DE10310776A1

DE10310776A1 - Ventilbetätigungseinstelleinrichtung mit Deaktivierung von Verriegelungskugeln

Info

Publication number: DE10310776A1
Application number: DE10310776A
Authority: DE
Inventors: Ilija Djordjevic
Original assignee: Stanadyne LLC
Current assignee: DEFIANCE INC., PARSIPPANY, N.J., US
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2003-11-13
Also published as: FR2837871A1; JP2004036603A; US6732687B2; US20030172889A1

Abstract

Eine allgemein konventionelle Ventilbetätigungseinstelleinrichtung wird dadurch abgewandelt, daß eine koaxial orientierte hydraulische Steuerkolbenanordnung innerhalb des Führungskörpers eingesetzt wird. Der Steuerkolben fixiert normalerweise Verriegelungsmittel, wie z. B. eine Mehrzahl von harten Kugeln, in Vielfachrasten, in Druck mit den anderen Komponenten belastet, um einen starren Anschlag zu bilden. Wenn der Steuerkolben jedoch hydraulisch unter Druck gesetzt wird, werden die Rasten überwunden und die Kolbenanordnung schafft einen nachgiebigen oder weichen Anschlag, der übermäßige Verschiebung (Einziehen) der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung innerhalb der Führung aufnimmt. Die hydraulische Betätigung wird vorzugsweise mit einem Dreiwegssolenoidventil oder ähnlichem durchgeführt, um Hochdrucköl zu einem Tunnel und damit verknüpften Einlaßöffnungen für die Steuerkolbenanordnung zu steuern. Bei der typischen Ausbildung der Erfindung braucht der Kolben nur zwei Betriebsstellungen zu haben - entregt, um die Rastbedingung oder die Bedingung des harten Anschlags zu erzielen, oder voll erregt, um die Ventildeaktivierungsstellung einzurichten. Mit allen von vorzugsweise vier Rasten in Quadrantsymmetrie und damit verknüpften Komponenten beim Druck wird Seitenbelastung vermieden. Darüber hinaus wird bei der vorliegenden Erfindung Rückschlag oder Spiel ebenfalls vermieden.

Description

HINTERGRUND

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Ventilbetätigungseinstelleinrichtungen für Verbrennungsmotoren.

Automobilmotoren verwenden während der meisten Fahrzeit nur einen kleinen Bruchteil ihrer Nennleistung. Es ist bekannt, daß eine größere Brennstoffwirtschaftlichkeit erreicht werden kann, indem die Luftpumpverluste zum Motorenzylinder während des gleichmäßigen Fahrens reduziert werden, wenn insbesondere einige der Motorzylinder deaktiviert werden, während die anderen Zylinder aktiv gehalten werden.

Es gibt verschiedene Arten, diese Deaktivierung von Zylindern zu erzielen. Eine Art ist eine zusammenlegbare hydraulische Ventilbetätigungseinstelleinrichtung, durch die Motorventile selektiv deaktiviert werden. Eine typische hydraulische Ventilbetätigungseinstelleinrichtung ist eine sehr einfache Vorrichtung und besteht im wesentlichen aus einem hydraulischen Zylinder und einer Kolbenanordnung, die entweder in Reihe oder parallel mit der Ventilsteuerung angebracht ist. Die Arbeitskammer der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung ist mit dem Motorschmierölkreislauf über ein Einwegrückschlagventil verbunden. Während der Zeit, während der das Motorventil offen bleibt, werden die Ventilschließkräfte nur durch die Säule von Schmieröl unterstützt, die in der Kammer gefangen sind. Wegen des erhöhten Druckpegels leckt etwas der anfänglichen Schmierölladung heraus, wodurch die Ventilsteuerungslänge verkürzt wird und ein sicherer Sitz des Ventils sichergestellt wird. Sitz das Ventil einmal in seinem Sitz und wird die Ventilschließkraft durch den Ventilsitz abgestützt, fällt der Druck in der Kammer ab. Der Zwischenraum, der durch das Lecken geschaffen wird, wird dann schnell über das Einweg (Rückschlag)-ventil von dem Schmierölkreislauf wieder gefüllt. Indem der Zwischenraum beseitigt wird, wird kein beträchtlicher akustischer Lärm erzeugt, und irgendeine Sitzabnutzung wird kompensiert.

Während des aktiven Zyklus des Motorventils (Ventil offen) wird das Kollabieren der Ventilbetätigungseinstellvorrichtungs-Kolbenanordnung durch einen seitlichen Verriegelungsstift verhindert, der in einer entsprechenden Bohrung der äußeren Hülse verriegelt ist. Während des Deaktivierungszyklus drückt Schmieröl von einem Sekundärkreislauf den Verriegelungsstift außer Eingriff (gegen eine Rückstellfeder), und der Ventilbetätigungseinstellträger wird von diesem Punkt an nicht im Stande sein, die Ventilsteuerungskräfte zu halten, und das Ventil wird geschlossen bleiben (und dadurch deaktiviert). Die Bewegung der Ventilsteuerung, die durch den Nocken erzeugt wird, wird statt dessen durch die Feder(n) absorbiert, die unterhalb des Ventilbetätigungseinstellungsträgers angebracht ist (sind).

Die Nachteile dieser Konstruktion sind erstens Schwierigkeiten, die mit dem Verriegelungsstift verknüpft sind, seine Zielbohrung während der sehr kurzen Zeit zu finden, die für Reaktivierung zur Verfügung steht (besonders kritisch bei höherer Geschwindigkeit) und zweitens die hohen Biege-(Scher)- Kräfte, denen der Stift und seine Haltebohrung ausgesetzt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung so abgewandelt, so daß bei Empfang des Ventildeaktivierungssignals der Ventilbetätigungseinstelleinrichtungsanschlag sich zuverlässiger und übereinstimmend von einem harten Anschlag zu einem weichen Anschlag ändert. Als Ergebnis verschiebt die überschüssige Kraft, die in der Ventilschließfeder gespeichert ist, die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung durch den weichen Anschlag, so daß der Stößelschwenkpunkt der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung auch in eine Stellung verschoben wird, wo der obenliegende Nocken mit verringerter Kraft auf einen Rollenfinger wirkt. Das Ventil öffnet sich daher nicht während irgendeines Teils der Drehung der Nockenwelle. Bei Entregung der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung kehrt der Schwenkpunkt für den Fingerarm in seine normale Stellung zurück, die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung findet einen harten Anschlag vor, und der Nocken kann die Ventilschließfeder überwinden, um das Ventil entsprechend dem Nockenzeitpunkt zu öffnen.

Im wesentlichen wird eine allgemein konventionelle Ventilbetätigungseinstelleinrichtung dadurch abgewandelt, daß eine koachsial orientierte hydraulische Steuerkolbenanordnung innerhalb des Führungskörpers eingesetzt wird. Der Steuerkolben fixiert normalerweise Verriegelungsmittel, wie z. B. eine Mehrzahl von harten Kugeln, in vielfachen Rasten, die unter Druck mit den anderen Komponenten belastet sind, um einen starren Anschlag zu schaffen. Wenn der Steuerkolben jedoch hydraulisch unter Druck gesetzt wird, werden die Rasten überwunden, und die Kolbenanordnung schafft einen nachgiebigen oder weichen Anschlag, der übermäßige Verschiebung (Zurückziehung) der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung innerhalb der Führung aufnimmt. Die hydraulische Betätigung wird vorzugsweise mit einem Dreiweg-Solenoidventil oder ähnlichem durchgeführt, um Hochdrucköl zu einem Tunnel und damit verknüpften Einlaßöffnungen für die Steuerkolbenanordnung zu steuern. Bei der typischen Ausführung der Erfindung muß der Kolben nur zwei Arbeitsstellungen haben - entregt, um die Arretierungs- oder Bedingung harten Anschlags einzurichten, oder voll erregt, um die Ventildeaktivierungsstellung einzurichten.

Mit allen von vorzugsweise vier Rasten in Quadrantsymmetrie und damit verknüpften Komponenten wird beim Druck seitliche Belastung vermieden. Auch wird mit der vorliegenden Erfindung Spiel oder Rückschlag vermieden.

Insbesondere wird während des Betriebs mit hoher Leistung (Motorventil aktiv) ein im wesentlichen zylindrischer Ventilbetätigungseinstellstößeleinsatz durch einen Ring von Kugeln abgestützt, die in einem oder mehreren Kreuzlöchern im unteren Teil des Stößelhauptteils angeordnet sind und mit einer entsprechenden ringförmigen Nut in der Führungskörperbohrung in Eingriff sind. Der hydraulische Steuerkolben ist in der Mittellinie des Stößelhauptteils angeordnet und, erregt durch seine eigene Rückkehrfeder, hält die Kugeln solange auseinander gebreitet, wie kein unter Druck stehendes Öl in dem Steuerkanal oder der Kammer vorhanden ist. Alle Komponenten, die die Ventilbetätigungsreaktionskräfte stützen, werden unter Druck in ähnlicher Weise wie ein Kugellager belastet, was sehr vorteilhaft ist, was Abnutzung und Lebensdauer anbetrifft.

Ist einmal das unter Druck stehende Schmieröl eingeschaltet, wird hydraulische Kraft die Kraft der Steuerkolbenrückführfeder überwinden und den Steuerkolben in Richtung nach unten bewegen, was es den Kugeln ermöglicht, an der Rampe der ringförmigen Nut herunterzugleiten und dadurch zur Mitte sich zu bewegen und den Stößel zu lösen. In dieser Stellung ist die einzige Kraft, die versucht, den Stößel hochzudrücken, die Kraft der Stößelrückführfeder (Deaktivierungsfeder), die im unteren Teil des Stößels angeordnet ist, die viel kleiner ist als die Kraft, die für Ventilbetätigung notwendig ist, und wodurch Öffnung des damit verknüpften Motorventils verhindert wird.

Um die Kontaktbelastung (Hertz'sche Belastung) am kritischsten Punkt zu verringern, ist der obere Teil dieses hydraulischen Steuerkolbens vorzugsweise etwa wie eine zusammengesetzte Pyramide geformt und definiert vier symmetrische Paare von oberen und unteren Rampen. Bei Aktivierung des Steuerkolbens bewegen sich die Kugeln von der Abstützung an den unteren Rampen zur Abstützung an den oberen Rampen. Bei selben Belastungen ist die Berührungsbelastung zwischen einer Kugel und einer flachen Stelle viel kleiner als die Berührungsbelastung zwischen einer Kugel und einem Zylinder. Auch der eingeschlossene Winkel beider Rampen (untere und obere) kann auf solche Weise ausgebildet sein, die resultierende Reaktionskraft an der Kugel/Rampenschnittstelle zu minimalisieren. Auf ähnliche Weise können die Verriegelungsoberflächen (untere Rampe) des Steuerkolbens einen kleinen eingeschlossenen (selbstverriegelnden) Winkel haben, um Rückschlag oder Spiel während der aktiven Periode des Ventils (Kugeln im Eingriff) zu beseitigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die bevorzugten Ausführungsformen sollen unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Teils eines Verbrennungsmotors, die ein Auslaßventil zeigt, das gegen ihre Ventilfeder durch die Kraft geöffnet ist, die von einer Erhöhung auf der Nockenwelle durch einen schwenkbaren Fingerarm zur gleitenden Oberfläche der Oberseite des Ventilschafts übertragen wird, wobei die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung der Erfindung sich im normalen deaktivierten Zustand befindet, um einen festen Schwenkpunkt am anderen Ende des Fingerarms zu bilden;
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, die zeigt, daß die Nockenwelle gedreht worden ist, um die auf den Fingerarm wirkende Erhöhung zurückzuziehen, wodurch das freie Ende im Uhrzeigersinn relativ zur in Fig. 1 gezeigten Stellung um den normalen festen Schwenkpunkt der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung schwenkt, so daß die Ventilfeder den Ventilschaft anhebt und das Ventilglied gegen den Ventilsitz schließt;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich wie Fig. 2, die das Ergebnis des Aktivierens der Motorventildeaktivierungseinrichtung (Ventilbetätigungseinstelleinrichtung) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Schwenkpunkt für den Fingerarm abgesenkt ist, so daß, sogar wenn der Erhöhungsteil des Nockens am Arm angreift, der Arm nicht ausreichend gegen den Ventilschaft sich verschwenkt, um das Ventil zu öffnen;
Fig. 4A, B, C die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Steuerkolben, der ähnlich einer zusammengesetzten Pyramide ist, in der normalen Konfiguration des "harten Anschlags", die den Fig. 1 und 2 entspricht;
Fig. 5A und B die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung von Fig. 4 in der aktivierten Konfiguration oder Konfiguration des "weichen Anschlags";
Fig. 6 eine alternative Form des Steuerkolbens;
Fig. 7 eine Ventilbetätigungseinstelleinrichtung, die den Steuerkolben von Fig. 6 aufweist (wobei die Rampenwinkel übertrieben sind); und
Fig. 8A bis F den Verlauf der Stößeldeaktivierung für die Ausführungsform von Fig. 7.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils eines Verbrennungsmotors 10 und zeigt ein Auslaßventil 12, das gegen die Ventilfeder 14 durch die Kraft geöffnet wird, die von einer Erhöhung 16 auf der Nockenwelle 18 durch einen schwenkbaren Fingerarm 20 auf die Gleitoberfläche an der Oberseite 22 des Ventilstößels 24 übertragen wird, wobei sich die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung 26 der Erfindung im normalen deaktivierten Zustand befindet, um einen festen Schwenkpunkt 28 am anderen Ende des Fingerarms 20 zu bilden.
Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 und zeigt, daß die Nockenwelle 18 sich gedreht hat, um die Erhöhung 16 wegzubewegen, so daß der niedrige Teil 16' auf den Fingerarm 20 wirkt, wobei sich das freie Ende 30 im Uhrzeigersinn relativ zur in Fig. 1 gezeigten Stellung um den normalen festen Schwenkpunkt 28 der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung verschwenkt, so daß die Ventilfeder den Ventilschaft anhebt und das Ventilglied 32 gegen den Ventilsitz 34 schließt.
Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2, die das Ergebnis des Aktivierens der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Schwenkpunkt 28' des Fingerarms zurückgezogen ist, so daß sogar dann, wenn der hohe Bereich 16 des Nockens am Arm 20 angreift, der Arm nicht ausreichend gegen den Ventilschaft 24 verschwenkt wird, um das Ventil 32 zu öffnen.
Fig. 4A, B und C zeigen die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung 26, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer pyramidenförmigen Steuerkolbenanordnung 36 modifiziert ist, in der normalen Konfiguration des "harten Anschlags", die den Fig. 1 und 2 entspricht. Die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung 26 weist eine konventionelle Haupt- oder Primärkolbenanordnung 38 und eine sekundäre oder Steuerkolbenanordnung 36 auf, die beide innerhalb eines Führungskörpers 44 angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform arbeitet eine einzige Zylindereinheit 42 als Stößel und begrenzt sowohl den Primärzylinder 42A als auch den Sekundärzylinder 42B.
Die Haupt- oder Primärkolbenanordnung 38 weist einen ersten Kolben 40 auf, der innerhalb des Primärzylinders 42A angeordnet ist und in der konventionellen Weise arbeitet, wie dies im "Hintergrund" beschrieben worden ist. Ein hydraulischer Primärkreis liefert Hydraulikfluid von einem Primäreinlaßtunnel 62 und einer damit verknüpften Öffnung durch den Führungskörper 44 zur Öffnung 60 im ersten Zylinder 42A für den Zweck, die achsiale Stellung des Primärkolbens 40 relativ zum ersten Zylinder 42A einzustellen. Wie dies konventionell ist, weist der erste Kolben 40 einen Durchlaß 50 auf, der normalerweise durch ein Rückschlagventil 52 mit damit verknüpfter Kugelfeder und Sitz 54 verschlossen wird. Der Sitz wird gegen die Basis des ersten Kolbens 40 durch eine andere Feder 54A gedrückt, die durch die Endwand 56 abgestützt wird. Bei der dargestellten Form hat der erste Zylinder ein hohles Zentrum 46, das zu einer Entlüftung 48 im Kopf führt. Unterhalb des Kopfes ist ein engerer Hals innerhalb einer Öffnung in der Hülse 64 gefangen, die wiederum am oberen Ende des ersten Zylinders 42A befestigt ist.
Auf diese Weise kann der Überstand des ersten Kolbens 40 von der Oberseite der Führung 44, der mit 100 bezeichnet ist, eingestellt werden, indem der überstand 102 des Kolbens 40 relativ zum ersten Zylinder 42A eingestellt wird.
Erfindungsgemäß wird die zweite Kolbenanordnung 36 selektiv durch einen zweiten hydraulischen Kreis betätigt, um ein "weiches" Einziehen der ersten Kolbenanordnung 38 innerhalb des Führungskörpers 44 zu erlauben, wodurch der Überstand 104 des Zylinders 42A vom Führungskörper 44 verringert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform, wo der erste Zylinder 42A und der zweite Zylinder 42B einstückig mit der Zylindereinheit oder dem Stößel 42 sind, verschiebt die Verschiebung der zweiten Kolbenanordnung 36 auch die Primärkolbenanordnung und damit den ersten Kolben 40. In dem Ausmaß, wie die zweite Kolbenanordnung 36 verschoben (eingezogen) wird oder eine nachgiebige Entstellung erreicht, erreicht die erste Kolbenanordnung ebenso eine nachgiebige eingezogene Stellung innerhalb der Führung 44.
Wenn die Zylindereinheit 42 sich in der eingezogenen (aktivierten) Stellung befindet, wird der Schwenkpunkt 28, wie dies in der Fig. 1 und 2 gezeigt ist, nach unten verschoben, wie dies bei 28' in Fig. 3 gezeigt ist, wodurch die Hebelwirkung zwischen der Erhöhung 16 und dem Arm 20 geändert wird, daß die Erhöhung keine ausreichende Kraft auf den Arm ausüben kann, um die Ventilfeder 14 zu überwinden und dadurch das Ventil 32 zu öffnen. Bei der Erfindung ist während des aktivierten Zustands der Schwenkpunkt mit der Nockenstellung, die in Fig. 2 gezeigt ist, derselbe, als wenn die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung deaktiviert ist, bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung bewegt jedoch der "weiche Anschlag" den Schwenkpunkt nach unten zu der in Fig. 3 gezeigten Stellung.
Bei der Ausführungsformen der Fig. 4 hat die Zylindereinheit 42 einen massiven mittigen Bereich zwischen den Kolbenzylindem 42A und 42B mit Ausnahme von zwei Durchgangsbohrungen, die sich im rechten Winkel schneiden, um einen hydraulischen Steuertunnel oder eine Kammer 66 zu bilden, die unmittelbar die Mittellinie der Zylindereinheit umgibt und auch vier zylindrische Schlitze zum Aufnehmen von entsprechenden vier starren Kugeln 70 bildet, die im wesentlichen denselben Durchmesser wie der Durchmesser der Kreuzbohrungen haben. An der Ebene, die quer zur Mittellinie angeordnet ist und durch die Mittelpunkte der Kreuzbohrungen und Kugeln 70 hindurchgeht (wie dies in Fig. 4B gezeigt ist), hat der Führungskörper 44 vier gekrümmte Rasten 68, die vorzugsweise durch eine ringförmige Nut entlang der inneren Oberfläche des Führungskörpers 44 gebildet sind.
Die Kugeln 70 werden in den Bohrungen an seitlichen Stellen gehalten, so daß die untere Krümmung jeder Raste einen starren Anschlag 92 bildet, der einen festen Überstand des ersten Zylinders 42A von der Oberseite des Führungskörpers 44 aufrechterhält, wie dies bei 104 gezeigt ist. Die Kugeln 70 werden gegen die starren Anschläge 92 durch den Kopf 94 des zweiten oder Steuerkolbens 74 gedrückt. Insbesondere halten die steile untere Neigung 96 und der Absatz 106 auf dem Kolbenkopf 94 in Verbindung mit der nach oben gerichteten Vorspannung der Kolbenfeder 82 die Kugeln 70 in der verriegelten Stellung, die mit der normalen Ventilbetriebsweise verknüpft ist, wie dies oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist.
Die Sekundärkolbenanordnung 36 hat einen Sekundärzylinder 42B mit offener Unterseite 78, wobei der Außendurchmesser des zweiten Zylinders geringer ist als derjenige des ersten Zylinders 42A unterhalb des mittigen Bereichs, der die Kreuzbohrungen enthält. Der Teil 90 der Zylindereinheit unmittelbar unter der Kreuzbohrungen definiert nicht nur eine vorspringende Kante oder Bahn an der unteren Bohrungswand, auf der die Kugeln abgestützt werden können (wie dies deutlicher unten beschrieben werden wird), sondern definiert auch eine Schulter oder einen Flansch, gegen den die Zylinderfeder 84 die Zylindereinheit nach oben vorspannt. Während die untere Krümmung 92 der Anschläge einen starren Anschlag bildet, der eine nach unten gerichtete Bewegung der Zylindereinheit 42 relativ zum Führungskörper 44 entgegen zu nach unten gerichteten Kräften verhindert, die auf den Kopf des ersten Kolbens 40 ausgeübt werden, schafft die obere Krümmung 92' der Anschläge einen starren Anschlag entgegen einer nach oben gerichteten Vorspannung der Zylindereinheit, die durch die Zylinderfeder 84 geliefert wird, die bei 86 am Boden der Zylindereinheit 42 ihren Sitz hat.
Wenn die Verriegelungskomponenten gelöst werden, wie dies weiter unten deutlicher beschrieben werden wird, nimmt die Zylinderfeder 84 alle nach unten gerichteten Kräfte auf, die über den ersten Kolben 40 durch die Zylindereinheit 42 wirken und schafft den gewünschten weichen (das heißt nachgiebigen) Anschlag, wodurch das Verbrennungszylinderventil 32 während der ganzen Nockenwellenrotation geschlossen bleibt. Das Ventil ist daher "deaktiviert", wenn die zweite Zylinderanordnung 36 auf folgende Weise "aktiviert" ist. Hydraulikfluid wird durch die Sekundäreingangsöffnung 72 im Führungskörper 44 eingeleitet, gelangt durch den Ring 68 an der Innenwand des Führungskörpers und setzt den zweiten Tunnel oder die Steuerkammer 66 unter Druck. Diese Unterdrucksetzung wirkt auf den Kopf 94 des Steuerkolbens 74 und drückt ihn nach unten gegen die Vorspannung der Kolbenfeder 82, die im Sitz 80am unteren Ende des Sekundärzylinders 42B sitzt und auch innerhalb des hohen Körpers 108 des Körpers sitzt. Während sich der Steuerkolben nach unten innerhalb der Kolbenkammer 76 bewegt, bewegen sich die unteren Rampen 96 auf der unteren Hälfte der Kugeln, so daß die Kugeln im wesentlichen stationär bleiben. Bei weiterer Bewegung des Steuerkolbens kommen die Kugeln aber in Berührung mit den oberen geneigten Flächen 98, die einen wesentlich weniger spitzen Winkel haben, wodurch sich die Kugeln seitlich nach innen zur Mittellinie bewegen.
Wenn der Steuerkolben voll innerhalb seines Zylinders 42B eingezogen ist, haben sich die Kugeln nach innen weg von den Anschlägen bewegt, so daß aufgrund des hohen Drucks in der Steuerkammer 66 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Zylindereinheit 42 (aufgrund der Tatsache, daß der Nockenvorsprung 16 über den Arm 20 auf den Kolben 40 gemäß Fig. 1 wirkt) bewirkt, daß die Kugeln radial nach innen auf dem Absatz 90 rollen, während die Kugeln die Innenwand des Führungskörpers 44 unterhalb der Rasten 68 berühren. Diese nach unten gerichtete Bewegung der Zylindereinheit 42 wird nun nicht durch die Kugeln eingeschränkt und schreitet weiter nach unten gegen die Vorspannung der Feder 84 fort bis (an der Grenze falls notwendig) der zweite Zylinder 42B am unteren Ende des Führungsteils 44 herauskommt. Öffnung 88 lüftet das Fluid im unteren Teil des Volumens des Führungskörpers 44.
Die Fig. 5A und 5B zeigen die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung bei der Grenze der Einziehung der aktivierten oder "weicher Anschlag"-Konfiguration. Während die Querschnittsansicht in Fig. 4B die Beziehung der Kugeln 70 zu der Nut 68 im Führungskörper 44, der Steuerkammer 66 und der oberen Schrägfläche 98 des Steuerkolbens in der normalen deaktivierten Stellung, die mit Fig. 4A verknüpft ist, zeigt Fig. 5B dieselbe Beziehung, wenn die Zylindereinheit 42 sich im voll eingezogenen Grenzzustand befindet, der in Fig. 5A gezeigt ist.
Man wird verstehen, daß wie bei den Zuständen, die in Fig. 4A und 5A gezeigt sind, der gesamte Überstand 100 des ersten Kolbens 40 relativ zum Führungskörper 44 zu 100' um die Entfernung 110 geändert worden ist, die sich die Zylindereinheit 42 und die damit verknüpften Verriegelungskugeln innerhalb des Führungskörpers 44 nach unten bewegt haben. Man sollte weiter verstehen, daß in Fig. 5A der Steuerkolben 74 sich nach unten heraus bewegt werden kann, dies braucht aber kein harter Anschlag zu sein, wobei Nachgiebigkeit in der Beziehung zwischen der Zylinderfeder 84 und der Kraft beibehalten wird, die an die Zylindereinheit des Flansches oder ähnlichem bei 90 angelegt ist.
Wenn Normalbetrieb der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung gewünscht ist, wird der hydraulische Druck in dem Sekundärtunnel 66 gelöst. Der Steuerkolben 74 wird sich innerhalb des Sekundärzylinders anheben, und die Zylinderfeder wird die Zylindereinheit nach oben bewegen, bis die Kugeln die Rasten erreichen und in die in Fig. 4A gezeigte Stellung zurückkehren.
Bei einigen Anwendungen könnte es passieren, daß, während des Auslaßventil deaktiviert ist, der Druck, der in die Primärkolbenanordnung über 62, 60, 46 (siehe Fig. 4A) eintritt, die für normale Einstellung des harten Anschlags sorgt, die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung bis zu dem Punkt ausbreitet, daß ein richtiges Wiedereingreifen verhindert wäre und so Ventilreaktivierung verhindert würde.
Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform 112, 114, die eine Einrichtung gegen das Aufpumpen aufweist, die dies verhindert. Die differenziellen hydraulischen Kräfte aufgrund der Druck/Flächenbeziehungen können so ausgebildet sein, daß sie immer eine positive Ventilschließungskraftkomponente haben. Die Fig. 7A und 7B zeigen eine Ventilbetätigungseinstelleinrichtung, die den Steuerkolben von Fig. 6 einschließt (wobei die Rampenwinkel übertrieben sind). Der Steuerkolben 112 hat eine abgerundete Spitze, die einen Ventilsitz 116 bildet, der unten detaillierter diskutiert werden soll, und obere Rampen 118 und untere Rampen 120, die einen kleineren eingeschlossenen Winkel bilden als die analogen Schrägflächen 98 und 96, die in Fig. 4 gezeigt sind. Insbesondere bilden sie einen spitzen Winkel, der im wesentlichen symmetrisch relativ zu einer Ebene ist, die sich senkrecht zur Mittellinie der Einrichtung erstreckt. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform hat der Steuerkolben 112 einen im wesentlichen zylindrischen hohlen Hauptteil 130, der sich unterhalb des Absatzteils 122 erstreckt. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ist die Zylindereinheit oder der einstückige Stößel 136 in einem Führungskörper 44 angeordnet, wobei die Zylindereinheit einen oberen oder Primärzylinder 136A und einen unteren oder Sekundärzylinder 136B definiert, mit einem im wesentlichen massiven Zwischenbereich, in dem Kreuzbohrungen sich in einer mittigen Steuerkammer 138 kreuzen.
Bei dieser Ausführungsform ist jedoch die Lüftung 124 mit dem damit verknüpften Sitz 126 im Materialbereich zwischen dem ersten Zylinder 136A und der Steuerkammer 138 ausgebildet. Der Kopf des Steuerkolbens 112 bildet eine Ventiloberfläche oder einen Sitz 116 zum selektiven Schließen oder Öffnen der Entlüftung 124. Die Gegenwart dieser Entlüftung liefert ein Merkmal gegen das Aufpumpen, was verhindert, daß der Hochdruck im Primärzylinder 136A die Wände des Führungshauptteils 44 in dem Maße ausbreitet, daß eine Reaktivierung des Auslaßventils verhindert würde.
Fig. 8A bis F zeigen den Verlauf der Deaktivierung der Zylindereinheit oder des Stößels 136 für die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform. Fig. 8A entspricht dem Betriebszustand, wo das Auslaßventil aktiv ist, um sequentiell die Auslaßöffnung der Verbrennungskammer zu öffnen und zu schließen, und der sekundäre Hydraulikkreis wird in Bezug auf die sekundäre Kolbenanordnung deaktiviert. Bei dieser Betriebsart wird die Kraft, die auf die Oberseite des Primärkolbens 40 an der Schwenkoberfläche ausgeübt wird, durch die Primärkolbenanordnung zu den Verriegelungskugeln 70 übertragen, die gegen die harte Anschlagsoberfläche 142 gefangen sind. Die untere Schrägfläche 120 des Steuerkolbens berührt die Verriegelungskugeln bei diesem Zustand des harten Anschlags. Die Kraftkomponente, die durch die Auslaßventilbetätigungsreaktionskraft erzeugt wird, wird das Entlüftungsventil 116 geschlossen halten. Man wird verstehen, daß eine Alternative zum dargestellten einstückigen Steuerkolben mit dem integralen Ventil 116 äquivalent unter Verwendung eines Steuerkolbens mit gefangenem Kugelventilglied an der Oberseite ausgebildet sein könnte. Die unteren Schrägflächen 120 des Steuerkolbens in der Nähe der Spitze oder der obersten Stelle des spitzen Winkels, der durch die oberen und unteren Schrägflächen gebildet wird, liefern keine positiven nach unten gerichtete Kraft gegen die verriegelnden Kugeln, sondern berühren nur die Kugeln, um sicherzustellen, daß sie ihre Stellungen seitlich nach außen gegen die untere Krümmung 142 der Anschläge 168 behalten, während sie auf dem Absatz 90 ruhen. Wird der Sekundäröltunnel unter Druck gesetzt, wodurch die Steuerkammer 138 unter Druck gesetzt wird, trennt sich der Steuerkolben 112 vom Lüftungssitz 126 und beginnt, sich nach unten gegen die Kraft der Kolbenfeder 132 zu bewegen. Während die Rolle des Arms 20 sich über den Nockenbasiskreis bewegt (siehe Fig. 2), ist die dominante Kraft, die auf den Stößel 136 wirkt, die nach oben gerichtete Kraft der Deaktivierungszylinderfeder 134. Wenn das Ventil 116 sich plötzlich öffnet, fällt der Hochdruck im Primärzylinder 136A zusammen, was es den blockierenden Kugeln erlaubt, sich über die untere Rampe 120 nach oben zu bewegen. Wenn sich der Steuerkolben nach unten bewegt, bewegt sich die Spitze an der obersten Stellung 144, die in Fig. 8C gezeigt ist, vorbei, bis die verriegelnden Kugeln nach innen auf die unteren Schrägflächen 118 rollen, wie dies in Fig. 8D gezeigt ist. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ist die hydraulische Hauptbetätigung für die Steuerkammer 138 die Unterdrucksetzung durch die Öffnung 72 durch einen sekundären Hydraulikkreis.
Bei dem in Fig. 8C gezeigten Zustand, wo die Kugeln sich an der maximalen seitlichen Außenstellung befinden, berühren die Kugeln an ihrer 3:00 Stellung die Spitze des Steuerkolbenwinkels, und berühren bei der 9:00 Stellung die Oberflächen der Rasten, die am weitesten von der Mittellinie der Einrichtung entfernt sind. Der Betätigungsdruck bewegt der Steuerkolben weiter nach unten zu der in Fig. 8D gezeigten Stellung, wobei die Kugeln innerhalb des Durchmessers des Stößels 133 verbleiben und der Stößel nachgiebig nach unten gerichtete Kräfte über die Zylinderfeder 134 aufnehmen kann, um das Motorventil deaktiviert zu halten.
Wie dies in den Fig. 8E und 8F gezeigt ist, belastet, wenn der Druck in dem Sekundärtunnel 138 zusammenfällt, die Verriegelungskolbenrückführfeder 132 die Verriegelungskugeln gegen die Wand des Führungskörpers. Sobald wie der Stößel 136 die Stellung erreicht, wo die Verriegelungskugeln mit den Anschlägen ausgerichtet sind, werden die Kugeln wieder in Eingriff kommen. Die Verriegelungskolbenrückführfeder wird durch Trägheit unterstützt und wird so den Kolben durch die Kugeln stoßen und dabei das Hochdruckkammerentlüftungsventil 116 schließen. Die Hochdruckkammer in 136A dehnt sich aus, wodurch irgendwelche restliche Ventilbetätigung beendet wird.

Claims

1. Hydraulische Ventilbetätigungseinstelleinrichtung zum Einbau in einen Verbrennungsmotor, der einen Verbrennungszylinder, eine Zylinderauslaßöffnung, die mit einem Sitz versehen ist, ein verschiebbares Auslaßventil, das dazu angeordnet ist, die Auslaßöffnung zu öffnen und zu schließen, indem es sich von dem Ventilsitz trennt und gegen den Ventilsitz abdichtet, eine drehbare Nockenwelle mit mit einer Erhöhung versehenem Nockenprofil, um zyklisch einen Kipphebel auf einem Schwenkpunkt der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung mit ausreichender Kraft zu verschwenken, um das Ventil gegen die Schließkraft einer damit verknüpften Ventilfeder zu schließen und dabei zyklisch die Auslaßöffnung zu schließen und zu öffnen, aufweist, wobei die hydraulische Ventilbetätigungseinstelleinrichtung einen zylindrischen Führungskörper mit einem offenen oberen Ende, eine Primärkolbenanordnung, die in dem Führungskörper mit einem Primärkolben, der sich nach oben entlang der Führungskörperachse über das offene obere Ende zu einer Schwenkoberfläche erstreckt, die dazu ausgebildet ist, einen Schwenkpunkt für ein Ende des Kipphebels zu bilden, und primäre Hydraulikströmungsdurchlaßmittel aufweist, die durch den Führungskörper hindurch gehen und zusammenwirkend mit der Primärkolbenanordnung verknüpft sind, um den Überstand der Schwenkoberfläche vom Führungskörper einzustellen, gekennzeichnet durch
eine Sekundärkolbenanordnung, die im Führungskörper unterhalb der Primärkolbenanordnung angeordnet ist und einen koachsial ausgerichteten Steuerkolben einschließt, der eine Steueroberfläche hat, die unterhalb der Primärkolbenanordnung beabstandet ist;
Sekundärhydraulikströmungsdurchlaßmittel, die zusammenwirkend mit der Sekundärkolbenanordnung verknüpft sind, um die achsiale Stellung des Steuerkolbens einzustellen;
Verriegelungsmittel, die zwischen der Primärkolbenanordnung und der Sekundärkolbenanordnung angeordnet sind und mit dem Steuerkolben so zusammenwirken, daß
wenn der Sekundärhydrauliksteuerkreis deaktiviert ist, der Steuerkolben die Verriegelungsmittel in einer ersten Stellung hält, um eine harte Anschlagbegrenzung für die Verschiebung der Primärkolbenanordnung relativ zum Führungskörper zu bilden, und
wenn die Sekundärhydraulikströmungsdurchlaßmittel mit Hochdruckhydraulikfluid aktiviert werden, der Steuerkolben achsial verschoben wird und die Verriegelungsmittel in eine zweite Stellung verschiebt, wodurch die Sekunderkolbenanordnung mit der Primärkolbenanordnung zusammenwirkt, um einen weichen Anschlag für Verschiebung der Primärkolbenanordnung relativ zum Führungshauptteil zu bilden.

2. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen allgemein zylindrischen Stößel, der im Führungskörper angeordnet ist und zum oberen Ende des Führungskörpers vorgespannt ist, welcher Stößel aufweist:
einen oberen Teil, der einen oberen Zylinder definiert, in dem der Primärkolben angebracht ist, und wobei der Primärkolben die Primärkolbenanordnung bildet;
einen Zwischenteil, der teilweise die Verriegelungsmittel definiert; und
einen unteren Teil, der einen unteren Zylinder definiert, in dem der Steuerkolben angebracht ist, wobei der Steuerkolben die Sekundärkolbenanordnung bildet;
wobei
der Steuerkolben innerhalb des Zwischenteils zwischen achsial beabstandeten ersten und zweiten Stellungen verschiebbar ist, die den ersten und zweiten Stellungen der Verriegelungsmittel entsprechen, und
wenn der Steuerkolben und die Verriegelungsmittel in den entsprechenden zweiten Stellungen sind, die Vorspannung auf den Stößel den weichen Anschlag für Verschiebung der Primärkolbenanordnung relativ zum Führungskörper bildet.

3. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach einen der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel eine Mehrzahl von starren Körpern aufweist, die in der ersten Stellung der Verriegelungsmittel quer zur Achse durch die erste Stellung des Steuerkolbens in Eingriff mit dem Führungskörper gedrückt werden und in der zweiten Stellung des Steuerkolbens quer zur Achse verschoben werden, um sich vom Führungskörper in der zweiten Verriegelungsstellung zu lösen, so daß der Stößel mit der Primärkolbenanordnung sich achsial relativ zum Führungskörper bewegen kann, um den weichen Anschlag zu schaffen.

4. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verriegelungsmittel eine Mehrzahl von Kreuzbohrungen in dem Zwischenbereich des Stößels aufweisen, welche Bohrungen aufweisen, welche Bohrungen sich entlang der Achse schneiden, um eine Steuerkammer zu bilden, in der der Steuerkolben angeordnet ist;
die starren Körper Kugeln sind, die in den entsprechenden Kreuzbohrungen angeordnet sind und Durchmesser haben, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser dieser Kreuzbohrungen sind;
der Führungskörper Rasten aufweist, auf denen die Kugeln starr gegen achsiale Verschiebung gelagert sind, wenn die Verriegelungsmittel und der Steuerkolben in den ersten Stellungen sind; und
die Sekundärhydraulikströmungsdurchlaßmittel einen Hochdruckströmungsdurchlaß zu der Steuerkammer aufweisen, um den Steuerkolben von der ersten in die zweite Stellung zu verschieben, wodurch die Querunterstützung, die durch den Kolben auf die Kugeln ausgeübt wird, gelöst wird und die Kugeln von den Rasten zurückgezogen werden.

5. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasten eine ringförmige Nut im Führungskörper sind.

6. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolbenanordnung einschließt:
einen Kolben, der einen Kopf in Form einer zusammengesetzten Pyramide hat, die in der Steuerkammer angeordnet ist und auf die Kugeln drückt, und einen hohlen Körper aufweist, der sich achsial durch den zweiten Zylinder erstreckt;
eine Kolbenfeder, die im zweiten Zylinder sitzt und sich in den Kolbenhauptteil erstreckt, um den Steuerkolben in die Steuerkammer vorzuspannen; und
eine Feder, die zwischen dem Führungskörper und dem Stößel unterhalb der Kreuzbohrungen sitzt, um die Vorspannung des Stößels zum oberen Ende des Führungskörpers zu liefern.

7. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des Steuerkolbens eine Mehrzahl von unteren Rampen, die in eine Mehrzahl von oberen Rampen übergehen, aufweist, wobei die Rampen spitze Neigungswinkel relativ zur Achse haben, so daß der Neigungswinkel der unteren Rampen kleiner ist als der Neigungswinkel der oberen Rampen.

8. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der unteren Lampen allmählich abnimmt, wenn die untere Rampe sich der oberen Rampe annähert.

9. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärhydraulikströmungsdurchlaßmittel einen Strömungsdurchlaß zwischen der Primärkolbenanordnung und der Sekundärkolbenanordnung einschließen und daß der Steuerkolben eine Ventiloberfläche zum Öffnen der Lüftung trägt, um die Steuerkammer mit Hydraulikfluid von der Primärkolbenanordnung unter Druck zu setzen.

10. Ventilbetätigungseinstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel eine Mehrzahl von starren Körpern aufweist, die symmetrisch um die Achse beabstandet und für Radialbewegung zwischen den ersten und zweiten Stellungen unter dem Einfluß der achsialen Bewegung des Steuerkolbens geführt sind.

11. In einem Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungszylinder, einer Zylinderauslaßöffnung, die mit einem Sitz ausgebildet ist, einem verschiebbaren Auslaßventil, das dazu angeordnet ist, die Auslaßöffnung zu öffnen und zu schließen, indem es sich von dem Ventilsitz trennt und gegen denselben abdichtet, einer drehbaren Nockenwelle mit einem mit Erhöhungen versehenen Nockenprofil, um zylindrisch einen Kipphebel auf einem Schwenkpunkt der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung mit ausreichender Kraft zu verschwenken, um das Ventil gegen die Schließkraft einer der damit verknüpften Ventilfeder zu schließen und dadurch zyklisch die Auslaßöffnung zu schließen und zu öffnen, ein Verfahren zum selektiven Halten des Ventils im geschlossenen Zustand während wenigstens eines Rotationszyklus der Nockenwelle, gekennzeichnet durch:
die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung mit einer Mehrzahl von starren Kugeln abzustützen, die durch die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung getragen werden und radial nach außen in Eingriff mit Rasten in einem Führungskörper gedrückt werden, die die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung umgeben, um Relativbewegung zwischen der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung und dem Führungskörper während normalen Betriebes zu verhindern und so einen festen Schwenkpunkt für ein Ende des Kipphebels zu bilden; und
wenn das Schließen des Ventils während wenigstens einer Nockenwellendrehung gewünscht wird, die harten Kugeln radial nach innen aus dem Eingriff mit den Rasten zu verschieben und die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung achsial durch eine nachgiebige Kraft abzustützen, die es der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung ermöglicht, achsial relativ zum Führungskörper sich zu bewegen und so einen weichen Anschlag des Arms der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung zu schaffen, wodurch die Hebelwirkung der Nockenerhöhung nicht auf den Kipphebel wirken kann, um das Ventil gegen die Schließkraft des Ventils und der Feder zu öffnen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Federn radial nach außen durch einen Stützkopf gedrückt werden, der auf der Achse zentriert ist und achsial in Berührung mit den Kugeln vorgespannt ist; und
die starren Kugeln radial nach innen als Ergebnis des hydraulischen Verschiebens des Stützkopfes aus Berührung mit den Kugeln verschoben werden;
wodurch die Kugeln sich radial nach innen bewegen, um die Einkerbungen freizugeben.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkopf achsial durch eine innere Feder vorgespannt wird, die innerhalb der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung angeordnet ist;
und die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung durch eine äußere Feder abgestützt wird, die die innere Feder umgibt, welche äußere Feder durch den Führungskörper und das andere Ende, das auf die Ventilbetätigungseinstelleinrichtung wirkt, gestützt ist, um die nachgiebige Kraft zu bilden, die es der Ventilbetätigungseinstelleinrichtung ermöglicht, sich achsial relativ zum Führungskörper zu bewegen.