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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betätigung von Einlass- und Auslassventilen in Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
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Ein Verbrennungsmotor erzeugt Leistung durch Verbrennen von Kraftstoff in einer Verbrennungskammer. Gegenwärtige Einlass- und Auslassventile können durch Nockenwellen und Nocken, die sich in dem Motor befinden, gesteuert und betätigt werden. Einlassventile können geöffnet werden, um Kraftstoff und Luft in einen Zylinder zur Verbrennung einzulassen, während Auslassventile geöffnet werden können, um Verbrennungsgas aus dem Zylinder entweichen zu lassen. Die Nocken können Nocken mit fixem Profil sein, was zu Schwierigkeiten bei der Einstellung der Zeitsteuerungen oder Ventilhubausmaße des Motors führen kann, die zur Optimierung der Ventilöffnungszeiten und -hübe für verschiedene Motorbetriebsvorgänge nötig sind. Eine Totgangvorrichtung kann zwischen einem Ventil und einem Nocken an einer Nockenwelle zur Übertragung variierender Ausmaße der Nockenbewegung auf das Ventil verwendet werden. Derzeit verwendete Totgangsysteme zwischen dem Nocken an der Nockenwelle und dem Ventil verwenden einen Geberkolben, der Fluid aus einer Hydraulikkammer in eine Hydraulikkammer eines Nehmerkolbens verdrängt. Der Nehmerkolben kann auf das Motorventil wirken, um das Ventil zu öffnen. Das Hydrauliksystem umfasst allgemein zusätzliche Komponenten, etwa Nockensensoren, Ölsteuerventile, Versteller, Führungen, Steuerketten, Spanner, Kettenräder, Lagerdeckel, und verschiedene Schrauben und Befestigungselemente. Der Bedarf an zusätzlichen Komponenten zum Betrieb eines Totgangsystems kann die Trägheit des Ventilsystems erhöhen, was bei hohen Motordrehzahlen problematisch sein kann. Die zusätzlichen Komponenten können auch die Komplexität und die Kosten erhöhen. Ventilbetätigungssysteme wurden in
US-Patent Nr. 8,365,691 ;
US-Patent Nr. 6,997,148 ;
US-Patent Nr. 6,425,357 ;
US-Patent Nr. 5,645,031 ;
US-Patent Nr. 4,716,3 ;
US-Patent Nr. 2,072,437 ; US-Patentanmeldung Nr. 2011/0197833; und der
WO-Patentanmeldung Nr. 2007/142724 offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es kann wünschenswert sein, die zusätzlichen Komponenten zu minimieren, indem verschiedene Komponenten, rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend etwa Nockenwellen, Lager, Steuerketten, Führungen, Kettenräder, Spanner sowie Versteller vollständig beseitigt werden. Es kann auch wünschenswert sein, die Nockenwelle als eine zusätzliche Komponente zu beseitigen, aufgrund der zum Ventilsystem hinzugefügten Größe und dem Gewicht, dass die Nockenwelle dazu hinzufügt. Um die Einschränkungen der bestehenden Technologie zu überwinden, beseitigt das offenbarte kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem die Nockenwelle und verwendet zumindest eine Pleuelstange, die zur Drehung in Bezug auf eine Kurbelwelle durch einen Kurbelzapfen montiert ist, der sich an der Kurbelwelle befindet. Die zumindest eine Pleuelstange kann zur oszillierenden Bewegung eines Geberkolbens betätigbar sein, um Fluid zum Antrieb einer oszillierenden Fluidströmung innerhalb des kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems unter Druck zu setzen. Die Verwendung einer Pleuelstange kann zusätzliche Komponenten, die derzeit in Ventilbetätigungssystemen verwendet werden, etwa die Nockensensoren, Ölsteuerventile, Versteller, Führungen, Steuerketten, Spanner, Kettenräder, Lagerdeckel, und verschiedene Schrauben und Befestigungselemente, beseitigen. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem kann die Öffnung und Schließung einer Vielzahl von hydraulisch betätigbaren Ventilen steuern, entweder Einlassventile oder Auslassventile, oder sowohl Einlass- als auch Auslassventile. Die Ventile können einer Vielzahl von Zylindern eines Verbrennungsmotors zugeordnet sein. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem kann zumindest einen Akkumulator umfassen, der zur oszillierenden Aufnahme und Abgabe von Fluid in der Art eines Totgangs betätigbar ist, wenn eine Modifikation der Ventilbetätigung erwünscht ist, und zur Aufrechterhaltung des Fluiddrucks und -volumens in dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem.
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Ein kurbelwellengesteuertes Ventilbetätigungssystem kann eine Kurbelwelle, die durch den Motor angetrieben wird und um eine primäre Längsdrehachse drehbar ist, und zumindest eine mit der Kurbelwelle verbundene Fluidkolbenpumpe zur Erzeugung einer oszillierenden Fluidströmung in Ansprechen auf die Drehung der Kurbelwelle umfassen. Das System kann zumindest ein Steuerventil umfassen, das zum Abtrennen und Bereitstellen einer Fluidströmung zwischen dem zumindest einen Akkumulator und der zumindest einen Fluidkolbenpumpe betätigbar ist. Die Fluidkolbenpumpe kann einen Geberkolben, eine Fluidpumpkammer, und zumindest einen Fluiddurchgang entsprechend zumindest einem einer Vielzahl von hydraulisch betätigbaren Ventilen umfassen. Der Geberkolben kann zum oszillierenden Antreiben von Fluid in und aus dem zumindest einen Fluiddurchgang in Bezug auf die Fluidpumpkammer betätigbar sein. Das System kann eine Pleuelstange umfassen, die zwischen der Kurbelwelle und dem Geberkolben verbunden und dazu betätigbar ist, um den Geberkolben oszillierend zu bewegen, um oszillierend Fluid zu dem zumindest einen Fluiddurchgang anzutreiben, und um oszillierend Fluid aus dem zumindest einen Fluiddurchgang abzuziehen. Die Pleuelstange kann den Geberkolben innerhalb der Fluidpumpkammer schieben oder ziehen, was ausreichend Arbeitsfluiddruck und -volumen erzeugt, um wirkmäßig eines oder mehrere einer Vielzahl von Ventilen in Fluidverbindung mit dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem zu betätigen, wenn die Fluidströmung innerhalb der Fluiddurchgänge des kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems in Ansprechen auf die Oszillation des Geberkolbens, der durch die Pleuelstange entsprechend der Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird, oszilliert. Der zumindest eine Akkumulator kann eine Totgangfunktion zur Modifizierung einer Ventilzeitsteuerungs-Betätigungskurve der hydraulisch betätigten Ventile während der oszillierenden Fluidströmung bereitstellen, während ein Arbeitsfluidvolumen und -druck während des Betriebszyklus aufrechterhalten wird, und um Verluste an Arbeitsfluidvolumen und Druckverluste durch normalen Austritt während der Betriebszyklen auszugleichen. Da das Arbeitsfluid ein im wesentlichen inkompressibles Arbeitsfluid ist, kann es die oszillierende Fließbewegung des Arbeitsfluids durch das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem in Ansprechen auf die oszillierende Bewegung des Geberkolbens ermöglichen, wenn der Geberkolben durch die Drehung der Pleuelstange durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Geberkolben steht während des Betriebs des Verbrennungsmotors in ständiger Fluidkommunikation mit den Fluiddurchgängen des kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems.
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Ein Verfahren zum Betrieb eines normalerweise geschlossenen Ventils, das einem einer Vielzahl von Zylindern in einem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem eines Verbrennungsmotors zugeordnet ist, wird offenbart. Die kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigung kann zumindest einen Akkumulator zum Aufrechterhalten des Fluiddrucks und -volumens in dem System umfassen. Das Verfahren kann das Drehen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors um eine primäre Längsdrehachse umfassen. Die Kurbelwelle kann durch eine Pleuelstange mit zumindest einer Fluidkolbenpumpe verbunden sein. Das Verfahren kann des Weiteren umfassen: Erzeugen einer oszillierenden Fluidströmung durch die zumindest eine Fluidkolbenpumpe in Ansprechen auf die Drehung der Kurbelwelle, selektives Bereitstellen der Fluidkommunikation zwischen einer Fluidpumpkammer der zumindest einen Fluidkolbenpumpe und dem Ventil, das mit der oszillierenden Fluidströmung gesteuert werden soll, innerhalb von Fluiddurchgängen, um das Ventil in Ansprechen auf die oszillierende Fluidströmung zwischen einer normalerweise geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung anzutreiben, und selektives Versetzen zumindest eines Steuerventils in Kommunikation, um eine Fluidströmung zwischen dem zumindest einen Akkumulator und der zumindest einen Fluidkolbenpumpe zum Betreiben als einen Totgangmechanismus bereitzustellen, wenn eine Modifikation oder Beseitigung einer Ventilzeitsteuerungs-Betätigungskurve während der oszillierenden Fluidströmung gewünscht ist.
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Ein Verfahren zum Zusammenbau eines kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Ventilen, entweder von Einlassventilen oder Auslassventilen, oder von sowohl Einlass- als auch Auslassventilen, kann für Ventile verwendet werden, die einer entsprechenden Vielzahl von Zylindern in einem Verbrennungsmotor zugeordnet sind. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem kann eine Kurbelwelle, die durch den Motor angetrieben wird und um eine primäre Längsdrehachse drehbar ist, und zumindest einen Akkumulator zur Umleitung von druckbeaufschlagtem Fluid / oszillierender Fluidströmung umfassen, um als ein Totgangmechanismus zum Modifizieren der Ventilbetätigung zu arbeiten, wenn dies gewünscht wird. Das Verfahren kann umfassen: Verbinden einer Pleuelstange mit der Kurbelwelle zur Drehung in Bezug auf die Kurbelwelle, Anordnen zumindest einer Fluidkolbenpumpe zur Oszillation in Ansprechen auf die Drehung der Pleuelstange durch die Kurbelwelle, Verbinden der zumindest einen Fluiddruckpumpe mit zumindest einem Fluiddurchgang zum Leiten der oszillierenden Fluidströmung von der zumindest einen Fluiddruckpumpe in Fluidverbindung mit zumindest einem zu steuernden Ventil, und Einfügen zumindest eines Steuerventils, das betätigbar ist, um eine Totgang-Fluidströmung zwischen dem zumindest einen Akkumulator und der zumindest einen Fluidkolbenpumpe bereitzustellen, um während der oszillierenden Fluidströmung die Ventilzeitsteuerungs-Betätigungskurve zu modifizieren. Das Verfahren kann das Anordnen eines Geberkolbens umfassen, der innerhalb einer Fluidpumpkammer der zumindest einen Fluiddruck-Kolbenpumpe oszillierbar ist, um eine oszillierende Fluidströmung in Ansprechen auf die Drehung der Pleuelstange zu erzeugen. Das Verfahren kann das Verbinden eines Anlenkungsmechanismus zwischen der zumindest einen Fluidkolbenpumpe und der Pleuelstange umfassen, um die oszillierende Bewegung der Pleuelstange zu übertragen, um Fluid zu dem zumindest einen Fluiddurchgang hin zu treiben und Fluid von dem zumindest einen Fluiddurchgang abzuziehen.
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Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann klar werden, wenn die folgende Beschreibung der als beste Art zur praktischen Ausführung der Erfindung geltenden Ausführungsform in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin enthaltene Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen sich innerhalb der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen. In den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische Ansicht eines kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems zur selektiven Steuerung von vier Einlassventilen und vier Auslassventilen, mit einer Kurbelwelle, einer Verbrennungsmotor-Ventilanordnung mit Einlass- und Auslassventilen, sowie einem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem, und veranschaulicht zwei Pleuelstangen, die mit der Kurbelwelle verbunden sind, um in Drehung durch die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben zu werden, zum Antreiben eines ersten und zweiten Geberkolbens in oszillierender Bewegung zwischen ersten und zweiten Positionen, um eine oszillierende Fluidströmung innerhalb zweier separater geschlossener Fluidströmungspfade zu erzeugen, vier Steuerventile, wobei jedes Steuerventil zwischen einer ersten Stellung, die betätigbar ist, um die Fluidkommunikation zwischen der Geberkolbenkammer und dem Akkumulator zu erlauben, beweglich ist, und zumindest ein Schaltventil, um die Fluidkommunikation zwischen einer expandierbaren Fluidkammer, die jedem zu betätigenden Ventil zugeordnet ist, und dem geschlossenen Fluidströmungspfad selektiv zu erlauben und zu verhindern;
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2 ist eine schematische Ansicht des kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems zur selektiven Steuerung der Öffnung eines einzelnen Ventils und veranschaulicht ein erstes Steuerventil, das zwischen einer ersten geschlossenen Stellung und einer zweiten offenen Stellung betätigbar ist, um selektiv die Fluidkommunikation zwischen der Geberkolbenkammer und dem Akkumulator zu steuern, für eine Totgang-Fluidströmung, wenn eine Modifikation der Ventilbetätigung gewünscht wird;
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3 ist ein detailliertes Schema und veranschaulicht die Pleuelstange mit einem Anlenkmechanismus zum Antreiben des Geberkolbens; und
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4 ist ein detailliertes Schema und veranschaulicht, wie die Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung direkt den Geberkolben antreibt.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun Bezug nehmend auf die 1–4 wird dort ein kurbelwellengesteuertes Ventilbetätigungssystem 30 zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Ventilen 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d, entweder Einlassventile, Auslassventile, oder sowohl Einlass- als auch Auslassventile, entsprechend einer Vielzahl von Zylindern eines Verbrennungsmotors veranschaulicht. Das System kann eine Vielzahl von Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d entsprechend der Vielzahl von Ventilen 34a, 34b 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d umfassen. Jeder der Vielzahl von Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d kann normalerweise durch eine Feder 48a, 48b, 48c, 48d, 148a, 148b, 148c, 148d zu einer normalerweise geschlossenen Ventilstellung hin vorgespannt sein, und kann mit einem Fluiddruck, der ausreichend hoch ist, um die Vorspannkraft der Feder zu überwinden, zu einer offenen Ventilstellung hin hydraulisch angetrieben werden. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d umfassen, der betätigbar ist, um ein Fluidvolumen aufzunehmen und abzugeben, um eine Totgang-Fluidströmung bereitzustellen, wenn eine Modifikation der Ventilbetätigung gewünscht wird, und um Fluiddruck und -volumen in dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem 30 aufrecht zu erhalten. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 in einem Viertakt-Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Ventilen 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d, entweder Einlassventile Auslassventile, oder sowohl Einlass- als auch Auslassventile, verwendet werden.
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Nun bezugnehmend auf 1 wird dort ein kurbelwellengesteuertes Ventilbetätigungssystem 30 unter Verwendung eines Paars von Pleuelstangen 62, 162 zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Einlassventilen 34a, 34b, 34c, 34d, und einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Auslassventilen 134a, 134b, 134c, 134d entsprechend einer Vielzahl von Zylindern eines Verbrennungsmotors veranschaulicht. Jeder Zylinder kann ein Einlassventil 34a, 34b, 34c, 34d und ein entsprechendes Auslassventil 134a, 134b, 134c, 134d umfassen. Jedes der Vielzahl von Ventilen 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d kann einen entsprechenden Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d aufweisen. Jeder Nehmerkolben 444a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d kann normalerweise durch eine Feder 48a, 48b, 48c, 48d, 148a, 148b, 148c, 148d zu einer ersten Stellung hin vorgespannt sein. Die erste Stellung kann dadurch definiert sein, dass das Ventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d in einer geschlossenen Stellung ist. Jeder Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d kann mit einem Fluiddruck, der ausreichend hoch ist, um die Vorspannkraft der Feder 48a, 48b, 48c, 48d, 148a, 148b, 148c, 148d zu überwinden, hydraulisch in eine zweite Stellung angetrieben werden. Die zweite Stellung kann dadurch definiert sein, dass das Ventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d in einer offenen Stellung ist. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d umfassen, der betätigbar ist, um ein Fluidvolumen aufzunehmen und abzugeben, um eine Totgang-Fluidströmung bereitzustellen, wenn eine Modifikation der Ventilbetätigung gewünscht wird, und um Fluiddruck und -volumen in dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem 30 aufrecht zu erhalten. Dem Fachmann wird klar sein, dass die Totgang-Fluidströmung verwendet werden kann, um eine Ventilzeitsteuerungskurve zu modifizieren oder die Ventilbetätigung wenn gewünscht ganz zu deaktivieren. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 in einem Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinder verwendet werden. Jeder Zylinder kann ein entsprechendes hydraulisch betätigtes Einlassventil 34a, 34b, 34c, 34d und ein entsprechendes hydraulisch betätigtes Auslassventil 134a, 134b, 134c, 134d aufweisen. Die hydraulisch betätigten Ventile, die durch das Ventilbetätigungssystem 30 betrieben werden können, können entweder Einlassventile, Auslassventile, oder sowohl Einlass- als auch Auslassventile sein.
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Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann zumindest eine Fluidkolbenpumpe 36, 36a, 36b mit einem Geberkolben 38, 38a, 38b zur Bewegung innerhalb eines Gehäuses umfassen, das zumindest eine Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b, 40c, 40d definiert. Die Fluidpumpkammer kann eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Ventilen 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d und dem Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d durch Fluiddurchgänge bereitstellen, die einen oszillierenden Fluidströmungspfad definieren. Das Ventilbetätigungssystem 30 kann eine Kurbelwelle 50 umfassen, die durch den Motor um eine primäre Längsdrehachse drehbar ist, sowie Kurbelzapfen 65a, 65b, die sich an der Kurbelwelle 50 befinden und winkelmäßig in Bezug aufeinander versetzt sind. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend können die Kurbelzapfen 65a, 65b um ungefähr 220º in Bezug aufeinander versetzt sein, um Einlassventile durch Drehung des Kurbelzapfens 65a zu steuern und um Auslassventile durch Drehung des Kurbelzapfens 65b zu steuern. Das Ventilbetätigungssystem 30 kann zumindest eine Pleuelstange 62, 162 umfassen, die zwischen der Kurbelwelle 50 und dem Geberkolben 38, 38a, 38b angeordnet ist. Die zumindest eine Pleuelstange 62, 162 kann zur Drehung in Bezug auf die Kurbelwelle 50 an dem Kurbelzapfen 165a, 165b durch zumindest ein Stangenlager 166a, 166b montiert sein und zum Oszillieren des Geberkolbens 38, 38a, 38b zwischen einer ersten Stellung in der zumindest einen Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b, 40c, 40d und einer zweiten Stellung in der zumindest einen Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b, 40c, 40d betätigbar sein. Der Geberkolben 38, 38a, 38b kann ein Arbeitsfluid unter Druck setzen, das sich in der zumindest einen Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b, 40c, 40d befindet, für eine oszillierende Strömung durch eine Vielzahl von Fluiddurchgängen 72, 72a, 72b, 172a, 172b, die sich in dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem 30 befinden. Der Geberkolben 38, 38a, 38b kann Fluid zu einem ersten Fluiddurchgang 72, 72a, 72b hin unter Druck setzen, wenn er in der ersten Stellung ist, und kann Fluid zu einem zweiten Fluiddurchgang 172a, 172b hin unter Druck setzen, wenn er in der zweiten Stellung ist. Die erste und zweite Stellung können zur Öffnung unterschiedlicher Sätze von Ventilen 34a, 34b; 34c, 34d; 134a, 134b; 134c, 134d verwendet werden. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend steht, wenn die Geberkolben 38a, 38b in der ersten Stellung sind, unter Druck stehendes Fluid in Fluidverbindung mit ersten Fluiddurchgängen 72a, 72b, was ermöglicht, dass unter Druck stehendes Fluid in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64a, 64c an Nehmerkolben 48a, 48b 148c, 148d geleitet wird, und wenn der Geberkolben 38a, 38b in der zweiten Stellung ist, steht unter Druck stehendes Fluid in Fluidverbindung mit zweiten Fluiddurchgänge 172, 172b, was ermöglicht, dass unter Druck stehendes Fluid in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64b, 64d an Nehmerkolben 48c, 48d, 148a, 148b geleitet wird.
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Das Betätigungssystem 30 kann zumindest ein Steuerventil 56, 56a, 56b, 56c, 56d umfassen, das durch ein Stellglied 58, 58a, 58b, 58c, 58d zwischen einer ersten Stellung 60a, 60b, 60c, 60d und einer zweiten Stellung 62a, 62b, 62c, 62d betätigbar ist. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann ein Steuerventil 56, 56a, 56b, 56c, 56d ein Stellglied 58, 58a, 58b, 58c, 58d aufweisen, etwa ein elektromagnetbetätigtes Stellglied, ein piezoelektrisch betätigtes Stellglied, oder ein beliebiges anderes mechanisch oder elektrisch betätigtes Stellglied für ein Steuerventil. Das zumindest eine Steuerventil 56, 56a, 56b, 56c, 56d kann die Fluidkommunikation zwischen der zumindest einen Fluidkolbenpumpe 36, 36a, 36b und dem zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d bereitstellen. Die erste Stellung 60a, 60b, 60c, 60d kann definiert sein durch Verhinderung der Fluidkommunikation zwischen dem zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d und den Fluiddurchgängen 72, 72a, 72b, 172a, 172b. Die zweite Stellung 56c, 156c kann definiert sein durch Bereitstellung der Fluidkommunikation zwischen den Fluiddurchgängen 72, 72a, 72b, 172a, 172b und dem zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d, was die Fluidkommunikation zwischen der zumindest einen Fluidkolbenpumpe 36, 36a, 36b und dem zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d bereitstellt.
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Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann sich ein Viertakt-Vierzylinder-Zyklus auf den Weg eines Motorkolbens zwischen einem Einlasshub, einem Verdichtungshub, einem Zündungs/Verbrennungs/Leistungshub, und einem Auslasshub beziehen, so dass die zumindest eine Pleuelstange 62, 162 den Geberkolben 38 zwischen einer ersten und zweiten Stellung innerhalb der Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b, 40c, 40d oszillieren kann, um Fluid in die ersten oder zweiten Fluiddurchgänge 72, 72a, 72b, 172a, 172b zu zwingen, um eines der zwei der Vielzahlen von Ventilen 34a, 34b; 34c, 34d 134a, 134b; 134c, 134d auf Grundlage der Stellung des entsprechenden zumindest einen Schaltventils 64a, 64b, 64c, 64d zu öffnen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend können die Ventile 34a, 34b, 134c, 134d zwei Einlassventilen 34a, 34b, die einem ersten und vierten Zylinder zugeordnet sind, und zwei Auslassventilen 134c, 134d, die dem zweiten und dritten Zylinder eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors zugeordnet sind, entsprechen, während die Ventile 34c, 34d, 134a, 134b zwei Einlassventilen 34c, 34d, die einem zweiten und dritten Zylinder zugeordnet sind, und zwei Auslassventilen 134a, 134b, die einem ersten und vierten Zylinder eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors zugeordnet sind, entsprechen. Mit anderen Worten kann der erste Zylinder dem Einlassventil 34a und dem Auslassventil 134a zugeordnet sein, der vierte Zylinder kann dem Einlassventil 34b und dem Auslassventil 134b zugeordnet sein, der zweite Zylinder kann dem Einlassventil 34c und dem Auslassventil 134c zugeordnet sein, und der dritte Zylinder kann dem Einlassventil 34d und dem Auslassventil 134d zugeordnet sein.
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Wie in 2 veranschaulicht kann das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 direkt betätigt werden, um ein einzelnes Ventil 34a zu öffnen, das entweder ein Einlassventil oder ein Auslassventil sein kann. Es sollte klar sein, dass eine Vielzahl von Pleuelstangen 62 an der Kurbelwelle 50 montiert vorgesehen werden kann, um die oszillierende Fluidströmung durch separate geschlossen Fluidströmungspfade zur individuellen Öffnung jedes Ventils, entweder Einlassventile und/oder Auslassventile, anzutreiben. Es sollte des Weiteren klar sein, dass eine einzelne Pleuelstange 62 eine Geberkolbenpumpe 36 antreiben kann, um eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid für die oszillierende Strömung in einem geschlossenen Fluidströmungspfad 72 bereitzustellen, oder eine Geberkolbenpumpe 36, um eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid für die oszillierende Strömung in mehreren geschlossenen Fluidpfaden 72a, 172a 72b, 172b. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend wird dem Fachmann klar sein, dass das Öffnen und Schließen von zwei Ventilen 34a, 34b, entweder Einlass- oder Auslassventilen, für unterschiedliche Zylinder eines Verbrennungsmotors durch eine einzelne Geberkolbenpumpe 38 betätigt werden kann, die eine oszillierende, unter Druck stehende Fluidströmung innerhalb eines einzelnen geschlossenen Fluidströmungspfads 72 antreibt, mit einem einzelnen Steuerventil 56, das selektiv die Kommunikation mit einem Akkumulator 46 erlaubt, um eine Totgang-Druckfluidoszillation bereitzustellen, wenn keine Ventilbetätigung gewünscht ist, oder wenn eine Modifikation der Ventilbetätigung gewünscht ist. Optional kann, wie in 1 veranschaulicht, ein einzelnes Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d hinzugefügt werden, um selektiv die oszillierende Fluidströmung an eines der beiden Ventile 34a, 34b; 34c, 34d 134a, 134b; 134c, 134d, das gesteuert werden soll, zu leiten.
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Wie in 1 veranschaulicht, kann das offenbarte kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 in einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor verwendet werden kann. 1 zeigt acht Steuerventile entsprechend den vier Zylindern. Jeder Zylinder kann ein Einlassventil 34a, 34b, 34c, 34d und ein Auslassventil 134a, 134b, 134c, 134d aufweisen. Eine Pleuelstange 62, 162 kann jeweils einer Gruppe von vier Ventilen aus den acht Steuerventilen zugeordnet sein, oder jeweils einer Gruppe von zwei Ventilen aus den acht Steuerventilen, oder jedem Ventil aus den acht Steuerventilen, oder einer beliebigen Kombination davon. Das offenbarte kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann für Zylinder mit einem Viertakt-Zyklus verwendet werden; es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das System in einem Zweitakt-Motor verwendet werden könnte. Es wird in Betracht gezogen, dass das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 mit Verbrennungsmotoren verwendet werden kann, die eine beliebige gewünschte Anzahl von Zylindern aufweisen können, rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend etwa Motoren mit einem Zylinder, zwei Zylindern, drei Zylindern, vier Zylindern, sechs Zylindern oder acht Zylindern. Es wird in Betracht gezogen, dass das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 in einem Verbrennungsmotor zur Steuerung sowohl von Einlass- als auch von Auslassventilen verwendet werden kann, wie in 1–2 veranschaulicht.
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Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 1 veranschaulicht, ein erstes Schaltventil 64a selektiv die Fluidkommunikation zwischen dem unter Druck stehenden Fluiddurchgang 72a und einem ersten Ventil 34a oder einem zweiten Ventil 34b steuern; ein zweites Schaltventil 64b kann selektiv die Fluidkommunikation zwischen dem unter Druck stehenden Fluiddurchgang 172a und einem dritten Ventil 34c oder einem vierten Ventil 34d steuern; ein drittes Schaltventil 64c kann selektiv die Fluidkommunikation zwischen dem unter Druck stehenden Fluiddurchgang 72b und einem fünften Ventil 134c oder einem sechsten Ventil 134d steuern; und ein viertes Schaltventil 64d kann selektiv die Fluidkommunikation zwischen dem unter Druck stehenden Fluiddurchgang 172b und einem siebenten Ventil 134a oder einem achten Ventil 134b steuern. Mit anderen Worten kann das System ein erstes, zweites, drittes, und viertes Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d umfassen, um selektiv ein entsprechendes Paar von ersten und zweiten Ventilen 34a, 34b; 34c, 34d; 134c, 134d; 134a, 134b zu steuern. Jedes der ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltventile 64a, 64b, 64c, 64d kann zwischen einer ersten Stellung 68a, 68b, 68c, 68d und einer zweiten Stellung 70a, 70b, 70c, 70d bewegt werden, um jeweils die Fluidkommunikation zwischen einem ersten Nehmerkolben 44a, 44d, 144c, 144a und einem zweiten Nehmerkolben 44b, 44c, 144d, 144b zu schalten. Jedes der ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltventile 64a, 64b, 64c, 64d kann von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung hin durch ein entsprechendes Stellglied 66a, 66b, 66c, 66d angetrieben werden. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann ein Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d ein Stellglied 66a, 66b, 66d, 66d aufweisen, etwa ein elektromagnetbetätigtes Stellglied, ein piezoelektrisch betätigtes Stellglied, oder ein beliebiges anderes mechanisch oder elektrisch betätigtes Stellglied für ein Schaltventil.
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Das vereinfachte Schema von 1 veranschaulicht die Geberkolben 38a, 38b zur Vereinfachung in synchronisierter Bewegung, um ungefähr 360º Kurbelwellendrehung relativ zueinander versetzt; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Auslassventil-Geberkolben 38b ungefähr 220º Kurbelwellendrehung gegenüber dem Einlassventil-Geberkolben 38a versetzt sein kann, und die Beschreibung hierin sollte entsprechend gelesen und ausgelegt werden. Mit anderen Worten können rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend das Einlassventil 34a und das Auslassventil 134a ungefähr 220º voneinander für den ersten Zylinder betätigt werden; das Einlassventil 34b und das Auslassventil 134b können ungefähr 220º voneinander für den vierten Zylinder betätigt werden; das Einlassventil 34c und das Auslassventil 134c können ungefähr 220º voneinander für den zweiten Zylinder betätigt werden; und das Einlassventil 34d und das Auslassventil 134d können ungefähr 220º voneinander für den dritten Zylinder betätigt werden. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, um den notwendigen Versatz für die Betätigung der Einlass- und Auslassventile zu erreichen, der Kurbelzapfen 165a um ungefähr 220º gegenüber dem Kurbelzapfen 165b versetzt sein.
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Die erste Stellung der ersten und zweiten Nehmerkolben 38a, 38b kann dadurch definiert sein, dass unter Druck stehendes Fluid aus den Fluidkammern 40a, 40c in entsprechende erste Fluiddurchgänge 72a, 72b getrieben wird, um selektiv das Einlassventil 34a oder 34b und das Auslassventil 134c oder 134d in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64a und 64c zu öffnen, oder um selektiv für den Totgang an den Akkumulator 46a oder 46c umgeleitet zu werden, in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 56a, 56c. Wenn der erste und zweite Geberkolben 38a, 38b in die erste Stellung angetrieben werden, wird Fluid in die Pumpenkammern 40b, 40d von den Fluiddurchgängen 172a, 172b gezogen, um selektiv das Einlassventil 34c oder 34d und das Auslassventil 134a oder 134b zu schließen, in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64b, 64d, oder um selektiv für den Totgang an den Akkumulator 46b, 46d umgeleitet zu werden, in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 56b, 56d.
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Die zweite Stellung des Geberkolbens 38a, 38b kann dadurch definiert sein, dass unter Druck stehendes Fluid aus den Fluidkammern 40b, 40d in entsprechende zweite Fluiddurchgänge 172a, 172b getrieben wird, um selektiv das Einlassventil 34c oder 34d und das Auslassventil 134a oder 134b in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64b und 64d zu öffnen, oder um selektiv für den Totgang an den Akkumulator 46b oder 46d in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 56b, 56d umgeleitet zu werden. Wenn der erste und zweite Geberkolben 38a, 38b in die zweite Stellung angetrieben werden, wird Fluid in die Pumpenkammern 40a, 40c von den Fluiddurchgängen 72a, 72b gezogen, um selektiv das Einlassventil 34a oder 34b und das Auslassventil 134c oder 134d zu schließen, in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 64a, 64c, oder um selektiv für den Totgang an den Akkumulator 46a, 46c umgeleitet zu werden, in Abhängigkeit von der Stellung der Steuerventile 56a, 56c.
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In 1 wird rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend für den Zweck der hierin gegebenen Beschreibung die Kurbelwelle 50 in einer ersten Drehstellung dargestellt, die hierin als eine 0º-Stellung identifiziert ist, oder in einer Ausgangskonfiguration der Kurbelwelle 50. Die Pleuelstange 62, 162 kann um die Kurbelzapfen 165a, 165b so gedreht werden, dass die Pleuelstange 62, 162 den Geberkolben 38a, 38b in die Fluidpumpkammer 40a, 40b zu einer ersten Stellung hin schieben kann. In der ersten Stellung können die Geberkolben 38a, 38b unter Druck stehendes Fluid von den Pumpenkammern 40a, 40c in entsprechende erste Fluiddurchgänge 72a, 72b ausstoßen, während sie Fluid von entsprechenden zweiten Fluiddurchgängen 172a, 172b in die Pumpenkammern 40b, 40d ziehen. In der zweiten Stellung kann der Geberkolben 38a, 38b unter Druck stehendes Fluid von Kammern 40b, 40d in entsprechende zweite Fluiddurchgänge 172a, 172b ausstoßen, während sie Fluid von entsprechenden ersten Fluiddurchgängen 72a, 72b in die Pumpenkammern 40a, 40c ziehen.
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Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem
30 wie in der folgenden Tabelle angegeben betätigt werden.
| Kurbelwellenstellung | 0º | 40º | 180º | 220º | 360º | 400º | 540º | 580º |
| Steuerventil- | Stellung | | | | | | | | |
| 64a | 1· | 34a • | | 34a • | | | | 34a • | |
| 34b • | | 34b • | | | | 34b • | |
| 2· | | | 34a • | | 34a • | | 34a • | |
| | | 34b • | | 34b • | | 34b • | |
| 64B | 1· | 34c • | | 34c • | | 34c • | | | |
| 34d • | | 34d • | | 34d • | | | |
| 2· | 34c • | | | | 34c • | | 34c • | |
| 34d • | | | | 34d • | | 34d • | |
| 64c | 1· | | | | 134c • | | 134c • | | 134c • |
| | | | 134d • | | 134d • | | 134d • |
| 2· | | 134c • | | 134c • | | | | 134c • |
| | 134d • | | 134d • | | | | 134d • |
| 64d | 1· | | 134a • | | 134a • | | 134a • | | |
| | 134b • | | 134b • | | 134b • | | |
| 2· | | 134a • | | | | 134a • | | 134a • |
| | 134b • | | | | 134b • | | 134b • |
↓ = Ventil offen
↑ = Ventil geschlossen
(wobei die Ventilbezeichnungen folgende sind: Zylinder #1= Einlass
34a, Auslass
134a; Zylinder #4= Einlass
34b, Auslass
134b; Zylinder #2= Einlass
34c, Auslass
134c; und Zylinder #3= Einlass
34d, Auslass
134d)
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Wenn die Kurbelwelle in der 0º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64b, 64c in einer ersten Stellung 68a, 68b, 68c sind, und das Schaltventil 64d in einer zweiten Stellung 70d ist, kann das erste Einlassventil 34a in einer offenen Stellung sein und das Auslassventil 134b kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34b, 34c, 34d, 134a, 134c, 134d geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 40º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64b, 64d in einer ersten Stellung sind, und das Schaltventil 64c in der zweiten Stellung 70c ist, kann das vierte Auslassventil 134d in einer offenen Stellung sein und das Einlassventil 34a kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 180º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64b, 64d in einer ersten Stellung 68a, 68b, 68d sind, und das Schaltventil 64c in einer zweiten Stellung 70c ist, kann das dritte Einlassventil 34c in einer offenen Stellung sein und das Auslassventil 134d kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34b, 34d, 134a, 134b, 134c geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 220º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64b, 64c, 64d in einer ersten Stellung 68a, 68b, 68c, 68d sind, kann das erste Auslassventil 134a in einer offenen Stellung sein und das Einlassventil 34c kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34b, 34d, 134b, 134c, 134d geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 360º-Stellung ist und die Schaltventile 64b, 64c, 64d in einer ersten Stellung 68b, 68c, 68d sind, und das Schaltventil 64a in einer zweiten Stellung 70a ist, kann das erste Einlassventil 34b in einer offenen Stellung sein und das Auslassventil 134a kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34c, 34d, 134b, 134c, 134d geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 400º-Stellung ist und die Schaltventile 64b, 64c, 64d in einer ersten Stellung 68b, 68c, 68d sind, und das Schaltventil 64a in einer zweiten Stellung 70a ist, kann das dritte Auslassventil 134c in einer offenen Stellung sein und das zweite Einlassventil 34b kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34c, 34d, 134b, 134c, 134d geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 540º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64c, 64d in einer ersten Stellung 68a, 68c, 68d sind, und das Schaltventil 64b in einer zweiten Stellung 70b ist, kann das vierte Einlassventil 34d in einer offenen Stellung sein und das dritte Auslassventil 134c kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34b, 34c, 134a, 134b, 134d geschlossen bleiben. Wenn die Kurbelwelle in der 580º-Stellung ist und die Schaltventile 64a, 64c in einer ersten Stellung 68a, 68c sind, und die Schaltventile 64b, 64c in einer zweiten Stellung 70b, 70c sind, kann das zweite Auslassventil 134b in einer offenen Stellung sein und das vierte Einlassventil 34d kann schließen, während die verbleibenden Ventile 34a, 34b, 34c, 134a, 134c, 134d geschlossen bleiben.
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Die Vielzahl von Einlassventilen 34a, 34b, 34c, 34d ist in Ansprechen auf die Drehung der ersten Pleuelstange 62 drehbar und kann Einlassventilen entsprechen, die jedem Zylinder eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors zugeordnet sind. Die Vielzahl von Auslassventilen 134a, 134b, 134c, 134d ist in Ansprechen auf die Drehung der zweiten Pleuelstange 162 drehbar und kann Auslassventilen 134a, 134b, 134c, 134d entsprechen, die jedem Zylinder des Vierzylinder-Verbrennungsmotors zugeordnet sind. Die Geberkolben 38a, 38b können zwischen ersten und zweiten Stellungen drehen, in Ansprechen auf die Drehung der Kurbelwelle, die die Pleuelstange 62, 162 um den Kurbelzapfen 165a, 165b über die entsprechenden Stangenlager 166a, 166b dreht.
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Der Fachmann wird erkennen, dass, ohne von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung abzuweichen, das einzelne Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d durch zwei separate Öffnungs-/Schließ-Ventile ersetzt werden kann, wobei ein separates Schaltventil für jedes Einlassventil bereitgestellt wird. Der Fachmann wird weiter erkennen, dass zusätzliche Pleuelstangen und Stangenlager, die mit entsprechenden Kurbelzapfen an der Kurbelwelle gekoppelt sind, bereitgestellt werden können, um den Betrieb der Ventile zusätzlicher Zylinder in einer ähnlichen Weise wie sie oben beschrieben ist zu steuern, ohne von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auch wird dem Fachmann klar sein, dass zusätzliche Geberfluidkolbenpumpenkammern und geschlossene Fluidströmungspfade ähnlich zu der vorstehenden Offenbarung vorgesehen werden können, um die hydraulische Ventilbetätigung der Ventile einzeln oder paarweise bereitzustellen, ohne von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Schließlich sollte dem Fachmann auch klar sein, dass der Viertakt-Vierzylinder-Motorzyklus rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend ist, da das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem modifiziert werden kann, um unterschiedliche Motorkonfigurationen zu ermöglichen, etwa rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend, Motorkonfigurationen mit zwei oder mehr Zylindern, etwa Dreizylinder-, Sechszylinder-, Achtzylinder- oder Motorkonfigurationen mit mehr als acht Zylindern, ohne von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wie in 1 veranschaulicht kann das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 des Weiteren ein Steuersystem oder eine elektronische Steuereinheit (ECU) 98 für den Betrieb umfassen. Wie durch die unterbrochenen Linien veranschaulicht, kann die ECU 98 in elektrischer Kommunikation mit dem zumindest einen Steuerventil 56a, 56b, 56c, 56d und dem zumindest einen Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d stehen. Die elektronische Steuereinheit 98 kann einen Mikroprozessor umfassen, der in Übereinstimmung mit einem im Speicher gespeicherten Steuerprogramm betrieben wird. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann die ECU 98 die Betätigung des zumindest einen ersten Steuerventils 56a, 56b, 56c, 56d und des zumindest einen Schaltventils 64a, 64b, 64c, 64d in Übereinstimmung mit der vorstehenden detaillierten Beschreibung steuern.
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Vorteile der Implementierung des offenbarten kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems 30 in einem Motor können Gewichtseinsparungen durch Wegfall zusätzlicher Komponenten wie etwa Nockenwellen, Nockensensoren, Ölsteuerventile, Versteller, Führungen, Steuerketten, Spanner, Kettenräder, Lagerdeckel, und verschiedene Schrauben und Befestigungselemente umfassen. Das offenbarte kurbelwellengesteuerte Betätigungssystem 30 kann auch parasitäre Verluste in dem Motor verringern, die sich aus der Verwendung und dem Verschleiß der zusätzlichen Komponenten ergeben. Die Packgröße des Motors kann ebenfalls beträchtlich verringert werden, insbesondere durch Wegfall der Nockenwellen. Das offenbarte kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann beträchtliche wirtschaftliche Vorteile bieten, indem es die Herstellungskosten für den Motor aufgrund des Wegfalls der Kosten der zusätzlichen Komponenten verringert. Die Verwendung mehrerer Steuerventile und Pleuelstangen kann auch Flexibilität für die Bewegungssteuerung der Einlass- und Auslassventile bieten, indem die gewünschte Anzahl unabhängig oszillierender, unter Druck stehender Fluidströmungs-Oszillationspfade möglich wird.
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Nun Bezug nehmend auf die 2–4 wird dort eine Pleuelstange 62 veranschaulicht, die zwischen einer Kurbelwelle 50 und einem Geberkolben 38 betätigbar ist. Die Pleuelstange 62 und der Geberkolben 38 können an verschiedenen Positionen in Bezug auf einen Motorkolben 80 konfiguriert sein, wie in 3–4 zu sehen. Ein Nehmerkolben 44a kann das entsprechende Auslassventil 34a öffnen. Der Nehmerkolben 44a kann durch den Geberkolben 38 betätigt werden, der hydraulisch mit dem Nehmerkolben 44a verknüpft ist. Der Geberkolben 38 kann mechanisch durch die Pleuelstange 62 betätigt werden, die mit einem Hub des Motorkolben 80 getaktet sein kann, wie in 3–4 veranschaulicht. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann das Ventilbetätigungssystem 30 eine einzelne Pleuelstange 62 für den Betrieb eines der acht Ventile umfassen, die einem Vierzylinder-Motor zugeordnet sind. Wie am besten in 3 veranschaulicht, kann die Pleuelstange 62 ein erstes und zweites Ende 62a, 62b umfassen. Das erste Ende 62a kann zur Drehung in Bezug auf die Kurbelwelle 50 an einem Kurbelzapfen 165 durch ein Stangenlager 166 montiert sein. Das Stangenlager 166 kann um eine sekundäre Längsdrehachse drehbar sein. Die sekundäre Längsdrehachse kann zu einer primären Längsdrehachse der Kurbelwelle 50 versetzt sein. Das zweite Ende 62b kann mit dem Geberkolben 38 in Eingriff bringbar sein. Der Geberkolben 38 kann einen Kolbenbolzen 82 zum Antreiben des Geberkolbens 38 in oszillierender Bewegung umfassen. Wie in 4 veranschaulicht, kann die Pleuelstange 62 einen Anlenkmechanismus 168 umfassen, der zwischen der Pleuelstange 62 und dem Geberkolben 38 angeordnet ist, um die oszillierende Bewegung an den Geberkolben 38 zu übertragen. Das erste Ende 62a kann zur Drehung in einem Stangenlager 166 montiert sein, und das zweite Ende 162b kann schwenkbar über den Schwenkzapfen 86 mit dem Anlenkmechanismus 168 verbunden sein. Der Anlenkmechanismus 168 kann ein Kipphebelglied 74 umfassen, das schwenkbar für eine winkelförmige Oszillation montiert ist. Das Kipphebelglied 74 kann einen ersten Schwenkzapfen 84 und einen zweiten Schwenkzapfen 86 umfassen, um schwenkbar mit einem Anlenkelement 88 an einem Ende des Kipphebelglieds 74 montiert zu werden, und schwenkbar mit der Pleuelstange 62 an einem anderen Ende des Kipphebelglieds 74 verbunden zu werden. Das Anlenkelement 88 kann mit dem Geberkolben 38 durch einen dritten Schwenkzapfen 90 verbunden werden, so dass das Kipphebelglied 74 schwenken kann, um den Geberkolben 38 zwischen ersten und zweiten Endanschlägen der Bewegung zu oszillieren. Wie in 4 veranschaulicht kann der Geberkolben 38 des Weiteren zumindest eine Vorspannfeder 76 umfassen, die mit dem Geberkolben 38 in Eingriff bringbar ist und eine nicht zyklische Bewegung des Geberkolbens 38 in der Fluidpumpkammer 40 in Bezug auf den Anlenkmechanismus 68 aufnimmt. Die zumindest eine Vorspannfeder 76 kann parallel zu oder in Reihe mit dem Geberkolben 38 liegen. Die Vorspannfeder 76 kann sich innerhalb oder außerhalb der Fluidpumpkammer 40 befinden. Die zumindest eine Vorspannfeder 76 kann jegliches Spiel beseitigen, um die Geräuschbildung und das Schwingungsverhalten in dem Ventilbetätigungssystem 30 zu verbessern.
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Im Betrieb führt das Drehen der Kurbelwelle 50 des Verbrennungsmotors um eine primäre Längsdrehachse zur Drehung der Kurbelzapfen 165a, 165b um eine sekundäre Längsdrehachse, die zur primären Längsdrehachse versetzt ist. Die Drehung der Kurbelzapfen 165a, 165b kann die Bewegung auf die Pleuelstangen 62, 162 übertragen, um die Geberkolben 38a, 38b innerhalb der entsprechenden Fluidpumpkammern 40a, 40b, 40c, 40d zu oszillieren. Die Fluidpumpkammern 40a, 40b, 40c, 40d stellen eine oszillierende Fluidströmung innerhalb der Fluiddurchgänge 72a, 72b, 172a, 172b bereit, die selektiv durch die Steuerventile 56a, 56b, 56c, 56d, 64a, 64b, 64c, 64d geleitet werden, die den entsprechenden Akkumulatoren 46a, 46b, 46c, 46d und Ventilen 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d zugeordnet sind, die sich in dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem 30 befinden, um jedes der Ventile 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d zwischen einer normalerweise offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung anzutreiben. Die Oszillation des Geberkolbens 38a, 38b kann oszillierbar Fluid aus den Fluidpumpkammern 40a, 40b, 40c, 40d austreiben oder in diese zurück ziehen, um eine oszillierende Fluidströmung innerhalb eines geschlossenen Fluidströmungspfads in Fluidverbindung mit den Steuerventilen 56a, 56b, 56c, 56d, 64a, 64b, 64c, 64d bereitzustellen.
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Ein Fluidbehälter oder Sumpf 90a, 90b, 90c, 90d kann Fluid an eine Fluidpumpe 92a, 92b, 92c, 92d liefern, um es durch ein Rückschlagventil 96a, 96b, 96c, 96d an den Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d zu liefern. Sind die Steuerventile 56a, 56b, 56c, 56d in einer ersten Stellung, ist der entsprechende Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d von den entsprechenden oszillierenden Fluidströmungsdurchgänge 72a, 72b, 172a, 172b isoliert. Sind die Steuerventile 56a, 56b, 56c, 56d in einer zweiten Stellung 62a, 62b, 62c, 62d, wird der entsprechende Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d in Fluidverbindung mit den entsprechenden oszillierenden Fluidströmungsdurchgängen 72a, 72b, 172a, 172b versetzt. Die Akkumulatoren 46a, 46b, 46c, 46d können als Totgang-Fluidreservoir dienen, wenn die Modifikation oder Beseitigung einer Ventilbetätigungskurve gewünscht wird, während eine oszillierende Fluidströmung von den bestimmten Fluidpumpkammern 40a, 40b, 40c, 40d einer entsprechenden Fluidpumpe 36a, 36b herrscht, während sie gleichzeitig auch als ein unter Druck stehender Fluidbehälter zum Halten eines Volumens unter Druck und zum Aufrechterhalten des Fluiddrucks und -volumens in der kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungsanordnung 30 dienen. Mit anderen Worten kann der Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d verwendet werden, um die Gestalt einer Ventilzeitsteuerungskurve zu modifizieren und einen Totgang in dem Hydrauliksystem zu erlauben, indem die Bewegung eines Ventils verringert wird, während die Fluidströmung zu dem entsprechenden Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d geleitet wird. Die Einbeziehung des Akkumulators 46a, 46b, 46c, 46d in das System kann einem Ventil in Fluidverbindung mit dem Akkumulator erlauben, spät zu öffnen, früh zu schließen, teilweise zu öffnen, oder die Öffnung des Ventils ganz zu verhindern. Der Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d kann eine Akkumulatorfeder 47a, 47b, 47c, 47d umfassen, um den Druck eines vorbestimmten Volumens von Fluid aufrechtzuerhalten, wenn die Pumpe 92a, 92b, 92c, 92d nicht läuft. Der Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d kann eine Fluidströmung an die hydraulische Ventilbetätigungsanordnung 30 liefern, wenn das entsprechende Steuerventil 56a, 56b, 56c, 56d in einer zweiten Ventilstellung 62a, 62b, 62c, 62d ist.
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Das Fluid kann durch die Hochgeschwindigkeits-Schaltventile 64a, 64b, 64c, 64d strömen und sorgt für die selektive Fluidkommunikation zwischen dem Geberkolben 38a, 36b und einem entsprechenden der Vielzahl von Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d jeweils entsprechend einem Ventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d. Diese Schalt- oder Aussetzungsfunktion kann verwendet werden, um den Fluid-Totgang auszunützen, der andernfalls auftreten würde, wenn eine einzelne Motorventilfunktion mit dem kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystem 30 betätigt würde. Es wird in Betracht gezogen, dass mehr als ein Schaltventil 64a, 64b, 64c, 64d mit einem Verbrennungsmotor mit zusätzlichen Zylindern und Ventilen verwendet werden könnte. Das Steuerventil 56a, 56b, 56c, 56d kann in der zweiten Ventilstellung 62a, 62b, 62c, 62d sein, was für eine Fluidströmung zwischen der Fluidkolbenpumpe 36a, 36b und einem entsprechenden Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d sorgt. Das Steuerventil 56a, 56b, 56c, 56d kann in der ersten Ventilstellung 60a, 60b, 60c, 60d stehen, was die entsprechenden Akkumulatoren 46a, 46b, 46c, 46d von den oszillierenden Fluidströmungsdurchgängen 72a, 72b, 172a, 172b trennt, während es für die Fluidkommunikation zwischen der Fluidkolbenpumpe 36a, 36b und einem entsprechenden Steuerventil 64a, 64b, 64c, 64d zur selektiven Fluidkommunikation mit einem eines Paars von Ventilen 34a oder 34b; 34c oder 34d; 134a oder 134b; 134c oder 134d in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerventils 64a, 64b, 64c, 64d sorgt. Jedes Ventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d kann einen entsprechenden Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d; 144a, 144b, 144c, 144d umfassen. Der Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d kann durch eine entsprechende Vorspannfeder 48a, 48b, 48c, 48d, 148a, 148b, 148c, 148d normalerweise zu einer geschlossenen Ventilstellung hin vorgespannt sein. Wird der Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d in Ansprechen auf die Fluidkommunikation mit unter Druck stehendem Fluid bewegt, kann das unter Druck stehende Fluid die Federkraft überwinden, um den entsprechenden Nehmerkolben 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d zu bewegen und das entsprechende Ventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d zu öffnen. Fluid kann von dem Zylinder eines Nehmerkolbens 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d zu der entsprechenden Fluidpumpkammer 40a, 40b, 40c, 40d rückgeführt werden, indem es durch das entsprechende Steuerventil 64a, 64b, 64c, 64d oder durch optional entsprechende Rückschlagventile 80b, 80c, 80d, 80d, 180b, 180c, 180d, 180e passiert. Fluid, das zu den Schaltventilen 64a, 64b, 64c, 64d strömt, kann durch entsprechende Rückschlagventile 80b, 80c, 80d, 80d, 180b, 180c, 180d, 180e daran gehindert werden, zu den Zylindern der Nehmerventilen zu strömen.
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Ein Verfahren zum Zusammenbau eines kurbelwellengesteuerten Ventilbetätigungssystems 30 zur Steuerung des Öffnens und Schließens einer Vielzahl von hydraulisch betätigten Ventilen, entweder von Einlassventilen 34a, 34b, 34c, 34d oder Auslassventilen 134a, 134b, 134c, 134d kann entsprechend einer Vielzahl von Zylindern in einem Verbrennungsmotor vorgesehen sein. Das kurbelwellengesteuerte Ventilbetätigungssystem 30 kann umfassen: eine Kurbelwelle 50, die durch den Motor angetrieben wird und um eine primäre Längsdrehachse drehbar ist, eine Fluidkolbenpumpe 36a, 36b, die durch die Kurbelwellendrehung angetrieben wird, um eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid mit oszillierender Strömung bereitzustellen, ein Motorventil, das auf die oszillierende Strömung des unter Druck stehenden Fluids anspricht, um sich aus einer normalerweise geschlossenen Stellung in eine offene Stellung zu bewegen, und zumindest einen Akkumulator 46, 46a, 46b, 46c, 46d zum Aufrechterhalten eines vorbestimmten Volumens von unter Druck stehendem Fluid. Das Verfahren kann umfassen: Verbinden einer Pleuelstange 62, 62a, 62b mit der Kurbelwelle 50, zum Umwandeln der Drehbewegung in eine oszillierende oder Hin- und Herbewegung, die durch die Drehung der Kurbelwelle 50 angetrieben wird, Anordnen zumindest einer Fluidkolbenpumpe 36, 36a, 36b zur Oszillierung in Ansprechen auf die Hin- und Herbewegung der Pleuelstange 62, 62a, 62b durch die Kurbelwelle 50, fluidmäßiges Verbinden der zumindest einen Fluiddruckpumpe 36, 36a, 36b mit zumindest einem Fluiddurchgang 72a, 72b, 172a, 172b, zur Leitung einer oszillierenden Fluidströmung von unter Druck stehendem Fluid von der zumindest einen Fluiddruckpumpe 36, 36a, 36b, 36c, 36d in Fluidverbindung mit zumindest einem Nehmerkolben-Stellglied 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d eines entsprechenden Motorventils 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d, das gesteuert werden soll; sowie Einsetzen zumindest eines Steuerventils 56a, 56b, 56c, 56d zur selektiven Bereitstellung der Fluidkommunikation zwischen der zumindest einen Kolbenpumpe 36, 36a, 36b und zumindest einem Akkumulator 46a, 46b, 46c, 46d für eine oszillierende Totgang-Fluidströmung von unter Druck stehendem Fluid.
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Das Verfahren kann weiter das Verbinden eines Anlenkungsmechanismus 168 zwischen einer Fluidkolbenpumpe 36 und einer Pleuelstange 62 umfassen, um die oszillierende Bewegung der Pleuelstange 62 zu übertragen, um Fluid zu dem zumindest einen Fluiddurchgang 72a, 72b, 172a, 172b hin zu treiben und Fluid von dem zumindest einen Fluiddurchgang 72a, 72b, 172a, 172b abzuziehen, was eine oszillierende Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid erzeugt. Das Verfahren kann des Weiteren das selektive Bereitstellen der Fluidkommunikation während der oszillierenden Fluidströmung innerhalb des zumindest einen Fluiddurchgangs 72a, 72b, 172a, 172b mit zumindest einem Nehmerkolben-Stellglied 44a, 44b, 44c, 44d, 144a, 144b, 144c, 144d umfassen, um ein entsprechendes Motorventil 34a, 34b, 34c, 34d, 134a, 134b, 134c, 134d zu betätigen. Das Verfahren kann des Weiteren das Anordnen eines Geberkolbens 38, 38a, 38b zur Oszillation innerhalb einer Fluidpumpkammer 40, 40a, 40b der einen Fluiddruckkolbenpumpe 36, 36a, 36b umfassen, um eine oszillierende Fluidströmung in Ansprechen auf die Drehung der Pleuelstange 62, 162 zu erzeugen.
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Während die Erfindung hierin in Verbindung mit der aktuell als praktischste und bevorzugte geltenden Ausführungsform beschrieben worden ist, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit abdecken soll, die in den Geist und Umfang der folgenden Ansprüche fallen; dieser Umfang soll dabei die weitestmögliche Auslegung erfahren, so dass er alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen umfasst, soweit dies gesetzlich zulässig ist.
