist, die in die tiefe Nut eingelassen sein können, wenn sie sich in einem zusammengedrückten Zustand befinden, und federnd vorgespannt sind, um sich aus der tiefen Nut verschiebbar in die Verriegelungsnut des Außenkörperelements zu erstrecken, wobei die Ringelemente kontinuierlich miteinander in Eingriff stehende, zusammenwirkende Ausrichtungselemente umfassen und im Wesentlichen flache obere und untere Flächen aufweisen, die die Verriegelungs-Scherfläche definieren; und ein radial nach außen gerichtetes Vorspannelement, um die Ringelemente in Richtung der Umfangsnut vorzuspannen.
Zylinderventilabschaltungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ringelemente Halbringe mit einer identischen abgeflachten Gestalt und von einer ausgewählten Dicke sind, die eine große überlappende Last tragende Fläche bereitstellen.
Zylinderventilabschaltungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die tiefe Nut umlaufend ist, und die Halbringe einen Ring bilden, und wobei die Ausrichtungselemente selbstführende, miteinander in Eingriff stehende, einander ergänzende Elemente sind, die an jedem der Halbringe angeordnet sind.
Zylinderventilabschaltungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verriegelungsnut eine Breite aufweist, die im Wesentlichen gleich der Dicke der Halbringe ist.
Zylinderventilabschaltungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Ring, der durch die Halbringe gebildet wird, einen im Wesentlichen vollständigen Kreisumfang besitzt.