DE10348367B4

DE10348367B4 - Kompakte zweistufige Kipphebelanordnung

Info

Publication number: DE10348367B4
Application number: DE10348367A
Authority: DE
Inventors: Alan W. Romeo Haymann; Eric C. Pontiac Douse
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-10-19
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: US6769387B2; DE10348367A1; US20040074459A1

Abstract

Kipphebelanordnung (15) mit:
einem äußeren Kipphebel (21), der zwei Schienenabschnitte (30) aufweist, die voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren, wobei jeder der Schienenabschnitte (30) einen Nockenstößel (76) für großen Hub zum Eingriff mit einem Nocken (176) für großen Hub besitzt und ein Verriegelungsstiftloch (152) definiert;
einem inneren Kipphebel (18), der bewegbar mit dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, wobei sich zumindest ein Abschnitt des inneren Kipphebels (18) in dem offenen Raum befindet und der innere Kipphebel (18) einen Nockenstößel (44) für niedrigen Hub zum Eingriff mit einem Nocken (172) für niedrigen Hub besitzt;
einem Verriegelungsstiftgehäuse (48) an dem inneren Kipphebel (18) zumindest teilweise in dem offenen Raum, das eine Verriegelungsstiftbohrung (88), die darin ausgeformt ist, aufweist, und wobei ein erster Verriegelungsstift (136) und ein zweiter Verriegelungsstift (136) in der Bohrung selektiv zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der der erste und der zweite Verriegelungsstift...

Description

Diese Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit zwei Betriebsarten für einen Verbrennungsmotor.
Ventiltriebe nach dem Stand der Technik umfassen Ventiltriebe, die selektiv einstellbar sind, um die Größe des Ventilwegs während der Öffnung zu variieren. Typischerweise sind derartige Ventiltriebe selektiv zwischen einer Betriebsart mit niedrigem Hub, in der der Ventiltrieb bewirkt, dass ein Ventil um eine erste vorbestimmte Größe öffnet, und einer Betriebsart mit hohem Hub einstellbar, in der der Ventiltrieb bewirkt, dass das Ventil um eine zweite vorbestimmte Größe öffnet, die größer als die erste vorbestimmte Größe ist. Derartige Ventiltriebe mit zwei Betriebsarten oder "zwei Stufen" sind erheblich größer als vergleichbare Ventiltriebe, die nicht einstellbar sind, was oftmals zur Folge hat, dass sie ohne erhebliche Abänderungen der Zylinderkopfkonstruktion mit existierenden Motorkonstruktionen nicht kompatibel sind. Ferner sind derartige Ventiltriebe nach dem Stand der Technik komplex einschließlich der resultierenden Nachteile bei der Herstellung und der Montage.
Die DE 101 58 703 A1 offenbart eine Kipphebelanordnung mit einem äußeren Kipphebel, der zwei Schienenabschnitte aufweist, die voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren, wobei jeder der Schienenabschnitte einen Nockenstößel für großen Hub zum Eingriff mit einem Nocken für großen Hub besitzt. Weiterhin umfasst die Kipphebelanordnung einen inneren Kipphebel, der bewegbar mit dem äußeren Kipphebel verbunden ist, wobei sich mindestens ein Abschnitt des inneren Kipphebels in dem offenen Raum befindet und der innere Kipphebel einen Nockenstößel für niedrigen Hub zum Eingriff mit einem Nocken für niedrigen Hub besitzt.
Diese bekannte Kipphebelanordnung weist allerdings einen aufwändigen Mechanismus für das Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten auf.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kipphebelanordnung zu schaffen, die einen verbesserten Mechanismus zum Wechsel der Betriebsarten der Kipphebelanordnung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Es ist eine Kipphebelanordnung für einen Ventiltrieb vorgesehen. Die Kipphebelanordnung umfasst einen äußeren Kipphebel, der durch zwei in Längsrichtung orientierte Schienenabschnitte gekennzeichnet ist, die voneinander unter einem Abstand beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren. Ein innerer Kipphebel ist bezüglich des äußeren Kipphebels derart schwenkbar befestigt, dass sich zumindest ein Abschnitt des inneren Kipphebels in dem offenen Raum zwischen den beiden Schienenabschnitten des äußeren Kipphebels befindet. Der innere Kipphebel besitzt einen Nockenstößel daran zum Eingriff mit einem Nocken für niedrigen Hub, und jeder der Schienenabschnitte des äußeren Kipphebels besitzt einen Nockenstößel daran zum Eingriff mit einem Nocken für großen Hub.
Ein Verriegelungsstiftgehäuse an dem inneren Kipphebel besitzt eine darin ausgebildete, quer orientierte Verriegelungsstiftbohrung. Ein erster Verrie gelungsstift und ein zweiter Verriegelungsstift sind in der Bohrung verschiebbar und selektiv zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der sie sich in die Verriegelungsstiftlöcher in den Schienenabschnitten des äußeren Kipphebels erstrecken, um dadurch eine relative Bewegung zwischen dem inneren Kipphebel und dem äußeren Kipphebel zu verhindern, und einer rückgezogenen Stellung bewegbar, in der sie sich nicht in die Verriegelungsstiftlöcher in den Schienenabschnitten des äußeren Kipphebels erstrecken.
Somit können sich der äußere Kipphebel und der innere Kipphebel gemeinsam als eine einzelne Einheit bewegen oder können sich unabhängig voneinander innerhalb bestimmter Beschränkungen bewegen, wodurch zwei getrennte Ventilereignisse an einem gegebenen Einlass- oder Auslassventil zugelassen werden. Genauer ist, wenn sich der innere Kipphebel und der äußere Kipphebel unabhängig voneinander bewegen, der innere Kipphebel derart ausgebildet, um ein Ventil gemäß der Geometrie eines Nockens für niedrigen Hub zu öffnen und zu schließen. Wenn der innere Kipphebel und der äußere Kipphebel verriegelt sind, ist die Kipphebelanordnung derart ausgebildet, um das Ventil gemäß der Geometrie eines Nockens mit großem Hub zu öffnen und zu schließen. Die Einstellbarkeit der Ventilöffnung erlaubt Vorteile beim Motorbetrieb, wie beispielsweise verbesserter Leerlauf, erhöhter Volumenwirkungsgrad, verbesserte Verbrennungsleistung, verringerter Kraftstoffverbrauch infolge einer Variation der Ventilsteuerereignisse, die durch die verbesserte Verbrennungsleistung bewirkt werden, und verringerter Kraftstoffverbrauch infolge einer Variation der Ventilsteuerereignisse, die durch die Nockenwelle bewirkt werden, welche durch einen Nockenphasensteller gesteuert werden kann, wie auch verringerte Emissionen infolge dessen, dass jedes der Einlassventile um unterschiedliche Größen angehoben werden kann, was eine Zunahme der Zylinderluftbewegung zur Folge hat. Die Kipp hebelanordnung kann sowohl mit Einlassventilen als auch Auslassventilen verwendet werden.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der geeignetsten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
1 ist eine schematische perspektivische Draufsicht von einem Ende einer Kipphebelanordnung, wobei eine Torsionsfeder aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernt ist.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Kipphebelanordnung von 1 von unten.
3 ist eine schematische Seitenansicht der inneren Kipphebelanordnung der Kipphebelanordnung von 1;
4 ist eine andere schematische perspektivische Draufsicht der Kipphebelanordnung von 1, wobei die Torsionsfeder enthalten ist.
5 ist eine schematische Ansicht der Kipphebelanordnung von 1 von unten, wobei die Torsionsfeder enthalten ist.
6 ist eine schematische Vorderansicht der Kipphebelanordnung von 1, wobei die Torsionsfeder enthalten ist.
7 ist eine schematische perspektivische Draufsicht von dem anderen Ende der Kipphebelanordnung von 1, wobei die Torsionsfeder enthalten ist.
8 ist eine schematische Schnittansicht des Verriegelungsstiftgehäuses der Kipphebelanordnung von 1, wobei sich die Verriegelungsstifte in einer zurückgezogenen Stellung befinden.
9 ist eine schematische Schnittansicht des Verriegelungsstiftgehäuses der Kipphebelanordnung von 1, wobei die Verriegelungsstifte in einer ausgefahrenen Stellung sind.
10 ist ein schematischer Aufriss von der Seite eines Ventiltriebes, wobei die Kipphebelanordnung von 1 in einer Stellung mit geschlossenem Ventil gezeigt ist.
11 ist ein schematischer Aufriss von der Seite des Ventiltriebs von 10, wobei sich die Kipphebelanordnung in einer Stellung befindet, in der das Ventil mit niedrigem Hub offen ist.
12 ist ein schematischer Aufriss von der Seite des Ventiltriebs der 10 und 11, wobei sich die Kipphebelanordnung in einer Stellung befindet, in der das Ventil mit großem Hub offen ist.
In 1 ist eine Kipphebelanordnung 15 schematisch dargestellt. Die Kipphebelanordnung 15 umfasst eine innere Kipphebelanordnung 18 und eine äußere Kipphebelanordnung 21, die durch eine Welle 24 schwenkbar verbunden sind. Die innere Kipphebelanordnung 18 umfasst einen inneren Kipphebel 27. Die äußere Kipphebelanordnung 21 umfasst einen äußeren Kipphebel 28, der durch zwei Schienenabschnitte 30 gekennzeichnet ist, die bezüglich der Kipphebelanordnung 15 in Längsrichtung orientiert sind, unter einem Abstand voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum 32 dazwischen bilden. Ein oberer Verbindungsstan genabschnitt 33 des äußeren Kipphebels 28 verbindet die beiden Schienenabschnitte 30. Der innere Kipphebel 27 und der äußere Kipphebel 28 sind bevorzugt nach dem Modellausschmelzverfahren hergestellt. Die innere Kipphebelanordnung 18 ist zumindest teilweise innerhalb des offenen Raumes 32 angeordnet.
Die Welle 24 ist in eine Öffnung 36 in dem inneren Kipphebel 27 durch eine Nabe (engl. boss) 38 zum Halten der Schwenkwelle, die ein einstückiges Teil des inneren Kipphebels 27 darstellt, (mit Presspassung) eingepresst. Die Welle 24 weist durch die Öffnungen 40 oder Bohrungen in jedem der Schienenabschnitte 30 des äußeren Kipphebels hindurch eine enge Passung, jedoch keine Presspassung auf. Der innere Kipphebel 27 umfasst ein Kontaktpolster 42 für einen Ventilschaft an einem ersten Ende 43 benachbart der Schwenkwelle 24 und der Nabe 38 zum Halten der Schwenkwelle. Die Presspassungsausführung für die Schwenkwelle 24 des Kipphebels sorgt aufgrund der Geometrie des Ventilkontaktpolsters 42 für eine herkömmliche Schnittstelle zwischen Ventil und Kipphebel. Alternativ dazu kann die Schwenkwelle 24 in die Öffnungen 40 in den äußeren Kipphebel eingepresst sein und durch die Öffnung 36 in dem inneren Kipphebel 27 hindurch eine enge Passung, jedoch keine Presspassung aufweisen.
Die innere Kipphebelanordnung 18 umfasst auch einen Nockenstößel 44 mit Rollenelement (obwohl dieser auf Kosten einer erhöhten Reibung auch eine Gleitschnittstelle bilden könnte), der in einer Öffnung angeordnet ist, die durch den inneren Kipphebel 27 definiert ist. Der innere Kipphebel 27 umfasst auch ein Verriegelungsstiftgehäuse 48, das Verriegelungsstifte aufnimmt, die in den 8 und 9 mit 92 gezeigt sind und die dazu verwendet werden, eine relative Bewegung zwischen der inneren Kipp hebelanordnung 18 und der äußeren Kipphebelanordnung 21 selektiv zu verhindern.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der innere Kipphebel 27 auch einen Ventilschaftführungsansatz 50 auf jeder Seite des Ventilkontaktpolsters 42. Der innere Kipphebel 27 definiert auch einen Hohlraum 56, in den ein Abschnitt einer hydraulischen Spieleinstelleinrichtung, die in den 10 bis 12 mit 160 gezeigt ist, einsetzbar ist und um die der innere Kipphebel schwenkbar ist. Der Hohlraum 56 wirkt somit als eine Schwenkschnittstelle, die manchmal auch als eine "Schwenktasche" bezeichnet ist. Der äußere Kipphebel 28 umfasst einen unteren Verbindungsstangenabschnitt 59, der die Schienenabschnitte 30 miteinander verbindet. Die Schienenabschnitte wie auch Verbindungsstangen können, müssen aber gemäß dem Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht Teil eines einstückigen äußeren Kipphebels sein. Beispielsweise können die Schienenabschnitte, der obere Verbindungsstangenabschnitt wie auch der untere Verbindungsstangenabschnitt separate Elemente sein, die starr miteinander verbunden sind, um den äußeren Kipphebel zu bilden.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der Nockenstößel 44 mit Rollenelement zum Eingriff mit einem Nocken für niedrigen Hub ausgebildet, der, wie in den 10 bis 12 mit 172 gezeigt ist, mit der Rolle in Kontakt steht und bewirkt, dass die innere Kipphebelanordnung 18 an der Schwenkschnittstelle 56 um die Spieleinstelleinrichtung herum schwenkt. Der Nockenstößel 44 mit Rollenelement ist bezüglich des inneren Kipphebels auf einem Achsbolzen 58 drehbar. Der innere Kipphebel 27 umfasst ferner einen gekrümmten Vorsprung 60 an einem zweiten Ende 64, das dem ersten Ende 43 gegenüberliegt und neben der Schwenkschnittstelle 56 liegt. Der gekrümmte Vorsprung 60 umfasst eine konkave Fläche 72, die eine Run dung ausbildet. Der gekrümmte Vorsprung 60 ist ein Sattel für eine Totgangfeder, wie in den 4 bis 7 mit 80 gezeigt ist.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die äußere Kipphebelanordnung 21 ein Nockenwellen-Schnittstellenpolster 76 in der Form eines Nockenstößels an jedem Schienenabschnitt 30. Die Schnittstellenpolster 76 für die Nockenwelle können, müssen jedoch nicht einstückige Teile des äußeren Kipphebels 28 sein. Die Nockenwellen-Schnittstellenpolster 76 umfassen Flächen 78, die für einen Kontakt mit einem Paar Nocken für "großen Hub" ausgebildet sind, wie in den 10 bis 12 mit 176 gezeigt ist, und die sich auf jeder Seite eines Nockens mit "niedrigem Hub" befinden, der in Kontakt mit dem Rollenelement 44 läuft.
Wie in 5 gezeigt ist, ordnet die Rundung, die durch Vorsprung 60 ausgebildet ist, die Totgang-Torsionsfeder 80 positiv bezüglich des Innenarmes 27 an. Die konkave Fläche an dem Vorsprung 60 wirkt als eine Reaktionsfläche, gegen die die Torsionsfeder 80 vorgespannt ist. Die Torsionsfeder 80 erstreckt sich bezüglich der Kipphebelanordnung in Längsrichtung entlang von zwei Seiten des inneren Kipphebels 27, ist um die Schwenkwelle 24 zwischen dem inneren Kipphebel 27 und jedem der beiden Schienenabschnitte 30 gewunden und steht mit der unterseitigen Fläche 84 der Nockenwellen-Schnittstellenpolster mit großem Hub in Kontakt. Die Schwenkwelle 24 stellt eine Trägerachse für die Feder 80 dar. Die Feder 80 ist gegen die unterseitige Fläche 84 vorgespannt und übt eine Kraft aus, die die Schnittstellenpolster und ihre Kontaktflächen in Kontakt mit den Nocken für hohen Hub beibehält. Diese kompakte Federkonstruktion verbessert die Packbarkeit der Kipphebelanordnung 15.
In den 6 und 7 ist die Kipphebelanordnung 15 weiter gezeigt.
In 8 ist ein Schnitt des Verriegelungsstiftgehäuses 48 schematisch gezeigt. Das Verriegelungsstiftgehäuse 48 definiert eine zylindrische Verriegelungsstiftbohrung 88, die sich bezüglich der Kipphebelanordnung in Querrichtung erstreckt und in der zwei Verriegelungsstifte 92 angeordnet sind. Die Bohrung 88 ist zur Vereinfachung der Herstellung eine Durchgangsbohrung, d.h. sie ist an einem ersten Ende 96 und einem zweiten Ende 100 offen und erstreckt sich im Wesentlichen linear mit einem gleichförmigen Durchmesser, wodurch ihre Ausbildung in einem einzelnen Schritt, wie beispielsweise durch Bohren, ermöglicht wird. Die Verriegelungsstifte stehen mit der Innenfläche 104 der Bohrung 88 in Eingriff und werden für eine Rückwärts- und Vorwärtsverschiebung innerhalb der Bohrung 88 durch die Innenfläche 104 gelagert. Eine Ölversorgungsbohrung 108 erstreckt sich durch das Verriegelungsstiftgehäuse 48 unter einem rechten Winkel zu der Verrieglungsstiftbohrung 88 und erstreckt sich teilweise in der gleichen Ausdehnung damit. Die Ölversorgungsbohrung 108 umfasst ein Ölzufuhrloch 112, das als eine Druckversorgungsöffnung dient, und eine Stoppelementöffnung 116. Die Bewegung jedes Verriegelungsstiftes 92 ist durch einen Stoppstift 120 (auch als "Verschiebestoppelement" bezeichnet) begrenzt, der zumindest teilweise zwischen den Verriegelungsstiften angeordnet ist. Der Stoppstift 120 ist in die Stoppelementöffnung 116 eingepresst (oder alternativ dazu eingeschraubt). Die Stoppelementöffnung 116 befindet sich auf derselben Achse A wie das Ölzufuhrloch 112, wodurch die Ausbildung des Ölzufuhrlochs und der Stoppelementöffnung in einem einzigen Bearbeitungsschritt wie beispielsweise durch Bohren ermöglicht wird. Eine Erhebung 124 umgibt die Stoppelementöffnung.
Ein ringförmiger Federhalter 128 ist in das erste Ende 96 und das zweite Ende 100 der Verriegelungsstiftbohrung 88 eingepresst. Jeder Federhalter 128 dient zum Teil dazu, das Verschieben von jedem der Verriegelungsstif te 92 zu begrenzen. Eine Rückstellfeder 132 für den Verriegelungsstift ist zwischen jedem Verriegelungsstift 92 und seinem jeweiligen Federhalter 128 angeordnet, so dass in einer zurückgezogenen Stellung jeder Verriegelungsstift 92 gegen den Stoppstift 120, wie in 8 gezeigt ist, vorgespannt ist. Jeder Stift 92 umfasst einen Abschnitt 136 mit kleinem Durchmesser, dessen Durchmesser ausreichend klein ist, um sein Ausfahren durch den Federhalter 128 zuzulassen, und einen Abschnitt 140 mit großem Durchmesser, dessen Durchmesser ausreichend groß ist, so dass die Feder 132 oder der Federhalter 128 seine Verschiebung durch physikalische Teileüberlagerung begrenzen kann. Die Stifte 92 umfassen gegenüberliegende Flächen 144 in Fluidverbindung mit einer Quelle für Fluiddruck 148, wie beispielsweise einer Ölversorgung von einer hydraulischen Spieleinstelleinrichtung über das Ölzufuhrloch 112.
Eine Ölversorgung von einer Spieleinstelleinrichtung, wie in den 10 bis 12 mit 160 gezeigt ist, wird durch ein Solenoid (nicht gezeigt) gesteuert, so dass bei vorbestimmten Betriebspunkten ein Motorsteuermodul (nicht gezeigt) veranlassen kann, dass das Solenoid die Ölversorgung von der Spieleinstelleinrichtung von einem niedrigeren Druck (P1), wie bei 8 gezeigt ist, zu einem höheren Druck (P2), wie in 9 gezeigt ist, innerhalb der Verriegelungsstiftgehäuses 48 schalten kann. Wenn der Öldruck (P2) ausreichend hoch ist, wie in 9 gezeigt ist, ist der Druck, der auf die Verriegelungsstifte 92 ausgeübt wird, ausreichend, um den Widerstand, der durch die Federn 132 vorgesehen wird, zu überwinden. Die Stifte 92 pressen die Rückstellfedern 132 für die Verriegelungsstifte, bis die Abschnitte 140 mit großem Durchmesser der Verriegelungsstifte 92 mit den Federhaltern 128 der Verriegelungsstifte in Kontakt treten und die Abschnitte 136 mit kleinem Durchmesser der Verriegelungsstifte durch einen kleinen Spalt zwischen den inneren und äußeren Kipphebeln gelangen bzw. sich über diesen hinaus erstrecken und mit Verriegelungsstift bohrungen 152 in den Schienenabschnitten 30 des äußeren Kipphebels in Eingriff treten. Der Stoppstift 120 besitzt ein optionales Loch 156 durch das Zentrum, das für einen Luftaustrag sorgt und auch zugemessenes Schmieröl an das Rollenstößelelement liefert.
Wie in 10 gezeigt ist, ist die Kipphebelanordnung 15 schwenkbar an einer hydraulischen Spieleinstelleinrichtung 160 befestigt und steht mit dem Schaft 164 eines Ventils 166 an dem Kontaktpolster des Ventilschafts in Kontakt. Eine Nockenwelle 168 umfasst einen Nocken 172 für niedrigen Hub in Kontakt mit dem Nockenstößel mit Rollenelement, wie in 11 bei 44 gezeigt ist. Die Nockenwelle 168 umfasst auch zwei Nocken 176 für großen Hub, nämlich jeweils eine auf gegenüberliegenden Seiten des Nockens 172 für niedrigen Hub, in Kontakt mit Flächen 78 der jeweiligen Schnittstellenpolster 76 der Nockenwelle. Der Nocken für niedrigen Hub wie auch die Nocken für großen Hub besitzen im Wesentlichen identische Grundkreisabmessungen. Jedoch stehen die Nocken für großen Hub mehr hervor als die Nocken für niedrigen Hub. Die Torsionsfeder 80 übt eine Kraft auf die Unterseite der Nockenwellen-Schnittstellenpolster 76 aus, wodurch der äußere Kipphebel 28 gestützt und ein Kontakt zwischen den Schnittstellenpolstern 76 wie auch den Nocken 176 für großen Hub beibehalten wird. Die Nocken 176 für großen Hub wie auch der Nocken 172 für niedrigen Hub stehen mit ihren jeweiligen Grundkreisen mit der Kipphebelanordnung 15 in 10 in Kontakt, und der innere Kipphebel 27 befindet sich in einer ersten Stellung, in der das Ventil 166 geschlossen ist.
Die Geometrie des äußeren Kipphebels 28 ist derart, dass sich kein Teil des äußeren Kipphebels 28 über eine Linie T erstreckt, die tangential zu den Kontaktflächen 78 des Schnittstellenpolsters verläuft. Der äußere Kipphebel 28 ist somit derart ausgebildet, dass er kein Hindernis für den Zugriff einer Schleifscheibe darstellt, die zur verbesserten Herstellbarkeit dazu verwendet wird, die fertiggestellte Geometrie der Nockenwellen-Schnittstellenpolster 76 mit hohem Hub zu bearbeiten. Eine einzelne Schleifscheibe kann beide Kontaktflächen 78 gleichzeitig schleifen. Das Schleifen der Schnittstellenpolster 76 der Nockenwelle derart, dass sie in der Richtung der Nockenwellenrotation fertig bearbeitet sind, sieht eine verbesserte Ölsteuerung wie auch eine verringerte Kontaktbeanspruchung vor.
11 ist eine schematische Darstellung der Kipphebelanordnung 15, die in der Betriebsart mit niedrigem Hub arbeitet. Im Normalbetrieb (Öldrucklieferung bei P1) oder in der Betriebsart mit niedrigem Hub bewirkt der Nocken 172 für niedrigen Hub, dass der innere Kipphebel 27 gemäß der vorgeschriebenen Geometrie des Nockens für niedrigen Hub in eine zweite Stellung schwenkt und dadurch das Ventil 166 um eine erste vorbestimmte Größe öffnet. (Es sei angemerkt, dass es möglich ist, bei einem gegebenen Zylinder für jedes der benachbarten Ventile ein anderes Nockenprofil für niedrigen Hub zu verwenden.) Der Druck innerhalb des Verriegelungsstiftgehäuses 48 ist ausreichend gering, so dass sich die Verriegelungsstifte 92 in der zurückgezogenen Stellung befinden, wie in 8 gezeigt ist. Die Nocken 176 für großen Hub stehen an den Nockenwellen-Kontaktpolstern 76 für großen Hub mit dem äußeren Kipphebel 28 in Kontakt. Die weiter hervortretenden Abschnitte der Nocken 176 für großen Hub bewirken, dass der äußere Kipphebel 28 relativ zu dem inneren Kipphebel 27 um die Schwenkachse 24 im "Totgang" ohne Einfluss auf das Hubereignis für das Ventil 166 bewegt wird.
Mit anderen Worten besitzt die Niederdrucköllieferung (P1), die in den inneren Kipphebel 27 an der Schwenkschnittstelle eintritt und durch die Spieleinstelleinrichtung zugeführt wird, einen unzureichenden Druck, um die Rückstellfedern der Verriegelungsstifte zu drücken und zu bewirken, dass die Verriegelungsstifte 19 mit dem äußeren Kipphebel 28 in den Verriegelungsstiftbohrungen 152 des Kipphebels in Eingriff treten. Daher können sich der innere Kipphebel 27 und der äußere Kipphebel 28 frei relativ zueinander bewegen. Die Nocken 176 für großen Hub, die auf die Nockenwellen-Schnittstellenpolster 76 auf jeder Seite der Rolle 44 einwirken, bewirken nicht, dass das Ventil 166 den vollständigen Hub durchläuft, wie durch die Nockenprofile 176 für großen Hub definiert ist. Die Packung wie auch Gestaltung der Totgangfeder 80 verbessert das Potential der Totganganordnung, d.h. der äußeren Kipphebelanordnung, bei hohen Motordrehzahlen stabil zu bleiben.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, besitzt der innere Kipphebel 27 zwischen dem Nockenstößel 44 mit Rollenelement und dem Verriegelungsstiftgehäuse 48 ein Merkmal 180 mit der Geometrie einer Aussparung. Die Aussparung 180 sieht einen Zwischenraum für den oberen Verbindungsstangenabschnitt des äußeren Kipphebels während des Totganges des äußeren Kipphebels in der Betriebsart mit niedrigem Hub vor. Die Aussparung 180 besitzt eine Rundung in der Oberfläche des inneren Kipphebels 27, die bezüglich der oberen Verbindungsstange ausreichend positioniert ist, so dass zumindest ein Abschnitt der oberen Verbindungsstange während zumindest eines Abschnittes der Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel und dem äußeren Kipphebel in der Rundung liegt. Dies erlaubt, dass die Verbindungsstangengeometrie aus Gründen einer verbesserten Packbarkeit der Konstruktion innerhalb der Umhüllung des Kipphebels enthalten sein kann, im Gegensatz zu dem Zusatz dieses Merkmals zu der Rückseite des Hebels. Fachleute können es vorziehen, eine obere Verbindungsstange wegzulassen und eine zweite untere Verbindungsstange (nicht gezeigt) mit einer entsprechenden Aussparung in dem inneren Kipphebel zwischen der Schwenkschnittstelle 56 und dem Nockenstößel 44 mit Rollenelement zu verwenden, um einen Zwischenraum für die zweite untere Verbindungsstange vorzusehen.
12 ist eine schematische Darstellung der Kipphebelanordnung in der Betriebsart mit großem Hub. Das Motorsteuermodul (nicht gezeigt) hat das Solenoid (nicht gezeigt) angewiesen, den Öldruck in dem Gehäuse 48 ausreichend zu erhöhen, so dass die Verriegelungsstifte 92 die Rückhaltefedern drücken und in die ausgefahrene Stellung kommen. Der innere Kipphebel 27 und der äußere Kipphebel 28 können nicht frei relativ zueinander um die Schwenkwelle 24 schwenken. Stattdessen wird der innere Kipphebel zu einer Schwenkbewegung zu einer dritten Stellung gemäß der Nockengeometrie für großen Hub gedrängt. Der innere Kipphebel 27 bewirkt, dass der Ventilschaft 164 in der dritten Position um eine größere Distanz bewegt wird, im Vergleich zu der zweiten Position oder Position mit niedrigem Hub, wodurch bewirkt wird, dass sich das Ventil auf eine zweite vorbestimmte Größe öffnet, die größer als eine erste vorbestimmte Größe ist. Der Nocken für niedrigen Hub kann den Kontakt mit dem Rollenelement zu einem Zeitpunkt verlieren, wenn das Profil für hohen Hub einen größeren Ventilhub als den des Profils mit niedrigem Hub bewirkt.
Zusammengefasst umfasst eine Kipphebelanordnung einen inneren Kipphebel und einen äußeren Kipphebel. Der äußere Kipphebel umfasst zwei Schienenabschnitte, die unter einem Abstand voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen bilden. Der innere Kipphebel ist schwenkbar mit dem äußeren Kipphebel verbunden, so dass er sich zumindest teilweise in dem offenen Raum befindet. Der innere Kipphebel umfasst ein Verriegelungsstiftgehäuse, das zwei Verriegelungsstifte umfasst, die selektiv mit Löchern in jedem der Schienenabschnitte in Eingriff zu bringen sind, um eine Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphe bel und dem äußeren Kipphebel selektiv zu verhindern. Die Kipphebelanordnung ermöglicht eine zweistufige Ventilbetätigung und besitzt eine Konstruktion, die durch eine kompakte Größe wie auch eine verbesserte Herstellbarkeit gekennzeichnet ist.

Claims

Kipphebelanordnung (15) mit: einem äußeren Kipphebel (21), der zwei Schienenabschnitte (30) aufweist, die voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren, wobei jeder der Schienenabschnitte (30) einen Nockenstößel (76) für großen Hub zum Eingriff mit einem Nocken (176) für großen Hub besitzt und ein Verriegelungsstiftloch (152) definiert; einem inneren Kipphebel (18), der bewegbar mit dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, wobei sich zumindest ein Abschnitt des inneren Kipphebels (18) in dem offenen Raum befindet und der innere Kipphebel (18) einen Nockenstößel (44) für niedrigen Hub zum Eingriff mit einem Nocken (172) für niedrigen Hub besitzt; einem Verriegelungsstiftgehäuse (48) an dem inneren Kipphebel (18) zumindest teilweise in dem offenen Raum, das eine Verriegelungsstiftbohrung (88), die darin ausgeformt ist, aufweist, und wobei ein erster Verriegelungsstift (136) und ein zweiter Verriegelungsstift (136) in der Bohrung selektiv zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der der erste und der zweite Verriegelungsstift (136) in die Verriegelungsstiftlöcher (152) ausgefahren sind, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) verhindert wird, und einer zurückgezogenen Stellung bewegbar sind, in der sich die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) nicht in die Verriegelungsstiftlöcher (152) erstrecken.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei der äußere Kipphebel (21) relativ zu dem inneren Kipphebel (18) bewegbar ist, wenn sich die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) in der zurückgezogenen Stellung befinden, wobei der äußere Kipphebel (21) einen Verbindungsstangenabschnitt (33) umfasst, der die beiden Schienenabschnitte (30) funktionell miteinander verbindet; und wobei die Fläche des inneren Kipphebels (18) eine Rundung (180) aufweist, die bezüglich des Verbindungsstangenabschnitts (33) hinreichend positioniert ist, um einen Zwischenraum für den Verbindungsstangenabschnitt (33) während einer Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) vorzusehen.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, ferner mit einer Schwenkwelle (24), um die sich der innere Kipphebel (18) und der äußere Kipphebel (21) schwenkbar bezüglich zueinander bewegen, wobei der innere Kipphebel (18) eine Nabe (38) zum Halten der Schwenkwelle (24) aufweist, die ein einstückiges Teil des inneren Kipphebels (18) ist und durch die sich die Schwenkwelle (24) erstreckt, und wobei jeder Schienenabschnitt (30) des äußeren Kipphebels (21) eine Öffnung (40) definiert, durch die sich die Schwenkwelle (24) erstreckt.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei jeder der Nockenstößel (76) für großen Hub eine Nockenstößelfläche (78) aufweist, die für einen Kontakt mit einem Nocken (176) für großen Hub ausgebildet ist, und wobei die Kipphebelanordnung (15) ferner eine Torsionsfeder (80) umfasst, die funktionell mit dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, so dass die Torsionsfeder (80) den äußeren Kipphebel (21) in eine Richtung vorspannt, um einen Kontakt zwischen den Nockenstößelflächen (78) und einem Nocken (176) für großen Hub beizubehalten.
Kipphebelanordnung (15) nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der äußere Kipphebel (21) zumindest eine Fläche aufweist, die den Nockenstößelflächen (78) gegenüber liegt, wobei der innere Kipphebel (18) eine Fläche umfasst, die mit der Torsionsfeder (80) in Kontakt steht und gegen die die Torsionsfeder (80) eine Kraft ausübt, wobei die Torsionsfeder (80) sich längsseits des inneren Kipphebels (18) an seinen beiden Seiten erstreckt, um die Schwenkwelle (24) zwischen dem inneren Kipphebel (18) und jedem der Schienenabschnitte (30) des äußeren Kipphebels (21) gewunden ist und sich von der Schwenkwelle (24) zu der zumindest einen Fläche erstreckt, die den Kontaktflächen der Nocken (176) für großen Hub gegenüber liegt.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei die Bohrung des Verriegelungsstiftgehäuses (48) einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei der innere Kipphebel (18) eine Drucklieferöffnung (112) definiert, durch die die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) in Fluidverbindung mit einer Quelle (148) für Fluiddruck kommen können, und wobei der erste Verriegelungsstift (136) und der zweite Verriegelungsstift (136) hinreichend ausgebildet und in dem Verriegelungsstiftgehäuse (48) angeordnet sind, so dass die Stifte (136) sich in der zurückgezogenen Stellung befinden, wenn der Fluiddruck, der gegen die Stifte (136) ausgeübt wird, kleiner als eine vorbestimmte Größe ist, und wobei die Stifte (136) in der ausgefahrenen Stellung sind, wenn der Fluiddruck, der gegen die Stifte (136) ausgeübt wird, größer als die vorbestimmte Größe ist.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 7, ferner mit einem ersten Federhalter (128) in einem ersten Ende (96) der Verriegelungsstiftbohrung (88), einem zweiten Federhalter (128) in einem zweiten Ende (100) der Verriegelungsstiftbohrung (88), einer ersten Feder (132) zwischen dem ersten Federhalter (128) und dem ersten Verriegelungsstift (136), und einer zweiten Feder (132) zwischen dem zweiten Federhalter (128) und dem zweiten Verriegelungsstift (136); und einem Verschiebestoppelement (120), das zwischen dem ersten Verriegelungsstift (136) und dem zweiten Verriegelungsstift (136) positioniert ist, wobei die erste Feder (132) den ersten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestoppelement (120) vorspannt und die zweite Feder (132) den zweiten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestoppelement (120) vorspannt.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 8, wobei der innere Kipphebel (18) eine Schwenkschnittstelle (56) zur Aufnahme eines Abschnittes einer Spieleinstelleinrichtung (160) aufweist, an der der innere Kipphebel (18) schwenkbar ist, wobei die Drucklieferöffnung (112) bezüglich der Schwenkschnittstelle (56) hinreichend angeordnet ist, um eine Fluidverbindung zwischen der Spieleinstelleinrichtung (160) und den beiden Verriegelungsstiften (136) vorzusehen, wobei das Verriegelungsstiftgehäuse (48) eine Öffnung (116) definiert, in der das Verschiebestoppelement (120) gehalten ist, und wobei die Öffnung (116), in der das Verschiebestoppelement (120) gehalten ist, und die Drucklieferöffnung (112) eine gemeinsame Achse aufweisen.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 9, wobei die Öffnung (116), in der das Verschiebestoppelement (120) gehalten ist, und die Drucklieferöffnung (112) in einem einzigen Bohrvorgang ausgebildet sind.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei die Verriegelungsstiftbohrung (88) in einem einzigen Bohrvorgang ausgebildet ist.
Kipphebelanordnung (15) nach Anspruch 1, wobei jeder der Nockenstößel (76) für großen Hub eine Nockenstößelfläche (78) aufweist, die für einen Kontakt mit einem Nocken (176) für großen Hub ausgebildet ist, und wobei sich kein Teil des äußeren Kipphebels (21) über eine Linie erstreckt, die tangential zu den Nockenstößelflächen (78) angeordnet ist.
Ventiltrieb mit: einer Nockenwelle mit einem Nocken (172) für niedrigen Hub und zwei Nocken für großen Hub, wobei die beiden Nocken für großen Hub auf gegenüberliegenden Seiten des Nockens (172) für niedrigen Hub angeordnet sind; einem äußeren Kipphebel (21), der zwei Schienenabschnitte (30) aufweist, die voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren, wobei jeder der Schienenabschnitte (30) einen Nockenstößel (76) für großen Hub für den Kontakt mit einem der beiden Nocken für großen Hub besitzt und ein Verriegelungsstiftloch (152) definiert; einem inneren Kipphebel (18), der bewegbar mit dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, so dass sich zumindest ein Abschnitt des inneren Kipphebels (18) in dem offenen Raum befindet, wobei der innere Kipphebel (18) einen Nockenstößel (44) für niedrigen Hub für den Kontakt mit dem Nocken (172) für niedrigen Hub besitzt; einem Verriegelungsstiftgehäuse (48) an dem inneren Kipphebel (18) zumindest teilweise innerhalb des offenen Raumes und mit einer Verriegelungsstiftbohrung (88), die darin ausgeformt ist, wobei ein erster Verriegelungsstift (136) und ein zweiter Verriegelungsstift (136) in der Bohrung (88) selektiv zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) in die Verriegelungsstiftlöcher (152) ausgefahren sind, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) verhindert wird, und einer zurückgezogenen Stellung bewegbar sind, in der sich die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) nicht in die Verriegelungsstiftlöcher (152) erstrecken.
Ventiltrieb nach Anspruch 13, wobei der äußere Kipphebel (21) relativ zu dem inneren Kipphebel (18) bewegbar ist, wenn sich die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) in der zurückgezogenen Stellung befinden, wobei der äußere Kipphebel (21) einen Verbindungsstangenabschnitt (33) umfasst, der die beiden Schienenabschnitte (30) funktionell miteinander verbindet, und wobei die Fläche des inneren Kipphebels (18) eine Rundung (56) aufweist, die hinreichend bezüglich des Verbindungsstangenabschnittes (33) positioniert ist, um einen Zwischenraum für den Verbindungsstangenabschnitt (33) während einer Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) vorzusehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 13, ferner mit einer Schwenkwelle (24), um die der innere Kipphebel (18) und der äußere Kipphebel (21) schwenkbar bezüglich zueinander bewegbar sind, wobei der innere Kipphebel (18) eine Nabe (38) zum Halten der Schwenkwelle (24) aufweist, die ein einstückiges Teil des inneren Kipphebels (18) ist und durch die sich die Schwenkwelle (24) erstreckt, und wobei jeder Schienenabschnitt (30) des äußeren Kipphebels (21) eine Öffnung (40) definiert, durch die sich die Schwenkwelle (24) erstreckt.
Ventiltrieb nach Anspruch 13, wobei jeder der Nockenstößel (76) für großen Hub eine Nockenstößelfläche (78) aufweist, mit der einer der Nocken (176) für großen Hub in Kontakt ist, und wobei die Kipphebelanordnung (15) ferner eine Torsionsfeder (80) umfasst, die funktionell mit dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, so dass die Torsionsfeder (80) den äußeren Kipphebel (21) in einer Richtung vorspannt, um einen Kontakt zwischen den Kontaktflächen (78) und Nocken (176) für großen Hub beizubehalten.
Ventiltrieb nach den Ansprüchen 15 und 16, wobei der äußere Kipphebel (21) zumindest eine Fläche aufweist, die den Nockenstößelflächen (78) gegenüber liegt, wobei der innere Kipphebel (18) einen gekrümmten Vorsprung (60) umfasst, der eine konkave Fläche (72) definiert, wobei die Torsionsfeder (80) mit der konkaven Fläche (72) in Kontakt steht und gegen diese eine Kraft ausübt, wobei die Torsionsfeder (80) sich längsseits des inneren Kipphebels (18) an seinen beiden Seiten erstreckt, um die Schwenkwelle (24) zwischen dem inneren Kipphebel (18) und jedem der Schienenabschnitte (30) des äußeren Kipphebels (21) gewunden ist und sich von der Schwenkwelle (24) zu der zumindest einen Flä che erstreckt, die den Kontaktflächen der Nocken (176) für großen Hub gegenüber liegt.
Ventiltrieb nach Anspruch 13, ferner mit einer hydraulischen Spieleinstelleinrichtung (160), die funktionell mit dem inneren Kipphebel (18) verbunden ist, so dass der innere Kipphebel (18) um die Spieleinstelleinrichtung (160) schwenkbar ist, wobei der innere Kipphebel (18) eine Öffnung (112) definiert, durch die die Spieleinstelleinrichtung (160) in Fluidverbindung mit dem ersten Verriegelungsstift (136) und dem zweiten Verriegelungsstift (136) steht, wobei die Spieleinstelleinrichtung (160) derart ausgebildet ist, um einen selektiv variablen Fluiddruck auf die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) auszuüben, und wobei die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) sich in der zurückgezogenen Stellung befinden, wenn der Fluiddruck unter einer vorbestimmten Größe ist, und sich in der ausgefahrenen Stellung befinden, wenn der Fluiddruck die vorbestimmte Größe überschreitet.
Ventiltrieb nach Anspruch 18, ferner mit einem ersten ringförmigen Federhalter (128) in einem ersten Ende der Verriegelungsstiftbohrung (88), einem zweiten ringförmigen Federhalter (128) in einem zweiten Ende der Verriegelungsstiftbohrung (88), einer ersten Feder (132) zwischen dem ersten Federhalter (128) und dem ersten Verriegelungsstift, und einer zweiten Feder (132) zwischen dem zweiten Federhalter (128) und dem zweiten Verriegelungsstift, und einem Verschiebestoppelement (120), das zwischen dem ersten Verriegelungsstift (136) und dem zweiten Verriegelungsstift (136) positioniert ist, wobei die erste Feder (132) den ersten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestopp element (120) vorspannt und die zweite Feder (132) den zweiten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestoppelement (120) vorspannt.
Kipphebelanordnung (15) mit: einem äußeren Kipphebel (21), wobei der äußere Kipphebel (21) zwei Schienenabschnitte (30) aufweist, die voneinander beabstandet sind und einen offenen Raum dazwischen definieren, wobei jeder der Schienenabschnitte (30) einen Nockenstößel (76) für großen Hub besitzt und ein Verriegelungsstiftloch (152) definiert; einem inneren Kipphebel (18), der schwenkbar mit dem äußeren Kipphebel (21) verbunden ist, so dass sich zumindest ein Abschnitt des inneren Kipphebels (18) in dem offenen Raum befindet, wobei der innere Kipphebel (18) einen Nockenstößel (44) für niedrigen Hub besitzt; einem Verriegelungsstiftgehäuse (48) an dem inneren Kipphebel (18) zumindest teilweise in dem offenen Raum und mit einer Verriegelungsstiftbohrung (88), die darin ausgeformt ist, und wobei ein erster Verriegelungsstift (136) und ein zweiter Verriegelungsstift (136) selektiv in der Bohrung bewegbar sind, einem ersten ringförmigen Federhalter (128) in einem ersten Ende der Verriegelungsstiftbohrung (88), einem zweiten ringförmigern Federhalter (128) in einem zweiten Ende der Verriegelungsstiftbohrung (88), einer ersten Feder (132) zwischen dem ersten Federhalter (128) und dem ersten Verriegelungsstift, einer zweiten Feder (132) zwischen dem zweiten Federhalter (128) und dem zweiten Verriegelungsstift, und einem Verschiebestoppelement (120), das zwischen dem ersten Verriegelungsstift (136) und dem zweiten Verriegelungsstift (136) positioniert ist, wobei die erste Feder (132) den ersten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestoppelement (120) vorspannt und die zweite Feder (132) den zweiten Verriegelungsstift (136) gegen das Verschiebestoppelement (120) vorspannt, wobei die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) selektiv zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) durch die ersten und zweiten ringförmigen Federhalter und in die Verriegelungsstiftlöcher (152) ausgefahren sind, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem inneren Kipphebel (18) und dem äußeren Kipphebel (21) verhindert wird, und einer zurückgezogenen Stellung bewegbar sind, in der die ersten und zweiten Verriegelungsstifte (136) sich nicht in die Verriegelungsstiftlöcher (152) erstrecken.