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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Stellglied, das
die Steuerung der Hubhöhe, des Öffnungsvorschubs
und der Schließungsverzögerung der
Ventile von Kolbenmotoren erlaubt.
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Gegenwärtig wird
der Öffnungszeitpunkt
der Ventile von Kolbenmotoren abhängig vom Rotationswinkel der
Kurbelwelle durch den Phasenwinkel der Nockenwelle(n) in Bezug auf
diese Kurbelwelle definiert. Die Öffnungsdauer und die Hubhöhe der Ventile
werden durch das Nockenprofil definiert. In der Regel und in der
Mehrheit der Motoren, die aktuell von der Autoindustrie hergestellt
werden, sind diese Merkmale feststehend.
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Die
Erfahrung hat den Vorteil der Steuerung von Parametern wie dem Öffnungszeitpunkt,
der Öffnungsdauer
und der Hubhöhe
der Ventile von Kolbenverbrennungsmotoren gezeigt, die in Kraftfahrzeugen
verwendet werden. In der Tat haben diese Parameter einen starken
Einfluss auf den Füllgrad des
oder der Zylinder und auf die Verbrennungsbedingungen, und ihre
Steuerung während
des Betriebs erlaubt die Optimierung des Wirkungsgrads und der Leistung
abhängig
vom Drehzahlbereich des Motors und von der gewählten Ladung, und die Beherrschung
der Emissionen.
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Die
Steuerung dieser Parameter erlaubt insbesondere:
- • Über ein
hohes Drehmoment in allen Drehzahlbereichen zu verfügen, indem
die Öffnung
und die Schließung
der Einlass- und/oder Auslassventile an dem Zeitpunkt verursacht
wird, der insbesondere unter Berücksichtigung
der Trägheit
der Gase in den Ansaug- und Abgasrohren für den maximalen Füllgrad des
Zylinders am günstigsten ist.
- • Über ein
hohe maximale Leistung zu verfügen, ohne
das Drehmoment und die Elastizität
des Motors in niedrigen Drehzahlbereichen zu beeinträchtigen.
- • Die
in den Zylinder eingeleitete Ladung durch Drosselung direkt auf
der Ebene des Ventils zu regeln, statt auf eine Drosselklappe zurückzugreifen,
durch Einwirken auf die Hubhöhe
und/oder auf die Öffnungszeit
des Einlassventils oder der Einlassventile, was die Pumpverluste
begrenzt, die für
den Wirkungsgrad des Motors schädlich sind.
- • Über eine
bessere Beherrschung der Turbulenz im Brennraum zu verfügen, insbesondere
dank der Steuerung der Hubhöhe
des Ventils, die es erlaubt, die Geschwindigkeit der in den Zylinder
eingeleiteten Gase zu beherrschen, und dadurch die Homogenität des Luft-Kraftstoff-Gemischs
und die Verbrennungsgeschwindigkeit zu steuern.
- • Den
Anteil der verbrannten Gase zu regeln, die in der Ladung verdünnt sind,
die in den oder die Zylinder eingeleitet wird, insbesondere durch Wählen einer
mehr oder weniger großen
Ventilüberschneidung
(Zeit, in der die Einlass- und Auslassventile in einem selben Zylinder
gleichzeitig geöffnet
sind), was eine bessere Regelung der Abgase und des Wirkungsgrads
erlaubt, und eine geringere zyklische Streuung (Unregelmässigkeiten
der Verbrennung, Fehlzündungen)
erlaubt, was eine Senkung der Leerlaufdrehzahl des Motors ermöglicht.
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Darüber hinaus
erlaubt die Verzögerungssteuerung
der Einlassventilschließung
die Regelung der Ladung, die durch „Back-flow" in den Zylinder eingeleitet wird, anders
ausgedrückt,
durch den Rückfluss
der überschüssigen Frischgase
in die Einlassrohre. Diese Technik ist bei Motoren mit variablem Kompressionsverhältnis von
Nutzen, da sie die Durchführung
des Atkinson-Verfahrens erlaubt, das bei Teilladungen einen höheren Wirkungsgrad
aufweist als das von Otto oder Beau de Rochas.
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Bei
Saugmotoren oder überverdichteten
Motoren mit festem Kompressionsverhältnis erlaubt der „Back-flow", der durch die Verzögerungssteuerung der
Einlassventilschließung
erhalten wird, die Regelung des effektiven Kompressionshubs, was
es erlaubt, ein höheres
Kompressionsverhältnis
vorzusehen, das bei Teilladungen einen besseren Wirkungsgrad bietet
und eine bessere Beherrschung des Klingelns und des Wirkungsgrads
in allen Drehzahlbereichen ermöglicht.
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Bei
Motoren mit variabler Kompressionsrate erlaubt die Steuerung der
Hubhöhe
die Begrenzung der Tiefe des Ventilversatzes im Kolben (Abdruck
mit der Form der Ventile am Kolben), da sie bei Teilladungen eine
geringere Hubhöhe
der Ventile ermöglicht, wenn
die Kompressionsrate hoch ist.
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Es
gibt verschiedene Technologien, die es erlauben, alle oder einen
Teil dieser Parameter zu steuern, welche der Öffnungsvorschub, die Öffnungsdauer
und die Hubhöhe
der Ventile bei Kolbenverbrennungsmotoren sind, siehe zum Beispiel
die Patentschrift DE-A-4232573: von einfachen Nockenwellen-Phasenreglern,
die industriell hergestellt werden, bis hin zu elektromechanischen
oder elektrohydraulischen Vorrichtungen, die eine Steuerung der Gesamtheit
dieser Parameter erlauben, jedoch im experimentellen Stadium bleiben,
da sie erhebliche Unzulänglichkeiten
hinsichtlich der Mehrkosten, der Zuverlässigkeit, der Steuerbarkeit
oder des energetischen Mehrverbrauchs aufweisen.
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Diverse
Nockenwellen-Phasenregler und Vorrichtungen zur Steuerung der Hubhöhe werden
in Großserien
hergestellt, sind aber teuer und haben Steuerbarkeitseinschränkungen
aufzuweisen: die einfachen Phasenregler mit mehreren vordefinierten Positionen
oder mit stufenloser Regelung erlauben nicht die unabhängige Steuerung
des Öffnungsvorschubs
und der Schließungsverzögerung der
Ventile, und erlauben daher nicht die Steuerung der Öffnungs dauer.
Außerdem
erlauben sie nicht die Steuerung der Hubhöhe.
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Bestimmte
Vorrichtungen wie die, die unter der Handelsbezeichnung „VTec" von „Honda" oder „Variocam
Plus" von „Porsche" bekannt sind, umfassen
zwei verschiedene Nockenprofile, die es erlauben, abhängig vom
Betriebsbereich des Motors zwischen zwei verschiedenen Hubhöhengesetzen
der Einlassventile zu wählen.
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Die
ausgereifteste Vorrichtung, die gegenwärtig auf dem Markt ist, ist
wahrscheinlich die, die unter der Handelsbezeichnung „Valvetronic" bekannt ist und
von „BMW" entwickelt wurde,
die die Steuerung der Hubhöhe
der Ventile erlaubt und die es erlaubt, gekoppelt mit „Vanos" zur Phasenregelung
der Nockenwellen, fast die Gesamtheit der Parameter einzustellen,
mit Ausnahme der Einstellung der Schließungsverzögerung, die mit der des Öffnungsvorschubs
verbunden bleibt, was die Steuerung der Öffnungsdauer der Ventile untersagt.
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Die
elektromagnetischen Stellglieder mit Magnetventilen weisen gegenwärtig das
beste Parametrierungsniveau auf, doch erhebliche Mängel machen ihre
Industrialisierung schwierig, darunter der energetische Mehrverbrauch,
das hin und her Schlagen der Ventile bei hohen Drehzahlen, der Mangel
an Progressivität
bei der Wiederauflage der Ventile auf ihrem Sitz, die Überhitzung
ihrer elektrischen Bauteile oder die Notwendigkeit, eine höhere elektrische Versorgungsspannung
vorzusehen als die, die normalerweise im Fahrzeug verfügbar ist.
Darüber
hinaus sind ihre Herstellungskosten hoch und ihre Zuverlässigkeit
ist schwer für
die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs zu gewährleisten.
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Auch
elektrohydraulische Vorrichtungen sind entwickelt worden, wie jene,
die insbesondere für Motoren
mit niedriger Drehzahl entwickelt wurde und in den USA von „Sturman" in Zusammenarbeit
mit „Siemens" hergestellt wird.
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Gleich,
ob es sich um elektromagnetische oder um elektrohydraulische Stellglieder
handelt, weisen diese Vorrichtungen den Nachteil auf, dass sie viel
Energie verbrauchen, was ihren Nutzen hinsichtlich der Erhöhung des
Wirkungsgrads des Motors verringert.
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Heute
ist keine Technologie vorhanden, die zugleich einfach, zuverlässig, energiesparsam,
leicht industrialisierbar, wenig kostspielig ist und die unabhängige Steuerung
des Öffnungsvorschubs,
der Schließungsverzögerung und
der Hubhöhe
der Ventile von Kolbenverbrennungsmotoren erlaubt.
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Um
der Nichtverfügbarkeit
solch einer Technologie für
die Automobil-Motorindustrie zu entsprechen, erlaubt die erfindungsgemässe Vorrichtung nach
einer spezifischen Ausführungsform:
- • Die
unabhängige
Steuerung des Öffnungsvorschubs
der Ventile.
- • Die
unabhängige
Steuerung der Schließungsverzögerung der
Ventile.
- • Die
unabhängige
Steuerung der Hubhöhe
der Ventile.
- • Den
geräuscharmen
und energiesparsamen Betrieb.
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Aufgrund
dessen erlaubt die erfindungsgemässe
Vorrichtung die Durchführung
des Grossteils der Strategien zur Verbesserung der Leistung, des Wirkungsgrads
und der Emissionskontrolle durch die Steuerung des Öffnungsvorschubs,
der Öffnungsdauer
und der Hubhöhe
von Ventilen. Darüber
hinaus weist die erfindungsgemässe
Vorrichtung ein Zuverlässigkeitsniveau
und Fertigungskosten auf, die mit den Erfordernissen der Automobilindustrie
vereinbar sind.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung unterscheidet sich von den Ventiltriebvorrichtungen
des Stands der Technik darin, dass:
- a) Die
Nockenwelle entfällt,
sowie die eventuellen Kipphebel.
- b) Der Zylinderkopf insbesondere durch das Entfallen des Nockenwellenstrangs
vereinfacht wird, der gewöhnlich
durch Lager und deren Schmiervorrichtungen realisiert wird, und
durch das Entfallen der Bohrungen der Ventilstössel.
- c) Nach einer spezifischen Ausführungsform kann der vertikale
Raumbedarf des Motors durch das Entfallen des der Nockenwelle reduziert
werden.
- d) Die hin- und hergehende Masse der Baueinheit, die aus den
Ventilen und ihrer Triebvorrichtung besteht, wird vor allem durch
das Entfallen der Ventilstössel
und/oder der Kipphebel reduziert, was die Kraft reduziert, die bei
der Öffnung und
der Schließung
der Ventile zum Beschleunigen oder Abbremsen dieser Baueinheit erforderlich
ist.
- e) Die Vorrichtungen zum Einstellen des Spiels zwischen Nocken
und Stößeln wie
z.B. die Einstellscheibe, die Einstellschraube oder der hydraulische
Schieber entfallen.
- f) Die Ausrichtung der Ventile im Zylinderkopf wird erleichtert.
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Das
erfindungsgemässe
hydraulische Ventilstellglied für
Hubkolbenmotoren umfasst:
- ❖ mindestens
einen Hydraulikzylinder, der durch eine Leitung mit einem Hochdruck-Hydraulikkreis verbunden
ist und die Öffnung
mindestens eines Ventils gewährleistet,
- ❖ mindestens eine volumetrische Hydraulikpumpe, die
mindestens einen Ausgang und mindestens einen Eingang umfasst, und
die mit einer Drehzahl proportional zu der der Kurbelwelle des Motors
rotiert,
- ❖ mindestens ein Pumpenausgangsabsperrorgan, das es
erlaubt, zu verhindern, dass die Hydraulikflüssigkeit, die am Ausgang der
volumetrischen Hydraulikpumpe austritt, in einen Niederdruckkreis
oder in einen Behälter
einläuft,
und sie in einen Hochdruckkreis zu zwingen, der mit einem oder mehreren
Hydraulikzylinder(n) in Verbindung steht, der (die) die Öffnung eines
Ventils oder mehrerer Ventile gewährleistet/gewährleisten,
- ❖ mindestens einen Ventilöffnungswähler, der es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit,
die am Ausgang der volumetrischen Hydraulikpumpe austritt, über den
Hochdruckkreis zum Hydraulikzylinder mindestens eines Ventils zu
leiten, das geöffnet
werden soll, wobei diese Hydraulikflüssigkeit daran gehindert wird,
zu einem oder mehreren anderen Ventil(en) geleitet zu werden, das/die
geschlossen bleiben soll(en),
- ❖ mindestens ein Öffnungsrückschlagventil,
das im Hochdruckkreis zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Hydraulikzylinder
mindestens eines Ventils angeordnet ist, das es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit
in diesem Hydraulikzylinder des Ventils zurückzuhalten, um es offen zu
halten,
- ❖ mindestens einen Ventilschließungswähler, der es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit,
die im Hydraulikzylinder mindestens eines Ventils enthalten ist, das
vom Öffnungsrückschlagventil
offen gehalten wird, zum Eingang oder zu den Eingängen der
volumetrischen Hydraulikpumpe zu leiten, um die Schließung des
Ventils oder der Ventil zu gewährleisten
und die im Hydraulikzylinder enthaltene Hydraulikflüssigkeit
daran zu hindern, in den Hydraulikzylinder eines anderen Ventils
oder anderer Ventile eingeleitet zu werden, das oder die in geschlossener
Position bleiben soll(en),
- ❖ und mindestens ein Pumpeneingangsrückschlagventil,
das der Hydraulikflüssigkeit
des Niederdruckkreises oder des Behälters erlaubt, in den Eingang
oder die Eingänge
der volumetrischen Hydraulikpumpe zugelassen zu werden, wenn der
Druck dieses Niederdruckkreises oder des Behälters größer ist als der des Eingangs oder
der Eingänge
der volumetrischen Hydraulikpumpe.
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Die
anderen wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
in der Beschreibung und in den untergeordneten Ansprüchen beschrieben,
die direkt oder indirekt vom Hauptanspruch abhängen.
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Das
erfindungsgemässe
hydraulische Ventilstellglied für
Hubkolbenmotoren umfasst:
- ❖ einen
Hydraulikzylinder an dem oder an jedem der Ventil(e) des Motors,
der die Öffnung,
das Halten in der geöffneten
Stellung und die Schließung des
oder der Ventil(e) gewährleistet,
- ❖ eine volumetrische Hydraulikpumpe, deren Rotationsgeschwindigkeit
proportional zu der der Kurbelwelle ist,
- ❖ und eine Vorrichtung, die einen Satz Drosseln und
Klappen integriert.
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Die
Vorrichtung, die einen Satz Drosseln und Klappen integriert, hat
zur Funktion:
- – Die Hydraulikflüssigkeit,
die am Ausgang der volumetrischen Hydraulikpumpe verdrängt wird,
am gewählten
Zeitpunkt abhängig
von der Winkelposition der Kurbelwelle zum Hydraulikzylinder des Ventils
oder der Ventile zu leiten, um die Hebung des Ventils oder der Ventile
zu gewährleisten.
- – Die
Hydraulikflüssigkeit,
die am Ausgang der volumetrischen Hydraulikpumpe verdrängt wird, während der
gewählten
Rotationsgradzahl der Kurbelwelle zum Hydrau likzylinder des Ventils oder
der Ventile zu leiten, um die Hebung des Ventils oder der Ventile
auf die gewählte
Höhe zu gewährleisten.
- – Die
Hydraulikflüssigkeit
im Hydraulikzylinder des Ventils oder der Ventile eingeschlossen
zu halten, um das Ventil oder die Ventile während der gewählten Rotationsgradzahl
der Kurbelwelle geöffnet
zu halten.
- – Die
Hydraulikflüssigkeit,
die im Zylinder des Ventils oder der Ventile enthalten ist, am gewählten Zeitpunkt
abhängig
von der Winkelposition der Kurbelwelle zum Eingang der volumetrischen
Hydraulikpumpe zu leiten, um die Rückstellung des Ventils oder
der Ventile zu gewährleisten
und einen Teil der Energie, die von der Rückstellfeder des Ventils oder
der Ventile gespeichert wird, bei dessen oder deren Öffnung wiederzugewinnen.
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Nach
einer spezifischen Ausführungsform umfasst
die erfindungsgemässe
Vorrichtung:
- ❖ Einen oder mehrere
Elektromotor(en), der (die) von einem oder mehreren Rechner(n) gesteuert werden
und es erlauben, folgendes zu regeln:
- – Den Öffnungszeitpunkt
des Ventils oder der Ventile in Abhängigkeit von der Winkelposition
der Kurbelwelle.
- – Die
Hubhöhe
des Ventils oder der Ventile.
- – Den
Schließzeitpunkt
des Ventils oder der Ventile in Abhängigkeit von der Winkelposition
der Kurbelwelle.
- ❖ Eine Vorrichtung zur Messung des Winkels der Kurbelwelle,
die in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Messung des Ventilhubs
den oder die Rechner über
den Öffnungszeitpunkt,
die Hubhöhe
und den Schließzeitpunkt
des oder der Ventile des Motors informiert. Die Gesamtheit dieser Messvorrichtungen
und dieser Rechner führen
einen Regelkreis durch, der der Be wegung des Ventils oder der Ventile
des Motors eine ausreichende Präzision
verleiht.
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Die
folgende Beschreibung, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
nimmt, die beispielhaft und nicht einschränkend sind, erlaubt das bessere
Verständnis
der Erfindung, ihrer Merkmale und der Vorteile, welche sie bieten
kann.
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1 zeigt
das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen hydraulischen Stellglieds
in einer Konfiguration mit vier Ventilen (zum Beispiel zum Betätigen der
vier Einlassventile eines Vierzylindermotors).
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Kreislaufs, dessen Arbeitsweise
dem vorherigen entspricht, der aber dazu bestimmt ist, zum Beispiel die
acht Einlassventile eines Vierzylindermotors mit zwei Einlassventilen
je Zylinder zu betätigen.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Kreislaufs, dessen Arbeitsweise
dem vorherigen entspricht, der aber dank einer zusätzlichen
Pumpe bei höherem
Druck betrieben wird, und dies, um die Konsequenzen der Komprimierbarkeit
der Hydraulikflüssigkeit
und der Trägheit
der Ventile auf die Präzision
des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu begrenzen.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die das erfindungsgemässe hydraulische
Stellglied zeigt.
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5 bis 7 sind
Ansichten, die im Detail die Ventile eines Motors zeigen, die durch
das erfindungsgemässe
hydraulische Stellglied gesteuert werden.
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8 ist
eine Schnittansicht, die die Eingänge und Ausgänge der
Hydraulikpumpe des erfindungsgemäßen hydraulischen
Stellglieds zeigt.
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9 und 10 sind
Schnittansichten, die die mögliche
Anordnung des erfindungsgemäßen hydraulischen
Stellglieds an einem Motor zeigen.
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11 bis 13 sind
Ansichten, die die Pumpenausgangsabsperrorgane des erfindungsgemäßen hydraulischen
Stellglieds zeigen.
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14 ist
eine Schnittansicht, die den Ventilöffnungswähler des erfindungsgemäßen hydraulischen
Stellglieds zeigt.
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15 bis 21 sind
Ansichten, die den Zusammenbau der verschiedenen Elemente veranschaulichen,
aus denen das erfindungsgemässe
hydraulische Stellglied zusammengesetzt ist.
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22 ist
eine schematische Darstellung eines Kreislaufs, dessen Arbeitsweise
dem vorherigen entspricht, der in 1 bis 3 gezeigt
wurde, dessen Pumpenausgangsabsperrorgan und Ventilöffnungswähler aber
zu einem einzigen kombinierten Verteiler zusammengefasst sind.
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In 1 bis 3 und 22 wird
ein hydraulisches Stellglied 1 gezeigt, umfassend mindestens
einen Hydraulikzylinder 3, der durch eine Leitung mit einem
Hochdruck-Hydraulikkreis 10 verbunden
ist, um die Öffnung
mindestens eines Ventils 2 eines Kolbenmotors 12 zu
gewährleisten.
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens eine volumetrische
Hydraulikpumpe 4, die mindestens einen Ausgang 6 und
mindestens einen Eingang 7 umfasst, und deren Drehzahl
proportional zu der der Kurbelwelle 5 des Motors 12 ist.
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens ein Pumpenausgangsabsperrorgan 8,
das erlaubt, zu verhin dern, dass die Hydraulikflüssigkeit, die am Ausgang 6 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 austritt, in einen Niederdruckkreis 9 oder
in einen Behälter 58 einläuft, und
sie in einen Hochdruckkreis 10 zu zwingen, der mit einem
oder mehreren Hydraulikzylinder(n) 3 in Verbindung steht,
der (die) die Öffnung
eines Ventils oder mehrerer Ventile 2 des Motors 12 gewährleistet/gewährleisten.
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens einen Ventilöffnungswähler 11,
der es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit,
die am Ausgang 6 der volumetrischen Hydraulikpumpe 4 austritt, über den Hochdruckkreis 10 zum
Hydraulikzylinder 3 mindestens eines Ventils 2 zu
leiten, um seine Öffnung
zu erlauben, wobei diese Hydraulikflüssigkeit daran gehindert wird,
zu einem oder mehreren anderen Ventil(en) 2 geleitet zu
werden, das/die geschlossen bleiben soll(en).
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens ein Öffnungsrückschlagventil 24,
das im Hochdruckkreis 10 zwischen dem Pumpenausgang 6 und
dem Hydraulikzylinder 3 mindestens eines Ventils 2 angeordnet
ist, das es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit in diesem Hydraulikzylinder 3 des
Ventils 2 zurückzuhalten,
um es offen zu halten.
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens einen Ventilschließungswähler 25,
der es erlaubt, die Hydraulikflüssigkeit,
die im Hydraulikzylinder 3 mindestens eines Ventils 2 enthalten
ist, das vom Öffnungsrückschlagventil 24 offen
gehalten wird, zum Eingang oder zu den Eingängen 7 der volumetrischen
Hydraulikpumpe 4 zu leiten, um die Schließung des
Ventils oder der Ventile 2 zu gewährleisten und die im Hydraulikzylinder 3 enthaltene
Hydraulikflüssigkeit
daran zu hindern, in den Hydraulikzylinder 3 eines anderen
Ventils oder anderer Ventile 2 eingeleitet zu werden, das
oder die in geschlossener Position bleiben soll(en).
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Das
hydraulische Stellglied 1 umfasst mindestens ein Pumpeneingangsrückschlagventil 26, das
der Hydraulikflüssigkeit
des Niederdruckkreises 9 oder des Behälters 58 erlaubt,
in den Eingang oder die Eingänge 7 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 zugelassen zu werden, wenn
der Druck dieses Niederdruckkreises 9 oder des Behälters 58 größer ist als
der des Eingangs oder der Eingänge 7 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 (8).
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Es
ist anzumerken, dass mindestens eines der Ventile 2 mit
einer Messvorrichtung versehen ist, die ein elektrisches oder elektromagnetisches
Signal ausgibt, das einen Rechner über die Hubhöhe des Ventils
an einem bestimmten Zeitpunkt informiert.
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Was
den Niederdruckkreis 9 anbetrifft, ist dieser letztere
mit dem Druckschmierkreis 15 des Motors 12 verbunden.
Der Niederdruckkreis 9 kann auch unabhängig vom Druckschmierkreis 15 des
Motors 12 vorgesehen sein.
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Falls
der Niederdruckkreis 9 vom Druckschmierkreis 15 des
Motors 12 unabhängig
ist, kann dieser mit Hilfe einer zusätzlichen Pumpe 13 auf
einen Druck über
dem atmosphärischen
Druck gehalten werden. Der Niederdruckkreis 9 kann dann
einen Druckspeicher 14 umfassen.
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Nach
einer spezifischen Ausführungsform können das
Pumpenausgangsabsperrorgan 8 und der Ventilöffnungswähler 11 zu
einem einzigen kombinierten Verteiler 81 zusammengefasst
sein, der mindestens einen Eingang umfasst, der mit dem Ausgang 6 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 verbunden ist, wobei er
entweder mit einem Ausgang in Verbindung gesetzt werden kann, der
mit dem Niederdruckkreis 9 verbunden ist, oder mit einem
Ausgang, der mit mindestens einem Hydraulikzylinder 3 verbunden
ist (22).
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In 4 bis 7 wird
das hydraulische Ventilstellglied für Kolbenmotoren gezeigt, dessen Zylinder
und die Kammer 20 des Hydraulikzylinders 3, der
die Öffnung
des Ventils oder der Ventile 2 gewährleistet, in einer Ventilführung 16 vorgesehen sind,
wobei dieser Zylinder und diese Kammer 20 mit einem Arbeitskolben
zusammenwirken, der aus einem Absatz 19 besteht, der auf
dem Ventilschaft 18 vorgesehen ist, um das Ventil 2 zu öffnen.
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Der
Arbeitskolben, der aus einem Absatz 19 besteht, der auf
dem Ventilschaft 18 vorgesehen ist, ist an der Führung des
Ventils 2 in der Ventilführung 16 beteiligt.
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Der
Arbeitskolben, der aus einem Absatz 19 auf dem Ventilschaft 18 besteht,
umfasst mindestens eine Dichtung 17.
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Die
Ventilführung 16 umfasst
mindestens einen Ablauf 22 in der Nachbarschaft der Zuleitung oder
Ableitung 21, den der Zylinderkopf des Motors 12 aufweist,
um den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit zu dieser Zuleitung
oder Ableitung 21 zu begrenzen (5).
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Der
Hydraulikzylinder 3, der die Öffnung des Ventils oder der
Ventile 2 gewährleistet,
umfasst eine Enddämpfungsvorrichtung,
die die Abbremsung des Ventils oder der Ventile 2 erlaubt,
bevor diese Ventile mit ihrem Sitz in Kontakt kommen.
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Der
Hydraulikzylinder 3, der in der Ventilführung 16 vorgesehen
ist, umfasst demnach eine Enddämpfungsvorrichtung,
die aus einem kleinen Absatz 23 besteht, der auf dem Ventilschaft 18 vorgesehen ist.
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Der
Absatz 23 wirkt der mit einem Zylinderabschnitt von geringer
Höhe und
mit einem Durchmesser zusammen, der im Wesentlichen größer ist als
der Absatz 23, und der im Oberteil der Ventilführung 16 vorgesehen
ist, um die Hydraulikflüssigkeit abzuschneiden,
wenn das Ventil 2 das Ende des Schließungswegs erreicht, was bewirkt,
dass die Schnelligkeit dieses Ventils 2 abnimmt.
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Der
Hydraulikzylinder 3, der die Öffnung mindestens eines Ventils 2 gewährleistet,
umfasst eine Ablassvorrichtung auf der Höhe seiner Kammer 20, die
aus einem Absperrorgan besteht, das mit Hilfe einer Steuerung geöffnet werden
kann, um der Hydraulikflüssigkeit,
die in dieser Kammer 20 enthalten ist, den Austritt zu
einem Niederdruckkreis zu erlauben.
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In 8 wird
die volumetrische Hydraulikpumpe 4 gezeigt, wobei diese
letztere eine Flügelpumpe
sein kann, deren Stator ein Innenprofil aufweist, das mindestens
einen unabhängigen
Eingang und Ausgang definiert.
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Eine
erste Variante besteht darin, dass die volumetrische Hydraulikpumpe 4 eine
Zahnradpumpe sein kann, die mindestens zwei Antriebsräder und mindestens
einen unabhängigen
Eingang und Ausgang aufweist.
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Eine
zweite Variante besteht darin, dass die volumetrische Hydraulikpumpe 4 eine
Pumpe mit regelbarem Hubraum sein kann, die es erlaubt, die Hubgeschwindigkeit
des Ventils oder der Ventile 2 des Motors 12 in
einem bestimmten Betriebsbereich des Motors zu variieren.
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In 11 bis 13 wird
ein Ausführungsbeispiel
des Pumpenausgangsabsperrorgans 8 dargestellt.
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Ein
anderes Beispiel besteht darin, dass das Pumpenausgangsabsperrorgan 8 ein
Magnetventil ist, das von einem Rechner gesteuert wird.
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Im
Beispiel, das in 11 bis 13 gezeigt wird,
ist das Pumpenausgangsabsperrorgan 8 eine rotierende mechanische
Vorrichtung, die in einem Absperrorgangehäuse 65 enthalten ist
und mit einer Drehzahl rotiert, die proportional zu der der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 ist, und die einen Absperrorgan-Rotor 27 umfasst,
der mit mindestens einem Vorsprung 28 versehen ist, der
bei der Rotation dieses Absperrorgan-Rotors 27 periodisch
eine oder mehrere Pumpenausgangsöffnung(en) 29 verschließt, die in
diesem Absperrorgangehäuse 65 untergebracht sind.
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Es
ist anzumerken, dass die Dichtigkeit zwischen der oder den Pumpenausgangsöffnung(en) 29 und
den Vorsprüngen 28 des
Absperrorgan-Rotors 27 durch eine Kontakthaltevorrichtung 30 der
Pumpenausgangsöffnung(en) 29 mit
den Vorsprüngen 28 verstärkt wird,
wenn diese der oder den Pumpenausgangsöffnung(en) 29 gegenüberliegend
angeordnet sind.
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Die
Kontakthaltevorrichtung 30 besteht aus einem Absperrorgankolben 31,
der radial im Absperrorgangehäuse 65 angeordnet
ist, und das eine Pumpenausgangsöffnung 29 umfasst,
die dieses in der Längsrichtung
durchquert.
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Die
Pumpenausgangsöffnung 29 ist über eine
radiale Öffnung 33 mit
einer Pumpenausgangsleitung 32 verbunden. Der Absperrorgankolben 31 weist
eine zylindrisch konkave Auflagefläche mit einem Radius auf, der
im Wesentlichen mit dem der Vorsprünge 28 identisch ist,
so dass er eine große Kontaktfläche mit
den Vorsprüngen 28 aufweist.
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Der
Absperrorgankolben 31 weist auf Seiten des Absperrorgangehäuses 65 eine
dem Druck der Hydraulikflüssigkeit
ausgesetzte Fläche
auf, die größer ist
als die Kontaktfläche
mit den Vorsprüngen 28, so
dass er mit diesen Vorsprüngen 28 in
Kontakt gehalten wird, wenn beim Durchlauf der Vorsprünge 28 der
Druck der Flüssigkeit
in der Pumpenausgangsleitung 32 zunimmt (13).
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Wenn
die Pumpenausgangsöffnung 29 des Absperrorgankolbens 31 von
keinem Vorsprung verschlossen wird, wird dieser letztere durch eine
Feder 56 gegen das Absperrorgangehäuse 65 gedrückt gehalten
(12).
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Der
Absperrorgankolben 31 umfasst mindestens eine Dichtung,
die die Dichtigkeit zwischen dem Absperrorgankolben 31 und
der Bohrung gewährleistet,
in der er aufgenommen wird.
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In 11 und 15 bis 19 wird
der Absperrorgan-Rotor 27 dargestellt, der mit einer Vorrichtung
zur Phasenwinkelverschiebung relativ zur Kurbelwelle 5 des
Motors 12 versehen ist, damit die Öffnung des Ventils oder der
Ventile 2 vorgeschoben oder verzögert werden kann.
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In
einer Variante, die nicht gezeigt wird, besteht die Phasenwinkelverschiebungsvorrichtung des
Absperrorgan-Rotors 27 aus
mindestens einer im Inneren dieses Rotors vorgesehenen schrägen Rille,
die mit mindestens einer schrägen
Rille zusammenwirkt, die auf dem Äußeren der Antriebswelle des Absperrorgan-Rotors
vorgesehen ist.
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In
dieser Variante erfolgt die Phasenverschiebung durch Verschiebung
dieses Absperrorgan-Rotors 27 parallel zu seiner Rotationsachse
mit Hilfe einer Gabel.
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Dieser
Variante entsprechend umfasst der Absperrorgan-Rotor 27 Vorsprünge, die
von ausreichender Breite sind, um die Pumpenausgangsöffnung(en),
die im Absperrorgangehäuse 65 untergebracht
sind, unabhängig
von ihrer Längsposition
relativ zu diesen letzteren zu verschließen.
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In
unserem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 und 15 bis 19 sind
die Vorsprünge 28 breit
und mit variablem Querschnitt auf der Länge des Absperrorgan-Rotors 27 vorgesehen,
so dass sie eine Verschlusszeit aufweisen, die abhängig von der
Längsposition
des Absperrorgan- Rotors 27 relativ
zu der oder den Pumpenausgangsöffnungen(en) 29 variiert,
was es erlaubt, den Hubweg des Ventils oder der Ventile 2 zu
erhöhen
oder zu verringern.
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Die
Steuerung der Längsposition
des Absperrorgan-Rotors 27 relativ zu dieser oder diesen Pumpenausgangsöffnung(en) 29 erfolgt
mit Hilfe einer Ventilhubgabel 62, was es erlaubt, auf
den Absperrorgan-Rotor 27 eine Verschiebung parallel zu seiner
Rotationsachse auszuüben.
-
Rs
ist festzustellen, dass der Absperrorgan-Rotor 27 mindestens
eine gerade innere Rille 34 umfasst, die mit mindestens
einer geraden äußeren Rille 76 zusammenwirkt,
die auf einer Öffnungshülse 37 oder
jedem anderen Antriebselement vorgesehen ist.
-
Die
Phasenwinkelverschiebungsvorrichtung des Absperrorgan-Rotors 27 besteht
aus der Öffnungshülse 37,
die mindestens eine schräge
innere Rille 75 umfasst, die mit mindestens einer schrägen äußeren Rille 60 zusammenwirkt,
die auf ihrer Antriebswelle 59 oder jedem anderen Antriebselement vorgesehen
ist.
-
Die Öffnungshülse 37 weist
auch mindestens eine gerade äußere Rille 76 auf,
die mit mindestens einer geraden inneren Rille 34 zusammenwirkt,
die auf dem Absperrorgan-Rotor 27 vorgesehen ist.
-
Die Öffnungshülse 37 kann
durch eine Ventilöffnungsvorschubgabel 61 durch
Verschiebung parallel zu ihrer Rotationsrichtung betätigt werden
kann, um die Öffnung
des Ventils oder der Ventile 2 durch Phasenwinkelverschiebung
des Absperrorgan-Rotors 27, der von ihr gedreht wird, vorzuschieben
oder zu verzögern.
-
Der
Hub des Ventils oder der Ventile 2 wird unabhängig mit
Hilfe der Ventilhubgabel 62 gesteuert, die auf die Längsposition
des Absperrorgan-Rotors 27 relativ zu der oder den Pumpenausgangsöffnung(en) 29 wirkt.
-
In
einer Ausführungsvariante,
die nicht gezeigt wird, kann der Absperrorgan-Rotor 27 mindestens
eine gerade innere Rille umfassen, die mit mindestens einer geraden äußeren Rille
zusammenwirkt, die auf ihrer Antriebswelle oder jedem anderen Antriebselement
vorgesehen ist.
-
In 14 bis 19 wird
ein Beispiel des Ventilöffnungswählers 11 dargestellt,
der eine mechanische rotierende Vorrichtung sein kann, die in einem
Gehäuse
enthalten ist und mit einer Drehzahl proportional zu der der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 rotiert.
-
Als
Variante kann der Ventilöffnungswähler 11 aus
einem oder mehreren Magnetventil(en) bestehen, das/die von einem
Rechner gesteuert wird/werden.
-
Dem
in 14 bis 19 gezeigten
Beispiel gemäß ist der
Ventilöffnungswähler 11 eine
mechanische rotierende Vorrichtung, die in einem Wählergehäuse 66 enthalten
ist, mit einer Drehzahl proportional zu der der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 rotiert, und die einen Öffnungswähler-Rotor 38 umfasst,
der mit einem Nocken 39 versehen ist, der einen oder mehrere
Ventilöffnungsverteiler 40 betätigt, der/die radial
im Wählergehäuse 66 angeordnet
ist/sind.
-
Der Öffnungswähler-Rotor 38 ist
mit einer Vorrichtung zur Öffnungswinkel-Phasenverschiebung
relativ zur Kurbelwelle 5 des Motors 12 versehen,
so dass der Ventilöffnungswähler 11 mit
dem Pumpenausgangsabsperrorgan 8 synchronisiert werden
kann und das oder die Ventil(e) 2 am gewählten Zeitpunkt
wählen
kann.
-
Der Öfnungswähler-Rotor 38 umfasst
einen Nocken 39, der mit der Öffnungshülse 37 fest verbunden
ist und es dem Ventilöffnungswähler 11 erlaubt, mit
der Öffnung
des oder der Ventile 2 synchronisiert zu bleiben, die von
der Phasenverschiebung des Absperrotors 27 relativ zur
Kurbelwelle 5 des Motors 12 abhängig ist.
-
Die
Ventilöffnungsvorschubgabel 61 erlaubt es,
die Phase des Öffnungswähler-Rotors 38 und
des Absperrotors 27 gleichzeitig und in gleichen Verhältnissen
relativ zur Kurbelwelle 5 zu verschieben.
-
Die
Phasenwinkelverschiebungsvorrichtung des Öffnungswähler-Rotors 38 besteht
aus mindestens einer schrägen
Rille 77, die im Inneren des Öffnungswähler-Rotors 38 vorgesehen
ist, welche mit mindestens einer schrägen Rille 60 zusammenwirkt, die
auf dem Äußeren der
Antriebswelle 59 des Öffnungswähler-Rotors 38 oder
jedes anderen Antriebsmittels vorgesehen ist.
-
Die
Phasenverschiebung erfolgt mit Hilfe einer Gabel, indem dieser Öffnungswähler-Rotor 38 parallel
zu seiner Rotationsachse verschoben wird.
-
Der
Nocken 39 ist mit einer Breite vorgesehen, die ausreicht,
um die Ventilöffnungsverteiler 40 unabhängig von
ihrer Längsposition
relativ zu diesen Verteilern zu betätigen.
-
Der
oder die Ventilöffnungsverteiler 40 bestehen
aus einem zylindrischen Teil 78, das mit einer oder mehreren
Auskehlung(en) 41 versehen ist und in einer Bohrung aufgenommen
wird, die im Wählergehäuse 66 vorgesehen
ist.
-
Die
Auskehlung(en) 41 werden durch axiale Verschiebung des
zylindrischen Teils 78, die durch den Druck des Nockens 39 ausgeübt wird,
auf die Höhe
von Leitungen 42 gebracht, die im Wählergehäuse 66 vorgesehen
sind, um den Umlauf der Hydraulikflussigkeit in diesen Leitungen
zuzulassen.
-
Wenn
der Nocken 39 sie nicht betätigt, werden die zylindrischen
Teile 78 durch die vereinte Wirkung eines Absatzes 44,
der auf diesen zylindrischen Teilen 78 vorgesehen ist und
auf dem Wählergehäuse 66 zum
Aufliegen kommt, und einer Feder 43, die durch einen Stopfen 45,
der in das Wählergehäuse geschraubt
ist, zusammengedrückt
gehalten wird, in einer gewählten
Entfernung vom Öffnungswähler-Rotor 38 gehalten.
-
Der
Stopfen 45, der in das Wählergehäuse 66 geschraubt
ist, definiert eine Kammer 46, die die Feder 43 enthält und die
durch eine Leitung, die nicht dargestellt ist, mit dem Niederdruckkreis 9 oder
mit dem Behälter 58 verbunden
ist.
-
In 15 bis 21 wird
ein Ausführungsbeispiel
eines Ventilschließungswählers 25 gezeigt, der
aus einer rotierenden mechanischen Vorrichtung besteht, die in einem
Wählergehäuse 66 enthalten
ist und mit einer Drehzahl proportional zu der der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 rotiert.
-
Als
Variante kann der Ventilschließungswähler 25 aus
einem oder mehreren Magnetventil(en) bestehen, das/die von einem
Rechner gesteuert wird/werden.
-
Der
Ventilschließungswähler 25 umfasst
einen Schließungswähler-Rotor 47,
der mit einem Nocken 48 versehen ist, der einen oder mehrere
Ventilschließungsverteiler 49 betätigt, der/die
radial im Wählergehäuse 66 angeordnet
ist/sind.
-
Der
Schließungswähler-Rotor 47 ist
mit einer Vorrichtung zur Phasenwinkelverschiebung relativ zur Kurbelwelle 5 des
Motors 12 versehen, so dass die Schließung des Ventils oder der Ventile 2 vorgeschoben
oder verzögert
werden kann.
-
Die
Vorrichtung zur Phasenwinkelverschiebung des Schließungswähler-Rotors 47 besteht
aus mindestens einer schrägen
Rille 79, die im Inneren des Schließungswähler-Rotors 47 vorgesehen
ist, wobei sie mit mindestens einer schrägen Rille 60 zusammenwirkt,
die auf dem Äußeren der
Antriebswelle 59 oder jedes anderen Antriebsmittels des
Schließungswähler-Rotors 47 vorgesehen
ist.
-
Die
Phasenverschiebung erfolgt mit Hilfe einer Ventilschließungsverzögerungsgabel 63,
indem der Schließungswähler-Rotor 47 parallel
zu seiner Rotationsachse verschoben wird.
-
Der
Nocken 48 ist von ausreichender Breite, um die Ventilschließungsverteiler 49 unabhängig von seiner
Längsposition
relativ zu diesen letzteren zu betätigen.
-
Der
oder die Ventilschließungsverteiler 49 bestehen
aus einem zylindrischen Teil 80, das mit einer oder mehreren
Auskehlung(en) 50 versehen ist und in einer Bohrung aufgenommen
wird, die im Wählergehäuse 66 vorgesehen
ist.
-
Die
Auskehlungen 50 werden durch axiale Verschiebung des zylindrischen
Teils 80, die durch den Druck des Nockens 48 ausgeübt wird,
auf die Höhe
von Leitungen gebracht, die im Wählergehäuse 66 vorgesehen
ist, um den Umlauf der Hydraulikflüssigkeit in diesen Leitungen
zuzulassen.
-
Wenn
der Nocken 48 sie nicht betätigt, werden die zylindrischen
Teile 80 durch die vereinte Wirkung eines Absatzes 51,
der auf den zylindrischen Teilen 80 vorgesehen ist und
auf dem Wählergehäuse 66 zum
Aufliegen kommt, und einer Feder 52, die von einem Stopfen 53,
der in das Wählergehäuse 66 geschraubt
ist, zusammengedrückt
gehalten wird, in einer gewählte
Entfernung vom Schließungswähler-Rotor 47 gehalten.
-
Der
Stopfen 53, der in das Wählergehäuse 66 geschraubt
ist, definiert eine Kammer 73, die die Feder 52 enthält und die
durch eine Leitung, die nicht dargestellt ist, mit dem Niederdruckkreis 9 oder
mit dem Behälter 58 verbunden
ist.
-
Der
Hochdruckkreis 10 umfasst mindestens ein Schließungsrückschlagventil 54 vor
oder hinter dem Ventilschließungswähler 25,
um zu verhindern, dass die Hydraulikflüssigkeit, die im Hydraulikzylinder 3 eines
Ventils oder mehrerer Ventile 2 in der Schließungsphase
enthalten ist, in den Hydraulikzylinder 3 eines anderen
Ventils oder anderer Ventile 2 eingeleitet wird, das/die
geschlossen bleiben soll(en).
-
Das
Schließungsrückschlagventil 54,
das vor oder hinter dem Ventilschließungswähler 25 angeordnet
ist, besteht aus einer Kugel, die von einer Feder auf ihren Sitz
gehalten wird.
-
Es
ist anzumerken, dass auch das Pumpeneingangsrückschlagventil 26 aus
einer Kugel besteht, die von einer Feder auf ihren Sitz gehalten wird.
-
In 20 und 21 wird
ein gemeinsames Gehäuse
gezeigt, das aus einem oder mehreren Teilen besteht, in dem die
volumetrische Hydraulikpumpe 4, das Pumpenausgangsabsperrorgan 8,
der Ventilöffnungswähler 11,
das oder die Öffnungsrückschlagventil(e) 24,
der Ventilschließungswähler 25 und
das oder die Schließungsrückschlagventil(e) 54 zusammen
oder gruppenweise enthalten sind.
-
Die
volumetrische Hydraulikpumpe 4, der Absperrorgan-Rotor 27,
der Öffnungswähler-Rotor 38,
der Schließungswähler-Rotor 47 oder
eine beliebige Kombination aus diesen vier Vorrichtungen werden
von einer gemeinsamen Welle 59 gedreht, die ihrerseits
mit Hilfe einer Ge triebevorrichtung von der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 gedreht wird (15 bis 19).
-
Die
Getriebevorrichtung, die die gemeinsame Welle 59 antreibt,
besteht aus einer Riemenscheibe 74, die mit Hilfe eines
Zahnriemens oder einer Kette von der Kurbelwelle 5 des
Motors 12 gedreht wird, oder aus einem Zahnradgetriebe,
das aus mindestens einem Antriebsrad besteht.
-
Die
gemeinsame Welle 59 ist mit mindestens einer schrägen Rille 60 versehen,
die den Absperrorgan-Rotor 27, den Öffnungswähler-Rotor 38, die Öffnungshülse 37 und
den Schließungswähler-Rotor 47 oder
eine beliebige Kombination aus diesen drei Vorrichtungen dreht und
mit den inneren schrägen
Rillen bestimmter dieser Vorrichtungen zusammenwirkt, um deren Phasenwinkelverschiebung
relativ zur Kurbelwelle 5 des Motors 12 zu erlauben.
-
Das
gemeinsame Gehäuse
besteht aus vier Hauptgehäusen,
die die gemeinsame Welle 59 enthalten und die zusammengefügt sind,
jeweils mit:
- ❖ einem Pumpengehäuse 64,
das die volumetrische Hydraulikpumpe 4 und das oder die
Pumpeneingangsrückschlagventil(e) 26 enthält,
- ❖ einem Absperrorgangehäuse 65, das den Absperrorgan-Rotor 27 und
die Pumpenausgangsöffnung(en) 29 enthält,
- ❖ einem Wählergehäuse 66,
das die Ventilhubgabel 62, den Öffnungswähler-Rotor 38, den
oder die Ventilöffnungsverteiler 40,
die Ventilöffnungsvorschubgabel 61,
den Schließungswähler-Rotor 47,
den oder die Ventilschließungsverteiler 49,
die Ventilschließungsverzögerungsgabel 63,
das oder die Öffnungsrückschlagventil(e) 24 enthält und das
oder die Schließungsrückschlagventil(e) 54 umfassen
kann,
- ❖ und ein Schließungskollektorgehäuse 67.
-
Das
Absperrorgangehäuse 65 wird
von Leitungen durch quert, die den Ausgang oder die Ausgänge 6 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 einerseits mit dem oder
den Pumpenausgangsabsperrorgan(en) 8 und andrerseits mit
einem Öffnungskollektor 68 verbinden,
der aus einem Leitungsnetz besteht, das in der Verbindungsfläche zwischen
dem Absperrorgangehäuse 65 und
dem Wählergehäuse 66 vorgesehen
ist.
-
Das
Absperrorgangehäuse 65 wird
von Leitungen durchquert, die den Eingang oder die Eingänge 7 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 mit einem Schließungskollektor 69 verbinden,
der aus einem Leitungsnetz besteht, das in der Verbindungsfläche zwischen
dem Wählergehäuse 66 und
dem Schließungskollektorgehäuse 67 vorgesehen
ist.
-
Das
Wählergehäuse 66 wird
in der Längsrichtung
von Leitungen 42 durchquert, die den Öffnungskollektor 68 und
den Schließungskollektor 69 verbinden
und die von dem oder den Ventilöffnungsverteiler(n) 40 und
von dem oder den Ventilschließungsverteiler(n) 49 geschlossen
oder geöffnet
werden können.
-
Die
Leitungen 42 umfassen Ventilabgangsleitungen 70,
die zwischen dem oder den Ventilöffnungsverteiler(n) 40 und
dem oder den Ventilschließungsverteiler(n) 49 angeordnet
sind, die mit dem Hydraulikzylinder 3 des oder der Ventile 2 verbunden sind.
-
Das
Wählergehäuse 66 wird
in der Längsrichtung
auch von einer oder mehreren Leitungen durchquert, die den Schließungskollektor 69 mit
dem Eingang oder den Eingängen 7 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 verbinden.
-
Der Öffnungskollektor 68 erlaubt
es, die Leitungen, die das Wählergehäuse 66 in
der Längsrichtung
durchqueren und mit dem gleichen Pumpenausgang 6 verbunden
werden sollen, untereinander zu verbinden.
-
Der
Pumpenausgang 6 wird durch die Leitung, die das Absperrorgangehäuse 65 durchquert, mit
dem Öffnungskollektor 68 verbunden.
-
Der
Schließungskollektor 69 erlaubt
es, die Leitungen, die das Wählergehäuse 66 in
der Längsrichtung
durchqueren und mit dem gleichen Pumpeneingang 7 verbunden
werden sollen, untereinander zu verbinden.
-
Der
Pumpeneingang 7 ist durch die Leitungen, die jeweils das
Wählergehäuse 66 und
das Absperrorgangehäuse 65 durchqueren,
mit dem Schließungskollektor 69 verbunden.
-
Befestigungsschrauben 71 durchqueren
die verschiedenen Gehäuse 64, 65, 66 und 67,
um sie zusammenzuhalten, wobei eine oder mehrere dieser Befestigungsschrauben 71 den
Gabeln 61, 62 und 63, welche die Steuerung
der Öffnung,
des Hubs und der Schließung
der Ventile 2 erlauben, als Laufschiene dienen können.
-
Die
Ventilöffnungsvorschubgabel 61,
die Ventilhubgabel 62 und die Ventilschließungsverzögerungsgabel 63 werden
durch Elektromotoren verschoben, die von einem Rechner gesteuert
werden und durch Getriebemittel mit diesen Gabeln 61, 62 und 63 verbunden
sind.
-
Die
Pumpenausgangsöffnung(en) 29,
die von den Vorsprüngen 28 des
Absperrorgan-Rotors 27 verschlossen wird/werden, münden in
das Innere des gemeinsamen Gehäuses
ein, das insbesondere die gemeinsame Welle 59 umfasst,
wobei dieses gemeinsame Gehäuse
eine geschlossene Kammer bildet, die verbunden ist:
- ❖ mit der Schmierölwanne 72 des
Motors, über eine
Leitung,
- ❖ oder mit dem Druckschmierkreis 15 des Motors 12,
- ❖ oder mit einer Hydraulikflüssigkeitswanne, die von der
Schmierölwanne 72 des
Motors unabhängig
ist,
- ❖ oder durch eine zusätzliche Pumpe 13 unter Druck
gehalten wird.
-
Es
ist anzumerken, dass nach einer spezifischen Ausführungsform
eine selbe Leitung, die mit dem Hochdruckkreis 10 verbunden
ist, mehrere Hydraulikzylinder 3 gleichzeitig über ein
Stromteilventil versorgen kann, das eine im Wesentlichen identische Hubhöhe an den
Ventilen 2 gewährleistet,
die von diesen Hydraulikzylindern 3 betätigt werden.
-
Die
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
geht aus der obigen Beschreibung hervor.
-
1 zeigt
das Prinzipschaltbild der Vorrichtung in einer Konfiguration mit
vier Ventilen (zum Beispiel zum Betätigen der vier Einlassventile
eines Vierzylindermotors).
-
Es
ist zu ersehen, dass, wenn kein Ventil von dem einen oder anderen
der Hydraulikzylinder 3 geöffnet werden soll, die volumetrische
Hydraulikpumpe 4 Hydraulikflüssigkeit ausstößt, die
vom Niederdruckkreis 9 kommt – hier der Motorschmierkreis – über das
Pumpeneingangsrückschlagventil 26 und zur
Motorschmierölwanne 58 über das
Pumpenausgangsabsperrorgan 8, das dann geöffnet ist.
-
Wenn
ein Ventil geöffnet
werden soll, setzt der Ventilöffnungswähler 11 den
Hydraulikzylinder 3 des Ventils mit dem vom Ausgang der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4 kommenden Hochdruckkreis 10 in
Verbindung.
-
Das
Pumpenausgangsabsperrorgan 8 schließt dann die Pumpenausgangsleitung 32,
was den Druck im Hochdruckkreis 10 so erhöht, dass
der Hydraulikzylinder 3 das gewählte Ventil öffnet.
-
Wenn
das Ventil ausreichend gehoben ist, öffnet das Pumpenausgangsabsperrorgan 8 die Pumpenausgangsleitung 32 wieder,
wodurch die Hebung des Ventils aufhört, weil aufgrund der Wirkung der
Rückstellfeder
des Ventils der Druck des Hochdruckkreises 10 vor dem Öffnungsrückschlagventil 24 kleiner
wird als der, der in der Kammer des Hydraulikzylinders 3 herrscht.
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Dank
der Wirkung des Öffnungsrückschlagventils 24 bleibt
dieses Ventil geöffnet.
-
Die
Schließung
des Ventils wird vom Ventilschließungswähler 25 gesteuert,
der den Hydraulikzylinder 3 dieses Ventils am gewählten Zeitpunkt über den
Hochdruckkreis 10 mit dem Eingang der volumetrischen Hydraulikpumpe 4 in
Verbindung setzt.
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Der
schnelle Druckanstieg des Hochdruckkreises 10 hat zur Folge,
dass der Zulauf der vom Motorschmierkreis kommenden Hydraulikflüssigkeit durch
die Wirkung des Pumpeneingangsrückschlagventils 26 geschlossen
wird und die Hydraulikflüssigkeit
zum Eingang der volumetrischen Hydraulikpumpe 4 gezwungen
wird, was es erlaubt, die mechanische Arbeit, die durch das Zusammendrücken der Feder
des Ventils absorbiert wird, größtenteils
zurückzugewinnen,
und die Schließgeschwindigkeit des
Ventils zu beherrschen.
-
Wenn
das Ventil wieder auf seinem Sitz aufliegt, stößt die volumetrische Hydraulikpumpe 4 über das
Pumpeneingangsrückschlagventil 26 erneut
Hydraulikflüssigkeit
vom Niederdruckkreis 9 zur Motorschmierölwanne 58.
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Es
ist anzumerken, die die gleichzeitige Öffnung und die Schließung zweier
verschiedener Ventile möglich
ist, wobei in diesem Falle der Eingang der volumetrischen Hydraulikpumpe 4 vom
Hydraulikzylinder 3 eines Ventils im Schließungsbetrieb
versorgt wird, während
die aus der volumetrischen Hydraulikpumpe 4 austretende Hydraulikflüssigkeit
durch das Pumpenausgangsabsperrorgan 8 gezwungen wird, um
dem Hydraulikzylinder 3 eines anderen Ventils im Öffnungsbetrieb
zugeführt
zu werden.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Kreislaufs, dessen Arbeitsweise
dem vorherigen entspricht, der aber dazu bestimmt ist, zum Beispiel die
acht Einlass- oder Auslassventile eines Vierzylindermotors mit zwei
Einlass- oder Auslassventilen je Zylinder zu betätigen.
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Dieser
Konfiguration entsprechend kann eine Flügelpumpe mit nur einem Rotor
verwendet werden, die aber mit einem inneren Nocken versehen ist,
der zwei getrennte Eingänge
und zwei getrennte Ausgänge
definiert, wie in 8 gezeigt.
-
Das
Pumpenausgangsabsperrorgan 8, der Ventilöffnungswähler 11 und
der Ventilschließungswähler 25 können mit
Hilfe von Magnetventilen realisiert werden, doch die Empfindlichkeit,
der Mangel an Robustheit und die fehlende Gleichmäßigkeit
des Betriebs dieser Magnetventile im Kontext eines Verbrennungsmotors
machen solche Ausführungen schwierig.
-
Aus
diesem Grund werden diese Magnetventile vorteilhafterweise durch
die in 15 bis 21 gezeigte
mechanische Vorrichtung ersetzt, die die Zuverlässigkeit und die Betriebskonstanz
aufweist, die in der Automobil-Motorisierung angestrebt werden.
Die Vorrichtung, die in diesen Zeichnungen gezeigt wird, ist spezifisch
dazu bestimmt, die acht Einlass- oder Auslassventile eines Vierzylindermotors
mit zwei Einlass- oder
Auslassventilen je Zylinder zu betätigen.
-
Die
Varianten solch einer Vorrichtung für andere Motorkonfigurationen
sind für
den Fachmann leicht zu ersehen.
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Die
gemeinsame Welle 59 wird vom Motor 12 mit Hilfe
der Riemenscheibe 74 gedreht, die sich mit derselben Geschwindigkeit
dreht wie eine konventionelle Nockenwelle, das heißt, mit
der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 5 des Motors 12, hier
im Uhrzeigersinn, wenn die Vorrichtung von der Seite der Riemenscheibe 74 aus
gesehen wird.
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Aufgrund
dessen, und nach einer spezifischen Ausführungsform, kann die Gesamtheit
der Vorrichtung anstelle der Nockenwelle angeordnet werden, welche
sie ersetzt (zum Beispiel die Einlassnockenwelle), und kann, wie
in 9 gezeigt, durch den Verteilerriemen des Motors
zusammen mit einer anderen Nockenwelle (zum Beispiel die Aunlassnockenwelle)
angetrieben werden, oder kann auch, wie in 10 gezeigt,
durch diesen Riemen zusammen mit einer anderen identischen Vorrichtung
angetrieben werden.
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Die
volumetrische Hydraulikpumpe 4 ist eine Flügelpumpe
mit einem inneren Nocken, der zwei Pumpeneingänge 7 und zwei Pumpenausgänge 6 formt,
die nicht miteinander in Verbindung stehen, wobei die Pumpeneingangsrückschlagventile 26 mit dem
Niederdruckkreis 9 verbunden sind, in diesem Fall dem Druckschmierkreis
des Motors 12, und aus Kugeln bestehen, die von einer Feder
in Auflage auf ihren Sitz gehalten werden.
-
Wenn
kein Ventil geöffnet
werden soll, stößt die volumetrische
Hydraulikpumpe 4 die Hydraulikflüssigkeit über die Pumpenausgangsleitung 32 in den
inneren Hohlraum des Absperrorgangehäuses 65 aus, wobei
dieser Hohlraum durch eine Leitung, die nicht gezeigt wird, mit
der Schmierölwanne 72 des
Motors verbunden ist.
-
Wie
in den Zeichnungen zu sehen ist, ist die gemeinsame Welle 59 mit
schrägen
Rillen 60 versehen, wobei diese Rillen den Absperrorgan-Rotor 27, den Öffnungswähler- Rotor 38 und
den Schließungswähler-Rotor 47 drehen.
-
Hier
bleiben der Absperrorgan-Rotor 27 und der Öffnungswähler-Rotor 38 relativ
zueinander phasengleich, da sie sich mit der gleichen Hülse 37 mitdrehen,
was eine konstante Dauer zwischen der Wahl eines Ventils 2 und
dem Absperrungsbeginn des Pumpenausgangs 6 gewährleistet.
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Es
ist festzustellen, dass der Betrieb der Pumpenausgangsabsperrorgane 8,
des Ventilöffnungswählers 11 und
des Ventilschließungswählers 25 aufgrund
der Tatsache, dass sie von der gemeinsamen Welle 59 angetrieben
werden, zwangsläufig synchronisiert
ist.
-
Die
Pumpenausgangsabsperrorgane 8 sind hier zwei an der Zahl,
die auf diametral entgegengesetzte Weise im Gehäuse angeordnet sind, und verschließen jedes
einen der zwei Pumpenausgänge 6 der
volumetrischen Hydraulikpumpe 4, wobei jeder der Pumpenausgänge 8 ausschließlich zur Öffnung entweder
der geradzahligen Ventile 2 oder der ungeradzahligen Ventile 2 der
Zylinder des Motors 12 vorgesehen ist.
-
Die
geradzahligen und ungeradzahligen Ventile 2 eines selben
Zylinders, die am gleichen Zeitpunkt die gleiche Kinematik aufweisen,
sind daher in ihrem Betrieb gekoppelt.
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Dementsprechend
sind die zwei Pumpeneingänge 7 ausschließlich zur
Schließung
entweder der geradzahligen Ventile 2 oder der ungeradzahligen Ventile 2 der
Zylinder des Motors 12 vorgesehen.
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Der
Absperrorgan-Rotor 27 umfasst vier Vorsprünge 28 mit
variablem Profil, die alle neunzig Grad angeordnet sind.
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Da
die Pumpenausgangsöffnungen 29 auf feststehende Weise
im Absperrorgangehäuse 65 installiert
sind, verändert
eine Verschiebung des Absperrorgan-Rotors 27 auf der Öffnungshülse 37 die aktive
Länge der
Vorsprünge 28,
die den Pumpenausgangsöffnungen 29 gegenüberliegen,
und erlaubt dadurch, die Gradzahl der Kurbelwelle 5 zu
erhöhen oder
zu verringern, während
welcher die Öffnung
der Ventile 2 erfolgen wird.
-
Da
sich die Ventile 2 in einem gegebenen Betriebsbereich des
Motors 12 mit konstanter Geschwindigkeit öffnen, wird
ihre Hubhöhe
um so größer sein,
je länger
ihre Öffnungsbetätigung dauert.
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Aus
diesem Grund erlaubt die Ventilhubgabel 62 die Steuerung
der Hubhöhe
der Ventile 2, wobei diese Gabel durch einen Elektromotor
betätigt wird,
der nicht dargestellt ist, der von einem Rechner gesteuert wird,
der nicht gezeigt wird.
-
Der
Startzeitpunkt der Öffnung
der Ventile 2 kann unabhängig von der Hubhöhe der Ventile 2 gesteuert
werden, indem die Öffnungshülse 37 mit
Hilfe der Ventilöffnungsvorschubgabel 61 relativ
zur gemeinsamen Welle 59 in der Längsrichtung verschoben wird.
-
Dieser
Vorgang erlaubt die Phasenwinkelverschiebung des Absperrorgan-Rotors 27 relativ
zur Kurbelwelle 5 des Motors 12, wobei die inneren schrägen Rillen 75 der Öffnungshülse 37 mit
den äußeren schrägen Rillen 60 der
gemeinsamen Welle 59 zusammenwirken, was zur Folge hat,
dass die Vorsprünge 28 des
Absperrorgan-Rotors 27 die Pumpenausgangsöffnungen 29 mehr
oder weniger früh verschließen, ohne
ihre aktive Länge
zu verändern, die
unter der Steuerung der Ventilhubgabel 62 bleibt.
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Die
Ventilöffnungsvorschubgabel 61 wird von
einem Elektromotor betätigt,
der nicht dargestellt ist, der von einem Rechner gesteuert wird,
der nicht gezeigt wird.
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Der
Ventilöffnungswähler 11 und
der Ventilschließungswähler 25 weisen
beide das gleiche Funktionsprinzip auf.
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Es
ist anzumerken, dass der Nocken 39 des Öffnungswählers alle neunzig Grad Drehung
der gemeinsamen Welle 59, d.h. alle hundertachtzig Grad Drehung
der Kurbelwelle 5, die Öffnung
eines Ventilöffnungsverteilers 40 betätigt, den
Anforderungen eines Vierzylindermotors entsprechend, der nach dem Viertaktverfahren
von Otto oder Beau de Rochas betrieben wird.
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Jeder
Ventilöffnungsverteiler 40 erlaubt
die gleichzeitige Öffnung
oder Schließung
der Leitungen 42 zur Zuführung der Hydraulikflüssigkeit
zu den Hydraulikzylindern 3 eines geradzahligen Ventils 2 oder eines
ungeradzahligen Ventils 2 eines selben Zylinders.
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Dieses
Ergebnis wird dank der Auskehlungen 41 erreicht, die auf
dem zylindrischen Teil 78 des Ventilöffnungsverteilers 40 vorgesehen
sind und die den Leitungen 42 gegenüberstehen, wenn der Nocken 39 den
Ventilöffnungsverteiler 40 betätigt, das heißt, die
diese Leitung 42 verschließen, wenn der Nocken 39 sie
nicht betätigt.
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Das
zylindrische Teil 78 wird durch seinen Absatz 44,
der von der Feder 43 mit dem Wählergehäuse 66 in Kontakt
gehalten wird, in den gewählten Abstand
relativ zum Nocken 39 gebracht.
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Der
Startzeitpunkt der Schließung
der Ventile 2 wird gesteuert, indem der Schließungswähler-Rotor 47 mit
Hilfe der Ventilschließungsverzögerungsgabel 63 relativ
zur gemeinsamen Welle 59 in der Längsrichtung verschoben wird.
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Dieser
Vorgang erlaubt die Phasenwinkelverschiebung des Schließungswähler-Rotors 47 relativ
zur Kurbelwelle 5 des Motors 12, wobei die inneren
schrägen
Rillen 79 des Schließungswähler-Rotors 47 mit
den äußeren schrägen Rillen 60 der
gemeinsamen Welle 59 zusammenwirken, was zur Folge hat,
dass die Ventilschließungsverteiler 49 mehr oder
weniger früh
betätigt
werden, um die Ventile 2 mehr oder weniger früh zu schließen.
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Es
ist anzumerken, dass das gemeinsame Gehäuse einen Sockel umfassen kann,
in welchem mindestens ein Hydraulikzylinder 3 untergebracht
ist, wobei dieser Sockel auf dem Zylinderkopf des Motors 12 befestigt
ist, damit jeder Hydraulikzylinder 3 mit dem oberen Ende
des Schafts des entsprechenden Ventils 2 des Motors 12 in
Kontakt ist und dieses Ventil betätigen kann.
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Ferner
versteht es sich, dass die obige Beschreibung nur beispielhaft ist
und den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränkt, von
welchem nicht abgewichen wird, indem die beschriebenen Ausführungsdetails
durch jedes andere Äquivalent ersetzt
werden.