DE102016117938A1

DE102016117938A1 - Kipphebelbasiseinheit für ein Ventilbetätigungssystem

Info

Publication number: DE102016117938A1
Application number: DE102016117938.8A
Authority: DE
Inventors: Indrajith Kizhakkethara; Prabhu Nagaraj; Mallikarjuna Masala; John S. Pipis JR.; Karen E. SNELLING; Michael J. MOTYL
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2017-03-30
Also published as: US20170089224A1; CN106555627A; US9816405B2; CN106555627B

Abstract

Es ist eine Kipphebelbasiseinheit (30) zur Verwendung mit einem Ventilbetätigungssystem (10) offenbart. Die Kipphebelbasiseinheit kann ein Gehäuse mit einer Oberseite (90), einem Boden (89), Seitenwänden (85), die die Oberseite mit dem Boden verbinden, und Stirnwänden (87), die zwischen den Seitenwänden angeordnet sind, aufweisen. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit Kipphebelblöcke (92) aufweisen, die sich im Innern des Gehäuses befinden und einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet sind, und eine Einspritzventilfederunterlage (98), die sich von einer der Stirnwände in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt. Ferner kann die Kipphebelbasiseinheit eine Rippe (104) aufweisen, die die Einspritzventilfederunterlage mit einem der Kipphebelblöcke verbindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung zielt auf eine Kipphebelbasiseinheit und insbesondere eine Kipphebelbasiseinheit für ein Ventilbetätigungssystem ab.
Hintergrund
Jeder Zylinder einer Kraftmaschine ist mit einem oder mehreren Gaswechselventilen (z. B. Ansaug- und Auslassventil) ausgestattet, die während eines normalen Betriebs zyklisch geöffnet werden, um Kraftstoff und Luft in die Kraftmaschine zu lassen und um Abgase aus der Kraftmaschine ausströmen zu lassen. Bei einer herkömmlichen Kraftmaschine werden die Ventile mittels eines Nockenwelle/Kipp- bzw. Schlepphebel-Mechanismus geöffnet. Die Nockenwelle weist einen oder mehrere Nocken auf, die unter bestimmten Winkeln orientiert sind, die gewünschten Hubsteuerzeiten und Hublängen der zugeordneten Ventile entsprechen. Die Nockenerhebungen werden über einen Kipp- bzw. Schlepphebel, einen oder mehrere Nockenstößel und ein zugehöriges Gestänge mit Schaftenden der zugeordneten Ventile verbunden. Wenn sich die Nockenwelle dreht, bewirken die Nockenerhebungen eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung der (des) Nockenstößel(s), wodurch im zugehörigen Gestänge eine Hin- und Herbewegung erzeugt wird. Die Aufwärtsbewegung wird auf ein erstes schwenkbares Ende des Kipphebels übertragen, wodurch ein zweites schwenkbares Ende des Kipp-bzw. Schlepphebels nach unten, gegen die Schaftenden der Gaswechselventile gepresst wird. Diese Schwenkbewegung bewirkt ein Erheben oder Öffnen der Ventile gegen eine Federvorspannung. Wenn sich die Nockenerhebung vom Kipp- bzw. Schlepphebel weg dreht, werden die Ventile freigegeben, sodass sie in ihre geschlossene Stellung zurückkehren können.
Die Gaswechselventile, Kipp- bzw. Schlepphebel, Stoßstangen und/oder Federn herkömmlicher Ventilbetätigungssysteme sind im Innern eines Gehäuses enthalten, das als Kipphebelbasiseinheit bekannt ist. Die Kipphebelbasiseinheit sitzt oben auf einem Zylinderkopf der zugehörigen Kraftmaschine und weist Montageflächen für die Komponenten des Ventilbetätigungssystems auf. In dieser Position nimmt die Kipphebelbasiseinheit Lasten auf, die vom Ventilbetätigungssystem in den Zylinderkopf übertragen werden. Beispielsweise kann die Kipphebelbasiseinheit eine Federunterlage aufweisen, die Lasten stützt, die mit einem Einspritzkipphebel in Verbindung stehen. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit offene Räume aufweisen (z. B. in der Federunterlage und in ihrer Umgebung), die weitere Bauteile (z. B. Stoßstangen, Nockenstößel, Spieleinsteller usw.) aufnehmen, die sich durch die Kipphebelbasiseinheit hindurch in den Zylinderkopf erstrecken. Eine beispielhafte Kipphebelbasiseinheit ist im US-Patent 8,820,284 von Mori u. a. offenbart, das am 2. September 2014 veröffentlicht wurde.
Obwohl sie für einige Anwendungen akzeptabel sind, können herkömmliche Kipphebelbasiseinheiten eine Festigkeit oder Steifigkeit aufweisen, die für andere Anwendungen nicht ausreicht. Beispielsweise kann bei Anwendungen, die Spieleinsteller enthalten, ein erforderlicher Spielraum um die Spieleinsteller eine verminderte Größe der zugehörigen Federunterlage erfordern. Wenn die Größe der Federunterlage vermindert wird, können sich Festigkeit und/oder Steifigkeit der Federunterlage ebenfalls verringern. In diesem Fall kann es möglich sein, dass die Federunterlage vorzeitig ausfällt, wenn sie hohen Federbelastungen ausgesetzt wird.
Die Kipphebelbasiseinheit der vorliegenden Offenbarung zielt darauf ab, eine oder mehrere der oben dargelegten Aufgaben und/oder weitere Aufgaben des Standes der Technik zu lösen.
Kurzdarstellung
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt auf eine Kipphebelbasiseinheit ab. Die Kipphebelbasiseinheit kann ein Gehäuse mit einer Oberseite, einem Boden, Seitenwänden, die die Oberseite mit dem Boden verbinden, und Stirnwänden, die zwischen den Seitenwänden angeordnet sind, aufweisen. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit Kipphebelblöcke aufweisen, die sich im Innern des Gehäuses befinden und einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet sind, und eine Einspritzventilfederunterlage, die sich von einer der Stirnwände in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt. Ferner kann die Kipphebelbasiseinheit eine Rippe aufweisen, die die Einspritzventilfederunterlage mit einem der Kipphebelblöcke verbindet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt auf eine weitere Kipphebelbasiseinheit ab. Diese Kipphebelbasiseinheit kann ein Gehäuse mit einer Oberseite, einem Boden, Seitenwänden, die die Oberseite mit dem Boden verbinden, und Stirnwänden, die zwischen den Seitenwänden angeordnet sind, aufweisen. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit einen ersten und einen zweiten Kipphebelblock aufweisen, die sich im Innern des Gehäuses befinden und einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet sind, und eine Einspritzventilfederunterlage, die sich von einer der Stirnwände in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt. Die Einspritzventilfederunterlage kann zwischen den Kipphebelblöcken zentriert und in Richtung der Oberseite des Gehäuses geneigt sein. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit eine erste und eine zweite Rippe aufweisen, die die Einspritzventilfederunterlage mit dem ersten und dem zweiten Kipphebelblock verbinden. Die erste und die zweite Rippe können im Allgemeinen eine V-Form bilden, und im Innern des Gehäuses, in Bereichen neben der Einspritzventilfederunterlage können offene Räume vorhanden sein.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt auf eine Kraftmaschine ab. Die Kraftmaschine kann einen Kraftmaschinenblock, einen Zylinderkopf, der mit dem Kraftmaschinenblock verbunden ist, ein Ventilbetätigungssystem, das dafür ausgelegt ist, Kanäle im Zylinderkopf wahlweise zu öffnen, und eine Kipphebelbasiseinheit, die mit dem Zylinderkopf verbunden und dafür ausgelegt ist, das Ventilbetätigungssystem unterzubringen, aufweisen. Die Kipphebelbasiseinheit kann ein Gehäuse mit einer Oberseite, einem Boden, der dafür ausgelegt ist, mit dem Zylinderkopf im Eingriff zu stehen, Seitenwänden, die die Oberseite mit dem Boden verbinden, und Stirnwänden, die zwischen den Seitenwänden angeordnet sind, aufweisen. Außerdem kann die Kipphebelbasiseinheit einen ersten und einen zweiten Kipphebelblock aufweisen, die sich im Innern des Gehäuses befinden, wobei sie einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet sind, und dafür ausgelegt sind, das Ventilbetätigungssystem zu lagern. Ferner kann die Kipphebelbasiseinheit eine Einspritzventilfederunterlage aufweisen, die sich von einer der Stirnwände in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt. Die Einspritzventilfederunterlage kann zwischen den Kipphebelblöcken zentriert und in Richtung der Oberseite des Gehäuses geneigt sein. Zudem kann die Kipphebelbasiseinheit eine erste und eine zweite Rippe aufweisen, die die Einspritzventilfederunterlage mit dem ersten und dem zweiten Kipphebelblock verbinden. Die erste und die zweite Rippe können im Allgemeinen eine V-Form bilden, und im Innern des Gehäuses, in Bereichen neben der Einspritzventilfederunterlage können offene Räume vorhanden sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine bildliche Darstellung eines beispielhaft offenbarten Ventilbetätigungssystems;
2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ventilanordnung, die in Verbindung mit dem Ventilbetätigungssystem von 1 verwendet werden kann; und
3 bis 5 sind eine isometrische Darstellung, eine Draufsicht und eine Querschnittdarstellung einer beispielhaft offenbarten Kipphebelbasiseinheit, die in Verbindung mit dem Ventilbetätigungssystem von 1 verwendet werden kann.
Ausführliche Beschreibung
1 veranschaulicht eine Kraftmaschine 10, die mit einem beispielhaft offenbarten Ventilbetätigungssystem 12 ausgestattet ist. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist die Kraftmaschine 10 als ein Viertakt-Dieselmotor bildlich dargestellt und beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Kraftmaschine 10 einen beliebigen Typ von Verbrennungskraftmaschine verkörpern kann, wie beispielsweise einen Viertakt-Benzinmotor oder einen Gasmotor. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann das Ventilbetätigungssystem 12 dazu beitragen, Fluidströme durch die Kraftmaschine 10 zu regulieren.
Die Kraftmaschine 10 kann einen Kraftmaschinenblock 14 aufweisen, der zumindest teilweise einen oder mehrere Zylinder 16 umgrenzt. Jedem Zylinder 16 können ein Kolben (nicht gezeigt) und ein Zylinderkopf 18 zugeordnet sein, um einen Brennraum zu bilden. Im Besonderen kann der Kolben in jedem Zylinder 16 gleitfähig angeordnet sein, um sich zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) hin- und herzubewegen, und der Zylinderkopf 18 kann derart angeordnet sein, dass er ein Ende des Zylinders 16 abschließt, wodurch die Brennkammer gebildet wird. Die Kraftmaschine 10 kann eine beliebige Zahl von Brennkammern aufweisen; und die Brennkammern können in einer „Reihen“-Konfiguration, in einer „V“-Konfiguration oder in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein.
Außerdem kann die Kraftmaschine 10 eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) aufweisen, die im Innern des Kraftmaschinenblocks 14 drehbar angeordnet ist. Eine Pleuelstange (nicht gezeigt) kann jeden Kolben mit der Kurbelwelle verbinden, sodass eine Gleitbewegung des Kolbens zwischen den OT- und UT-Positionen im Innern jedes entsprechenden Zylinders 16 ein Drehen der Kurbelwelle zur Folge hat. Entsprechend kann ein Drehen der Kurbelwelle eine Gleitbewegung des Kolbens zwischen der OT- und UT-Position zur Folge haben. Bei einem Viertaktmotor kann der Kolben zwischen der OT- und UT-Position hin- und hergehen und zwar durch einen Einlasshub, einen Kompressionshub, einen Arbeitshub und einen Auslasshub.
Der Zylinderkopf 18 kann jeder Brennkammer zugeordnet einen oder mehrere Fluidkanäle (z. B. Einlass- und Auslasskanäle – nicht gezeigt) umgrenzen, die dafür ausgelegt sind, Gas (z. B. Luft und/oder Abgas) oder ein Gemisch von Gas und Fluid (z. B. Kraftstoff) in die zugeordnete Kammer hinein oder aus der zugeordneten Kammer heraus zu leiten. Die Einlasskanäle können dafür ausgelegt sein, komprimierte Luft und/oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in ein oberes Ende der Brennkammer abzugeben. Die Auslasskanäle können dafür ausgelegt sein, Abgase und Restgase vom oberen Ende der Brennkammer in die Atmosphäre zu leiten.
Das System 12 kann mehrere Gaswechselventile (zum Beispiel Ansaugventile 20 und Auslassventile 22) aufweisen, die in den Kanälen des Zylinderkopfes 18 angeordnet sind, um wahlweise mit entsprechenden Sitzen 24 in Eingriff zu gelangen, die in den Zylinderkopf 18 eingepresst sind (oder auf andere Weise im Innern des Zylinderkopfes ausgebildet sind). Jedes der Ventile kann beweglich sein zwischen einer ersten Stellung, in welcher der Sitz 24 in Eingriff ist, um ein Strömen von Fluid durch den entsprechenden Kanal zu verhindern, und einer zweiten Stellung, in welcher der Sitz 24 nicht in Eingriff ist (d. h. in welcher das entsprechende Ventil angehoben ist) und dadurch ein Strömen von Fluid durch den Kanal ermöglicht. Der Zeitpunkt, zu dem der Ventilhub erfolgt, wie auch ein Hubprofil der Ventile können den Betrieb der Kraftmaschine beeinflussen. Beispielsweise können Hubzeitpunkt und -profil die Erzeugung von Schadstoffen, die Energieerzeugung, den Kraftstoffverbrauch, den Wirkungsgrad, die Temperatur, den Druck usw. beeinflussen. Jedem Ventil kann mindestens eine Feder 26 zugeordnet sein, die dafür ausgelegt ist, das Ventil zur ersten Stellung hin und gegen den Sitz 24 vorzuspannen. Eine Federplatte 28 (auch als Rotocoil bekannt) kann die Feder(n) 26 mit einem Schaftende jedes Ventils verbinden.
Das System 12 kann in eine Basiseinheit 30 montiert sein, die in einer Wirkverbindung mit dem Zylinderkopf 18 steht und Elemente umfasst, die Ansaug- und Auslassventile 20, 20 zu gewünschten Zeitpunkten gegen die Vorspannungen der Federn 26 aus ihren ersten Stellungen in Richtung ihrer zweiten Stellungen bewegen. Diese Elemente des Ventilbetätigungssystems 12 können u. a. mehrere Nockenstößel (z. B. ein Einlassstößel 32 und ein Auslassstößel 34) sein, die dafür ausgelegt sind, auf einer gemeinsamen Nockenwelle (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 10 zu reiten, eine Stoßstange 36 in Eingriff mit jedem Nockenstößel und ein Kipphebel (z. B. ein Einlasshebel 38 bzw. ein Auslasshebel 40), dafür ausgelegt, Stößelbewegung auf die entsprechenden Ventile zu übertragen. Jeder Kipphebel kann via eine Welle 42 an die Basiseinheit 30 montiert sein und über eine Brücke (z. B. eine Einlassbrücke 44 bzw. eine Auslassbrücke 46) mit den entsprechenden Ventilen verbunden sein.
In der offenbarten Ausführungsform weist das Ventilbetätigungssystem außerdem einen Einspritzventilstößel 48 auf, der sich zwischen Einlassstößel und Auslassstößel 32, 34 befindet. Der Einspritzventilstößel 48 kann dafür ausgelegt sein, auf der gemeinsamen Nockenwelle der Kraftmaschine 10 zu reiten, und eine Stoßstange 50 kann den Einspritzventilstößel 48 mit einem Einspritzventilhebel 52 verbinden, der an der Welle 42, an einem Ort zwischen Einlass- und Auslasshebel 38, 40 schwenkbar angebracht ist. Eine Feder 54 kann dazu dienen, den Kontakt zwischen dem Einspritzventilstößel 48 und der Nockenwelle beizubehalten. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Einspritzventilstößel 48, die Stoßstange 50, der Einspritzventilhebel 52 und die Feder 54 wegfallen könnten, falls dies gewünscht ist.
Die Nockenwelle der Kraftmaschine 10 kann auf eine Weise, die für einen Fachmann ohne Weiteres offensichtlich ist, mit der Kurbelwelle im Wirkeingriff sein, sodass ein Drehen der Kurbelwelle ein entsprechendes Drehen der Nockenwelle zur Folge hat. Mindestens eine Nockenerhebung (nicht gezeigt) kann an der Nockenwelle ausgebildet und dafür ausgelegt sein, eine Hin- und Herbewegung jedes der zugeordneten Stößel anzutreiben, wenn sich die Nockenwelle dreht. Bei dieser Ausgestaltung kann ein Außenprofil von Einlass- bzw. Auslaßnockenerhebungen, zumindest teilweise, Hubzeitpunkt und -profil des Ansaug- bzw. Auslassventils 20, 22 bestimmen. Ebenso kann ein Außenprofil von Einspritzventil-Nockenerhebungen, zumindest teilweise, Einspritzzeitpunkt und -profil eines zugeordneten Kraftstoffeinspritzventils (der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt), das sich ebenfalls im Innern der Basiseinheit 30 und des Zylinderkopfes 18 befindet, bestimmen.
Ein Ende jeder der Stoßstangen 36 kann sich im Innern eines der Nockenstößel 32, 34 befinden und sich gemäß dem Profil der Nockenerhebungen bewegen, wenn sich die Nockenwelle dreht, wodurch eine entsprechende Hin- und Herbewegung auf ein erstes schwenkbares Ende eines zugeordneten Kipphebels 38, 40 übertragen wird. Diese an die Kipphebel 38, 40 weitergegebene Hin- und Herbewegung kann ein Schwenken der Kipphebel 38, 40 um die Welle 42 bewirken, wodurch eine entsprechende Hin- und Herbewegung am entgegengesetzten zweiten Ende erzeugt wird, die Ansaug- bzw. Auslassventile 20, 22 anhebt und freigibt. Demnach kann das Drehen der Nockenwelle ein Bewegen der Ansaug- und Auslassventile 20, 22 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zur Folge haben, um ein spezifisches Hubmuster zu erzeugen, das dem Profil der Nockenerhebungen entspricht.
Die Kipphebel 38, 40 können über Ventilbrücken 44 bzw. 46 mit den Ansaug- und Auslassventilen 20, 22 verbunden sein. Im Besonderen kann jeder der Kipphebel 38, 40 einen Stift 56 aufweisen, der im Innern der zweiten Enden der Kipphebel 38, 40 aufgenommen ist. Ein knopfähnliches Ende des Stifts 56 kann fähig sein, in Bezug auf die zugeordnete Brücke 44 oder 46 etwas zu schwenken, und weist eine im Allgemeinen ebene Unterseite auf, die dafür ausgelegt ist, entlang einer entsprechenden Oberseite der Brücke 44 oder der Brücke 46 zu gleiten. Aufgrund der Schwenk- und Gleitfähigkeit des knopfähnlichen Endes des Stifts 56 ist es den Kipphebeln 38, 40 möglich, hauptsächlich vertikale (d. h. axiale) Kräfte in die Ventilbrücken 44, 46 zu übertragen. Die ausschließlich horizontalen (d. h. quergerichteten) Kräfte, die zwischen den Kipphebeln 38, 40 und den Ventilbrücken 44, 46 übertragen werden, können relativ gering sein und ausschließlich auf Reibung an der Gleitfläche zwischen Stift 56 und Brücken 44, 46 zurückzuführen sein. Zur Verringerung der damit verbundenen Reibung kann diese Übergangsstelle kann geschmiert und/oder poliert sein.
Bei einigen Anwendungen kann das Ventilbetätigungssystem 12 ferner einen oder mehrere Spieleinsteller 58, die im oberen Ende der Stoßstangen 36 angeordnet sind, und eine Einstellschraube 60, die sich im ersten Ende der Kipphebel 38, 40 befindet, aufweisen. Die Spieleinsteller 58 können dafür ausgelegt sein, selbsttätig einen Spielraum zwischen einem entsprechenden Ansaug- oder Auslassventil 20, 22 und seinem zugeordneten Sitz 24 (und/oder zwischen anderen Bauteilen des Ventiltriebs) einzustellen, wenn die Nockenerhebung von Stoßstangen 36 weggedreht wird. Die Einstellschrauben 60 können dafür ausgelegt sein, die Kipphebel 38, 40 auf eine manuell einstellbare Art und Weise mit Stoßstangen 36 zu verbinden.
Eine beispielhafte Ventilanordnung 62 ist in 2 veranschaulicht; sie kann für eine Einlassbaugruppe und/oder eine Auslassbaugruppe des Systems 12 repräsentativ sein. Wie in dieser Figur gezeigt, weist die Anordnung eines der Ansaug- oder Auslassventile 20, 22 auf, das radial im Innern des Sitzes 24 angeordnet ist, Federn 26 (z. B. eine innere und eine äußere Feder 26a und 26b) und eine Rotocoil 28. Außerdem zeigt 2 das eine der Ansaug- oder Auslassventile 20, 22, das radial im Innern einer Führung 64 angeordnet ist, die, zumindest teilweise, in den Zylinderkopf 18 montiert ist.
Jedes der Ansaug- und Auslassventile 20, 22 kann eine Spitze 66 aufweisen, die in einer Tasche der entsprechenden Brücke 44 oder 46 aufgenommen ist, einen Kopf 68, der sich gegenüber der Spitze 66 befindet, und einen Schaft 70, der die Spitze 66 mit dem Kopf 68 verbindet. Der Schaft 70 kann sich an einem Hals 72 an den Kopf 68 anschließen. An der Spitze 66 können sich eine oder mehrere Nuten 74 befinden und dafür ausgelegt sein, nach innen gewandte ringförmige Vorsprünge eines Halters 76 aufzunehmen, welcher die Rotocoil 28 und die Federn 26 an ihren axialen Positionen am Ventil hält. Das Ventil kann einen Schaftdurchmesser d₁, eine Gesamtlänge l₁, eine Länge l₂, die sich von der Spitze 66 bis zu einer nächstgelegenen der Halternuten 74 erstreckt, und eine Länge l₃, die sich von einer Seitenfläche des Kopfes 68 bis zu einer Messebene 77 erstreckt, aufweisen. Die Maße d₁, l₁, l₂ und/oder die Länge l₃ können bei den Ansaug- und Auslassventilen 20, 22 gleich oder verschieden sein. In einer besonderen Ausführungsform ist bei dem Ansaugventil 20 d₁ etwa gleich 11 mm, l₁ etwa gleich 218 bis 219 mm (z. B. etwa gleich 218,86 mm), l₂ etwa gleich 16 bis 17 mm (z. B. etwa 16,8 mm), und die Länge l₃ etwa gleich 4,5 bis 5 mm (etwa 4,72 mm). In derselben Ausführungsform ist bei dem Auslassventil 22 d₁ etwa gleich 12 bis 13 mm (z. B. etwa 12,5 mm), l₁ etwa gleich 218 bis 219 mm (z. B. etwa gleich 218,9 mm), l₂ etwa gleich 18,5 bis 19 mm (z. B. etwa 18,9 mm), und die Länge l₃ etwa gleich 3,5 bis 4 mm (z. B. etwa 3,7 mm). In derselben Ausführungsform weist das Ansaugventil 20 mehrere (z. B. zwei) Halternuten 74 auf, während das Auslassventil 22 eine einzige Halternut 74 aufweist. Es sollte beachtet werden, dass für die Zwecke dieser Offenbarung der Begriff „etwa“, wenn er mit Bezug auf ein Maß verwendet wird, als „innerhalb der Fertigungstoleranzen“ ausgelegt werden darf.
Der Sitz 24 kann ein austauschbares Verschleißteil sein, das in eine vorhandene Ausnehmung im Zylinderkopf 18 gepresst ist. Der Sitz 24 kann im Allgemeinen ringartig sein, mit einer inneren konischen Dichtfläche 78 an einem äußeren Ende, das dafür ausgelegt ist, mit den Ventilen 20, 22 in Eingriff zu gelangen, wenn die Ventile 20, 22 in ihre durchflussblockierenden Stellungen bewegt werden. Zum Entfernen des Sitzes 24 vom Zylinderkopf 18 kann ein Werkzeug (nicht gezeigt) durch die Dichtfläche 78 hindurch eingeführt und mit dem Fußende des Sitzes 24 in Eingriff gebracht werden. Um diesen Eingriff zu erleichtern, kann der Sitz 24 am Fußende nach außen hin konisch zulaufen (d. h. die Innenfläche des Sitzes 24 kann am Fußende eine Kegelfläche 80 aufweisen), sodass es möglich ist, einen radial hervorstehenden Keilabschnitt des Werkzeugs in einen durch die Konizität entstandenen Hohlraum 82 zu stecken. Auf das Werkzeug kann dann eine nach außen gerichtete Kraft ausgeübt werden, wodurch der Keilabschnitt mit der Fläche 80 in Eingriff gelangt und der Sitz 24 aus der Ausnehmung des Zylinderkopfes 18 herausgedrängt wird. Die Fläche 80 kann ein radiales Längenmaß l₄ aufweisen, und eine Schnittlinie der Fläche 80 und einer inneren Mantelfläche 86 des Sitzes 24 kann eine Abschrägung 88 aufweisen, die unter einem Winkel β orientiert ist. In einer besonderen Ausführungsform ist l₄ etwa 3 bis 4 mm (z. B. etwa 3,4 bis 3,7 mm), sodass sich mit dem Werkzeug ein Anpressdruck von etwa 65 bis 80 MPa ergibt. In derselben Ausführungsform ist β etwa 28 bis 32°, gemessen in Bezug auf eine Mittelachse des Sitzes 24. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Abschrägung 88 weggelassen oder durch eine Rundung ersetzt werden kann, falls dies gewünscht ist. Bei einem Weglassen der Abschrägung 88 kann l₄ größer werden, was einen niedrigeren Anpressdruck zwischen dem Werkzeug und der Fläche 80 ermöglicht.
Die Federn 26 können für einen gewünschten Betrieb der Ansaug- und Auslassventile 20, 22 ausgelegt sein. Insbesondere kann jede Feder 26 eine Einbaulänge l₅, eine freie Länge l₆ (nicht gezeigt), einen Außendurchmesser d₂, einen Drahtdurchmesser d₃ und eine Einbaubelastung L₁ (nicht gezeigt) aufweisen. Wenn die Federn 26 mit Ansaug- und Auslassventilen 20, 22 verwendet werden, können die Maße l₅, l₆, d₂, d₃ und/oder die Länge L₁ gleich oder verschieden sein. In einer besonderen Ausführungsform weist eine innere Feder 26a eine Länge l₅ von etwa gleich 55 bis 60 mm (z. B. etwa 57,5 mm), eine freie Länge l₅ von etwa gleich 70 bis 75 mm (z. B. etwa 73 mm), einen Außendurchmesser d₂ von etwa gleich 30 bis 31 mm (z. B. etwa 30,4 mm), einen Drahtdurchmesser d₃ von etwa gleich 3,75 bis 4,25 mm (z. B. etwa 4 mm) und eine Einbaubelastung L₁ von etwa gleich 250 bis 300 N (z. B. etwa 275 N) auf. In derselben Ausführungsform weist eine äußere Feder 26b eine Länge l₅ von etwa gleich 58 bis 62 mm (z. B. etwa 60,29 mm), eine freie Länge l₆ von etwa gleich 75 bis 80 mm (z. B. etwa 77,07 mm), einen Außendurchmesser d₂ von etwa gleich 43 bis 44 mm (z. B. etwa 43,47 mm), einen Drahtdurchmesser d₃ von etwa gleich 5 bis 6 mm (z. B. etwa 5,54 mm) und eine Einbaubelastung L₁ von etwa gleich 500 bis 550 N (z. B. etwa 510 N) auf. Folglich kann in dieser Ausführungsform eine zusammengesetzte Einbaubelastung L₁ von sowohl der inneren als auch der äußeren Feder etwa 750 bis 850 N (z. B. etwa 785 N) betragen.
Die Rotocoil 28 kann mindestens zwei Funktionen erfüllen. Erstens kann die Rotocoil 28 als Federplatte dienen, die die Federn 26 unter Druck an den gewünschten Positionen um das entsprechende Ventil hält. Zweitens kann die Rotocoil 28 dazu dienen, das entsprechende Ventil während jedes Öffnungs-/Schließvorganges etwas zu drehen und damit durch gleichmäßige Verteilung der Wärmebelastung über die Seitenfläche des Ventils ein Verbrennen des Ventils zu verhindern. Und während der Erfüllung der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Funktion sollte die Rotocoil 28 einen Eingriff mit den Ventilbrücken 44, 46 vermeiden. Die Rotocoil 28 kann einen im Allgemeinen zylindrischen Körper 79 mit einem Abschnitt kleinen Durchmessers, der dafür ausgelegt ist, sich innerhalb der inneren Feder 26a zu befinden, ein Außengehäuse 81, das dafür ausgelegt ist auf einem axialen Ende der inneren und äußeren Feder 26a, 26b aufzusitzen, und eine Spiralfeder 83, die in einem Kanal zwischen Körper 79 und Gehäuse 81 angeordnet ist, aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Feder- oder distale Ende (d. h. das Ende im Innern der inneren Feder 26a) des Körpers 79 stumpf (d. h. ohne Führungselemente) sein, und die Rotocoil 28 kann eine axiale Gesamtlänge l₇, einen Außendurchmesser d₄ und eine Innenfase mit einem Winkel α an einem Brücken- oder Fußende aufweisen. Wenn Rotocoils 28 mit Ansaug- und Auslassventilen 20, 22 verwendet werden, können die Maße l₇ und d₄ gleich oder verschieden sein. In einer besonderen Ausführungsform, wenn die Rotocoil 28 zur Verwendung mit einem Ansaugventil 20 bestimmt ist, ist l₇ etwa 15,75 bis 16,25 mm (z. B. etwa 16 mm), ist d₄ etwa 43 bis 44 mm (z. B. etwa 43,765 mm) und α etwa 21 bis 24° (z. B. etwa 22,5°), gemessen in Bezug auf eine Mittelachse der Rotocoil 28. In einer weiteren besonderen Ausführungsform, wenn die Rotocoil 28 zur Verwendung mit einem Auslassventil 22 bestimmt ist, ist l₇ etwa 17,5 bis 18 mm (z. B. etwa 17,73 mm), ist d₄ etwa 43 bis 44 mm (z. B. etwa 43,765 mm) und α etwa 26 bis 28° (z. B. etwa 27,5°).
Führungen 64 können dazu dienen, Ansaug- und Auslassventile 20, 22 während ihrer Hin- und Herbewegung zu führen. Jede Führung 64 kann im Allgemeinen zylindrisch und hohl sein, wobei sie sich in Achsenrichtung des Schafts 70 erstreckt. Mindestens ein Abschnitt (z. B. ein unterer Endabschnitt) der Führung 64 kann in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes 18 gepresst sein, wodurch die Führung 64 an ihrer Verwendungsstelle gesichert ist. In einer Ausführungsform kann über dem freien Abschnitt (d. h. dem Abschnitt, der nicht in den Zylinderkopf 18 gepresst ist) eine Schaftdichtung 84 platziert und dafür ausgelegt sein, mit Außenflächen des Schafts 70 in Eingriff zu stehen, um Ölaustritt am Zylinderkopf 18 und am zugeordneten Ventil zu verhindern. In dem in 2 bildlich dargestellten Beispiel ist die Schaftdichtung 84 eine Doppellippendichtung. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass alternativ die Schaftdichtung 84 eine Labyrinthdichtung sein könnte, falls dies gewünscht ist. Außerdem wird in Erwägung gezogen, dass Ansaug- und Auslassventile 20, 22 verschiedene Typen von Schaftdichtungen 84 innerhalb desselben Systems 12 aufweisen könnten. Die Führung 64 kann eine freie Länge (d. h. eine Länge, die nicht in den Zylinderkopf 18 eingeführt ist) l₈ aufweisen, und die Schaftdichtung 84 kann eine Länge l₉, am unteren Ende einen Durchmesser d₅ und am oberen Ende einen Durchmesser d₆ aufweisen. In einem Beispiel ist l₈ etwa 27 bis 27,5 mm (z. B. etwa 25,25 mm); l₉ ist etwa 31 bis 33 mm (z. B. etwa 32 mm); d₅ ist etwa 43 bis 45 mm (z. B. etwa 44,5 mm) und d₆ ist etwa 20 bis 21 mm (z. B. etwa 20,53 mm).
3 bis 5 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Basiseinheit 30, die dafür ausgelegt ist, den Betrieb des Systems 12 zu unterstützen. Die Basiseinheit 30 kann ein im Allgemeinen kastenartiges Gehäuse sein, das durch ein Gießverfahren (z. B. ein Aluminiumdruckgießverfahren) derart geformt ist, dass es Seitenwände 85, Stirnwände 87, einen Boden 89 und eine Oberseite 90, die sich auf der dem Boden 89 gegenüberliegenden Seite befindet, aufweist. Der Boden 89 kann dafür ausgelegt sein, mit einem Zylinderkopf 18 in Eingriff zu stehen, während die Oberseite 90 mit einem Ventildeckel (nicht gezeigt) in Eingriff gebracht werden kann. An der Unterseite und/oder der Oberseite 89, 90 kann eine Dichtung 91 (nur in 1 gezeigt) platziert sein, um die Basiseinheit-zu-Kopf- und/oder Basiseinheit-zu Deckel-Verbindung abzudichten, falls dies gewünscht ist.
An einander gegenüberliegenden Wänden 85 der Basiseinheit 30 können zwei oder mehr interne Blöcke 92 einstückig ausgebildet und dafür ausgelegt sein, Pfosten oder Einsätze (der Übersichtlichkeit wegen in 1 entfernt) der Kipphebelwelle 42 aufzunehmen. In der offenbarten Ausführungsform sind die Blöcke 92 Vorsprünge mit Vertiefungen oder Durchgangslöchern 94, wohinein die Pfosten oder Einsätze montiert werden. Befestigungselemente (nicht gezeigt) können dann für einen Gewindeeingriff mit dem darunter befindlichen Zylinderkopf 18 durch die Pfosten oder Einsätze hindurchgehen und dadurch die Kipphebelwelle 42 (und das System 12) mit dem Zylinderkopf 18 verbinden. Es wird in Erwägung gezogen, dass zunächst austauschbare Verschleißhülsen oder -buchsen in den Durchgangslöchern 94 platziert werden können, falls dies gewünscht ist. Um einen Umfang der Basiseinheit 30 (z. B. an Ecken davon) können mehrere zusätzliche Durchgangslöcher 96 ausgebildet sein (z. B. vier Durchgangslöcher 96) und zum Verbinden der Basiseinheit 30 mit dem Zylinderkopf 18 mittels zusätzlicher Gewinde-Befestigungselemente (nicht gezeigt) verwendet werden.
Eine Einspritzventilfederunterlage („Unterlage“) 98 kann an der Stirnwand 87 ausgebildet sein, die den Blöcken 92 am nächsten ist (d. h. an der Stirnwand 87, die sich in derselben Hälfte der Basiseinheit 30 wie die Blöcke 92 befindet), und dafür ausgelegt sein, dass sie ein Auflager für die Einspritzventilfeder 54 (mit Bezug auf 1) bereitstellt. Die Unterlage 98 kann im Allgemeinen zwischen Blöcken 92 zentriert sein und von der Stirnwand 87 in Richtung Mitte der Basiseinheit 30 eine Strecke hervorstehen. Die Unterlage 98 kann im Allgemeinen plattenartig und zur Oberseite 90 hin geneigt sein (z. B. etwa 9 bis 10°) und ein Durchgangsloch 100 aufweisen, das der Einspritzventil-Stoßstange 50 (mit Bezug auf 1) Spiel ermöglicht. Das Durchgangsloch 100 kann einen Durchmesser d₇ aufweisen. In einer Oberseite der Auflage 98 kann maschinell eine Ausnehmung 102 ausgearbeitet sein, die eine Sitzfläche für die Feder 54 bereitstellt. Die Ausnehmung 102 kann einen Außendurchmesser d₈ aufweisen. In einer Ausführungsform ist d₇ etwa 24 bis 26 mm (z. B. etwa 25 mm), und d₈ ist etwa 40 bis 41 mm (z. B. etwa 40,7 mm).
Die Bereiche innerhalb der Basiseinheit 30, die sich an den Seiten der Auflage 98 (d. h. zwischen Unterlage 98 und Seitenwänden 85) befinden, können zwecks Unterbringung von Ventilstoßstangen 36 offen gelassen sein. In Ausführungsformen mit Spieleinstellern 58 kann in diesen Bereichen mehr Raum erforderlich sein als in anderen Ausführungsformen, die keine Spieleinsteller 58 aufweisen. Um beide Ausführungsformen unterzubringen, können die Seiten der Auflage 98 in diesen Bereichen nach innen gewölbt sein. Das heißt, die Seiten der Auflage 98 können im Allgemeinen konkav sein, um rings um Spieleinsteller 58 weiterhin Spielraum zu haben, und die Ausnehmung 102 kann an diesen konkaven Seiten schräg abgeschnitten sein. Der Spielraum um die Spieleinsteller 58 in den konkaven Bereichen der Auflage 98 kann einen Radius r1 aufweisen, derart, dass die konkaven Seiten der Auflage 98 eine Breite w1 aufweisen. In einer Ausführungsform ist r1 etwa 18 bis 20 mm (z. B. etwa 19 mm), und w1 ist etwa 7 bis 8 mm (z. B. etwa 7,5 mm).
Da die Auflage 98 an ihren Seiten konkav sein kann, kann die Festigkeit der Auflage 98 verringert sein. In manchen Fällen könnte diese Verringerung zu einer Überlastung der Auflage 98 durch die Einspritzventilfeder 54 führen. Um für das erforderliche Auflager und die notwendige Steifigkeit zu sorgen, können in der Basiseinheit 30 eine oder mehrere Rippen 104 einstückig ausgebildet sein, die sich von Seitenwänden 85 zur Auflage 98 erstrecken. Wie in der Ausführungsform von 4 gezeigt, sind zwei Rippen 104 im Innern der Basiseinheit 30 symmetrisch angeordnet. Die Rippen 104 können sich von einer Innenseite der Blöcke 92 zur Auflage 98 hin erstrecken, sodass sie gemeinsam im Allgemeinen eine V-Form bilden. Ein Innenwinkel γ zwischen den Rippen 104 beträgt in der offenbarten Ausführungsform etwa 110 bis 115° (z. B. etwa 112°).
Wie in 5 gezeigt, können die Rippen 104 an den Blöcken 92 am dicksten sein und entlang ihrer Längen zur Auflage 98 konisch zulaufen. Im Besonderen kann eine Unterseite der Rippen 104 im Allgemeinen eben und parallel zum Boden 88 und zur Oberseite 90 der Basiseinheit 30 sein, während eine Oberseite der Rippe 104 von der Oberseite 90 schräg abwärts in Richtung Auflage 98 verlaufen kann. In einer Ausführungsform verringert sich die Dicke t der Rippen 104 über ihren Längen um etwa 50 bis 60 %.
Zur Sicherstellung einer angemessenen Festigkeit der Auflage 98 können nach der Fertigung der Auflage 98 ein oder mehrere Arbeitsschritte an der Basiseinheit 30 ausgeführt werden. Beispielsweise kann an einer Schnittlinie der Auflage 98 mit Rippen 104 und/oder an einer Schnittlinie der Auflage 98 und der Wand 87 ein Kugelstrahlen erfolgen. In der offenbarten Ausführungsform kann das Kugelstrahlen ein Verwenden von Gussschrot S230 bei einer Intensität von etwa 0,25 bis 0,36 mm einschließen. Dieses Verfahren kann zu einer bleibenden Spannung in diesen Bereichen von etwa 110 N führen.
Wenn das System 12 mit einem elektrisch betätigten Einspritzventil verwendet wird, kann es erforderlich sein, einen Kabelstrang 106 zum Einspritzventil zu führen. In einer Ausführungsform kann diese Führung durch eine oder beide Rippe(n) 104 hindurch verlaufen. Beispielsweise kann eine Rippe 104 oder können beide Rippen 104 eine Ausnehmung 108 aufweisen, die sich in der Bodenfläche befindet. Der Kabelstrang 106 kann im Innern der Ausnehmung 108 positioniert sein, und über dem Kabelstrang 106 kann ein Haltemechanismus (nicht gezeigt) platziert sein, um den Kabelstrang 106 im Innern der Ausnehmung 108 zu halten.
In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Haltemittel erforderlich sein, um den Kabelstrang 106 in Bezug auf die Basiseinheit 30 korrekt zu positionieren. In diesen Ausführungsformen kann von der Auflage 98 ein Ansatz 110 zur Mitte der Basiseinheit 30 hervorstehen; im Ansatz 110 kann ein Durchgangsloch 112 ausgebildet sein und es kann ein Halteelement (z. B. ein Kabelstrang-Halteclip – nicht gezeigt) im Durchgangsloch 112 platziert (eingerastet oder eingeschraubt) werden. Das Halteelement kann den Kabelstrang 106 umschlingen, um ihn gegen den Ansatz 110 zu positionieren. Nachdem er über den Ansatz 110 und durch die Ausnehmung 108 verlaufen ist, kann der Kabelstrang in der Längserstreckung der Basiseinheit 30, in einer Nut (nicht gezeigt), die im Boden 89 an der Seitenwand 85 ausgebildet ist, verlegt sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die offenbarte Kipphebelbasiseinheit kann eine Anwendbarkeit bei Verbrennungskraftmaschinen haben. Insbesondere kann die offenbarte Kipphebelbasiseinheit verwendet werden, um eine Vielzahl unterschiedlicher Ventilbetätigungssysteme unterzubringen und zu unterstützen. Die offenbarte Kipphebelbasiseinheit kann für die verschiedenen Bauteile des Ventilbetätigungssystems Spielraum bereitstellen, während gleichzeitig die erforderliche Festigkeit und die notwendige Steifigkeit erhalten bleiben. Im Besonderen kann die offenbarte Kipphebelbasiseinheit ein Auflager für eine zugeordnete Einspritzventilfeder bereitstellen, aber auch für jeden Spieleinsteller, der im Ventilbetätigungssystem enthalten sein könnte, genügend Spielraum an den Seiten des Auflagers aufweisen. Außerdem kann die offenbarte Kipphebelbasiseinheit Rippen aufweisen, die für zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit des Auflagers sorgen.
Für den Fachmann wird offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Kipphebelbasiseinheit der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzukommen. Weitere Ausführungsformen werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung und der Umsetzung der hier offenbarten Ausführungsformen offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Schutzbereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8820284 [0003]

Claims

Kipphebelbasiseinheit (30), umfassend: ein Gehäuse mit einer Oberseite (90), einem Boden (89), Seitenwänden (85), die die Oberseite mit dem Boden verbinden, und Stirnwänden (87), die zwischen den Seitenwänden angeordnet sind; Kipphebelblöcke (92), die sich im Innern des Gehäuses befinden und einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet sind; eine Einspritzventilfederunterlage (98), die sich von einer der Stirnwände in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt; und eine Rippe (104), die die Einspritzventilfederunterlage mit einem der Kipphebelblöcke verbindet.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 1, wobei die Einspritzventilfederunterlage zwischen den Kipphebelblöcken zentriert ist.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 1, wobei die Einspritzventilfederunterlage im Allgemeinen plattenartig ist und in Richtung der Oberseite des Gehäuses geneigt ist.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 3, wobei die Einspritzventilfederunterlage etwa 9 bis 10° in Bezug auf die Oberseite des Gehäuses geneigt ist.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 1, wobei im Innern des Gehäuses, in Bereichen neben der Einspritzventilfederunterlage offene Räume vorhanden sind.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 5, wobei die Einspritzventilfederunterlage ein Einspritzventil-Stoßstangen-Durchgangsloch (100) aufweist.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 6, wobei die Seiten der Einspritzventilfederunterlage an den offenen Räumen konkav sind.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 6, wobei eine Breite der Einspritzventilfederunterlage zwischen dem Einspritzventil-Stoßstangen-Durchgangsloch und den Seiten der Einspritzventilfederunterlage etwa 7 bis 8 mm ist.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 1, wobei: die Rippe eine erste Rippe (104) ist, die sich von einem ersten der Kipphebelblöcke zur Einspritzventilfederunterlage erstreckt; und die Kipphebelbasiseinheit eine zweite Rippe (104) aufweist, die sich von einem zweiten der Kipphebelblöcke zur Einspritzventilfederunterlage erstreckt.
Kipphebelbasiseinheit nach Anspruch 1, wobei: die Rippe eine im Allgemeinen ebene Unterseite und eine Oberseite, die zur Einspritzventilfederunterlage hin konisch verläuft, aufweist; und die Kipphebelbasiseinheit ferner umfasst: eine Kabelstrang-Ausnehmung (108), die in der im Allgemeinen ebenen Unterseite ausgebildet ist; einen Ansatz (110), der sich von der Einspritzventilfederunterlage in Richtung Mitte des Gehäuses erstreckt; und eine Kabelstrang-Befestigungsbohrung (112), die in dem Ansatz ausgebildet ist.