-
Hintergrund
der Offenbarung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventilsteuersystem für einen
Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein solches System der Bauart, die
verwendet werden kann, um die Motorsitzventile von einer Anzahl
von unterschiedlichen Zylindern zu deaktivieren. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte hydraulische Spieleinstellvorrichtung
(HLA = hydraulic lash adjuster) der Deaktivierungsbauart zur Anwendung
in einem solchen Ventilsteuersystem.
-
Variable
Ventilsteuersysteme der Ventildeaktivierungsbauart für Motorsitzventile
sind schon im Allgemeinen in der Technik bekannt. Obwohl solche Ventilsteuersysteme
der Ventildeaktivierungsbauart entweder auf das Einlasssitzventil
oder auf das Auslasssitzventil oder auf beide angewandt werden können, ist
es üblich,
ein solches Ventildeaktivierungssystem zu verwenden, um zwischen
den aktivierten und deaktivierten Zuständen von nur den Einlasssitzventilen
auszuwählen,
und die Erfindung wird in Verbindung mit einem solchen System beschrieben.
-
Ventilsteuersysteme
der Bauart, die eine "Ventildeaktivierungsfähigkeit" aufweisen, sind
dem Fachmann nun wohl bekannt. Ein Ausführungsbeispiel eines Ventildeaktivierungssteuersystems
wird im US-Patent 6 321 704 veranschaulicht und beschrieben, welches
der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zueigen ist und hier durch
Bezugnahme mit aufgenommen sei. In dem Ventildeaktivierungssystem
des erwähnten
Patentes gibt es eine hydraulische Spieleinstellvorrichtung, die
entweder in (a) einem verriegelten Zustand betrieben werden kann, wobei
in diesem Fall die Drehung der Nockenwelle eine normale Ventilhubbewegung
zur Folge haben wird, oder in (b) einem nicht verriegelten Zustand, was
eine Leerbewegung in den Ventilantriebsstrang einführt, wodurch
die Drehung der Nockenwelle eine sehr kleine Hubbewegung oder, was
eher üblich
ist, überhaupt
keine Hubbewegung des speziellen Einlasssitzventils zur Folge haben
wird. Ein weiter Aspekt eines solchen Ventilsteuersystems wird in US-B1-6
314 927 definiert.
-
Um
ein besseres Verständnis
der Wichtigkeit der vorliegenden Erfindung zu gewinnen, ist es wichtig
zu verstehen, dass die meisten Systeme, die mit dem Ausdruck "Ventildeaktivierung" bezeichnet worden
sind, tatsächlich "Zylinderdeaktivierungssysteme" gewesen sind. In
einem Zylinderdeaktivierungssystem wird nur ein Teil der Zylinder
deaktiviert. Beispielsweise wäre
es bei einem V-8-Motor
typisch, eine Ventildeaktivierungsfähigkeit für sowohl die Einlasssitzventile
als auch die Auslasssitzventile für zwei (die "Deaktivierungszylinder") der vier Zylinder auf
jeder Bank von Zylindern vorzusehen. Wenn die Motordrehzahl und
die Motorbelastung zunehmen und vorbestimmte Werte erreichen, würden daher alle
Ventile für
diese zwei Deaktivierungszylinder von jeder Bank deaktiviert werden,
so dass der Motor dann effektiv mit vier Zylindern arbeiten würde (d.h. als
ein "V-4-Motor"), und zwar bei Landstraßengeschwindigkeiten
und niedrigen Drosselbelastungen. Wie es dem Fachmann bekannt ist,
sind die vier Zylinder, die immer noch arbeiten, wenn der Motor
mit Landstraßendrehzahlen
und niedrigen Drosselbelastungen dahin läuft, nicht mit irgendwelchen
Deaktivierungsmitteln versehen (d.h. entweder bei den Einlass- oder
den Auslasssitzventilen).
-
Die
Zylinderdeaktivierung, bei der der effektive Hubraum des Motors
bei Schubdrehzahlen (auf der Landstraße) verringert wird, wird in
erster Linie verwendet, um die Brennstoffausnutzung des Motors zumindest über einen
Teil des Motorbetriebszyklus zu verbessern (d.h. bei Landstraßendrehzahlen
und niedrigen Motorbelastungen). Im Gegensatz dazu würde ein
tatsächliches "Ventildeaktivierungssystem" bei einem Motor
der Bauart mit zwei Einlasssitzventilen für jeden Zylinder verwendet
werden. Obwohl dies nicht ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist,
ist es bei solchen Motoren (d.h. insbesondere bei direkt Brennstoff
einspritzenden Diesel-Motoren) typisch, dass ein Einlasssitzventil
die "Verwirbelung" (Swirl) steuert,
während
das andere Einlasssitzventil die "Rollverwirbelung" (Tumble) steuert. Der Fachmann für Verbrennungsmotoren
wird die Bedeutung der Ausdrücke "Swirl" und "Tumble" verstehen, und daher
wird hier keine weitere Erklärung
dieser Ausdrücke
vorgesehen. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist,
wurde das Ven tildeaktivierungssystem der vorliegenden Erfindung
zur Anwendung in einem Motor der oben beschriebenen Bauart entwickelt,
so dass das Ventildeaktivierungssystem verwendet wird, um das Tumble-Einlassventil für alle und
jeden Zylinder zu deaktivieren, und die Erfindung wird in Verbindung
damit beschrieben.
-
In
einem typischen Tumble-Einlassventildeaktiverungssystem der Bauart,
auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, wird das Tumble-Einlassventil
deaktiviert, während
der Motor in einem Bereich irgendwo von Leerlaufdrehzahl bis zu
einer gewissen vorbestimmten Motordrehzahl (beispielsweise 2000-2500 U/min) und einer
Last (irgendwo von 0–75%)
arbeitet, wie es dem Fachmann wohl bekannt ist. Die Deaktivierung
der Tumble-Einlasssitzventile wird ausgeführt, um die Turbolenz in der Brennkammer
zu vergrößern, um
eine schnellere und vollständigere
Verbrennung zu erreichen, was verringerte Emissionen zur Folge hat.
-
Typischerweise
sind die verschiedenen Rollenfolger bzw. Rollenschleppeinrichtungen
und hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen (HLA), die in Zylinderdeaktivierungssystemen
verwendet worden sind, von der Bauart, die in einen Verriegelungseingriff
federvorgespannt sind, und das Verriegelungsglied wird zum nicht
verriegelten Zustand (Ventil deaktiviert) durch Hydraulikdruck bewegt.
Obwohl diese bekannte Anordnung zum Erreichen einer Deaktivierung
eines Motorsitzventils sich als im Allgemeinen zufriedenstellend
bezüglich
ihrer begrenzten kommerziellen Anwendung erwiesen hat, gibt es gewisse
inhärente
Nachteile in einem solchen System. Wenn der nicht verriegelte Zustand
durch unter Druck gesetztes Motoröl erreicht wird, wird es somit nötig, in
dem Zylinderkopf zwei getrennte Hydraulikschaltungen vorzusehen,
eine, um eine normale Zylinderkopfschmierung zu erreichen (und eine Schmierung
der Ventilantriebsstrangkomponenten) und die andere Hydraulikschaltung,
um die Entriegelung der Verriegelungsglieder der hydraulischen Spieleinstellvorrichtungen
des Ventildeaktivierungssystems zu erreichen. Wie dem Fachmann klar
sein wird, kann der Kreislauf, der die Zylinderkopfschmierung ausführt, einfach
eine Quelle mit konstantem Druck sein und auf einem relativ niedrigen
Druck sein. Andererseits muss die Hydraulikschaltung, die verwendet
wird, um die Entriegelung der Verriegelungsglieder zu erreichen,
auf einen Befehl hin steuerbar sein, was somit typischerweise mindestens
ein elektrisch gesteuertes Elektromagnetventil pro Zylinderkopf
erfordert.
-
Zusätzlich muss
durch Verwendung einer Hydraulikschaltung in dem Zylinderkopf, um
den Entriegelungsvorgang zu steuern, die Steuerlogik für das Deaktivierungssystem
nun die Veränderungen berücksichtigen
können,
die bei gewissen Systemvariablen auftreten, wie beispielsweise Öldruck, Öltemperatur
und Ölviskosität. Zusätzlich wird
irgendeine Verschlechterung des Zustandes des Öls (d.h. Reinheit, chemische
Zusammensetzung usw.) einen negativen Einfluss auf den Betrieb des
Entriegelungssystems haben, genauso wie dies die Menge der Luft im Öl haben
wird.
-
Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
-
Entsprechend
wäre es
wünschenswert,
ein verbessertes Ventilsteuersystem vorzusehen, welches die Nachteile
der oben besprochenen Deaktivierungssysteme des Standes der Technik überwindet.
-
Es
wäre auch
wünschenswert,
ein verbessertes Ventilsteuersystem vorzusehen, bei dem eine Vielzahl
von Motorsitzventilen unter Verwendung von nur einer einzigen Betätigungsvorrichtung
deaktiviert werden kann.
-
Es
wäre weiter
wünschenswert,
ein verbessertes Ventilsteuersystem vorzusehen, bei dem die Betätigungsvorrichtung,
die verwendet wird, um den Übergang
zwischen den aktivierten und deaktivierten Betriebszuständen zu
erreichen, nicht eine Betätigungsvorrichtung
mit besonders hoher Leistung sein muss.
-
Es
wäre noch
weiterhin wünschenswert,
eine verbesserte hydraulische Spieleinstellvorrichtung (HLA) der
Deaktivierungsbauart zur Anwendung in dem verbesserten Ventilsteuersystem
der vorliegenden Erfindung vorzusehen.
-
Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Das bevorzugte
Ausführungsbeispiel,
welches unten beschrieben wird, weist ein verbessertes Ventilsteuersystem für einen
Verbrennungsmotor auf, welches einen Zylinderkopf mit einer Vielzahl
von Einlass- und Auslassmotorsitzventilen aufweist, um den Fluss
zu einer Vielzahl von Brennkammern hin und weg davon zu steuern.
Eine Nockenwelle ist drehbar relativ zum Zylinderkopf aufgehängt, um
eine zyklische Eingangsbewegung ansprechend auf die Drehung der
Nockenwelle vorzusehen. Eines der Motorsitzventile für jede der
Vielzahl von Brennkammern weist ein Deaktivierungsmotorsitzventil
auf und ist betriebsmäßig mit
einem Ventilende eines Kipphebels assoziiert, wobei jeder der Kipphebel
auch ein Drehpunktende aufweist, welches in Eingriff mit einer Spielkompensationsvorrichtung
angeordnet ist. Jeder der Kipphebel weist eine Nockenfolgeeinrichtung
bzw. einen Schlepparm auf, der zwischen dem Ventilende und dem Drehpunktende
angeordnet ist und betreibbar ist, um um eine Drehpunktfläche zu schwenken,
die von der Spielkompensationsvorrichtung definiert wird, und zwar
ansprechend auf die zyklische Eingangsbewegung, was somit die zyklische Öffnungs- und
Verschlussbewegung zu dem jeweiligen einen der Deaktivierungsmotorsitzventile überträgt. Jede der
Spielkompensationsvorrichtungen weist ein Körperglied auf, welches relativ
zum Zylinderkopf festgelegt ist, eine Stößelanordnung, die die Drehpunktfläche definiert,
und relativ zum Körperglied
bewegbar ist, und weist weiter ein Verriegelungsglied auf. Das Verriegelungsglied
ist bewegbar zwischen einem verriegelten Zustand und einem nicht
verriegelten Zustand, in dem die Stößelanordnung frei relativ zum Körperglied
hin und her zu bewegen ist.
-
Das
verbesserte Ventilsteuersystem wird dadurch gekennzeichnet, dass
jede der Vielzahl von Spielkompensationsvorrichtungen ein Federglied aufweist,
welches das Verriegelungsglied zu einem der verriegelten und nicht
verriegelten Zustände
vorspannt. Ein langgestrecktes Betätigungsglied ist benachbart
zu jeder der Vielzahl von Spielkompensationsvorrichtungen angeordnet
und weist einen Teil auf, der betreibbar ist, um jedes der Vielzahl
von Verriegelungsgliedern in den anderen, d.h. den verriegelten
oder den nicht verriegel ten Zustand zu bewegen, und zwar ansprechend
auf die Betätigungsbewegung
des Betätigungsgliedes.
-
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte
hydraulische Spielkompensationsvorrichtung der Deaktivierungsbauart
zur Anwendung in einem Ventilsteuersystem eines Verbrennungsmotors
vorgesehen, die ein Motorsitzventil aufweist, um den Fluss zu einer Brennkammer
hin und von dieser weg zu steuern. Die Spielkompensationsvorrichtung
weist ein Körperglied
auf, welches geeignet ist, um in einer Bohrung aufgenommen zu werden,
die von einem Gehäuse definiert
wird, wobei das Körperglied
relativ zum Gehäuse
festgelegt ist. Eine Stößelanordnung
ist relativ zum Körperglied
in einer Richtung parallel zur Achse der Vorrichtung bewegbar, und
ein Verriegelungsglied ist radial relativ zur Achse zwischen einem
verriegelten Zustand und einem nicht verriegelten Zustand bewegbar,
in dem die Stößelanordnung
frei relativ zum Körperglied
hin und her zu bewegen ist. Ein Federglied spannt das Verriegelungsglied
zu einem der verriegelten und nicht verriegelten Zustände vor.
-
Die
verbesserte Spielkompensationsvorrichtung der Deaktivierungsbauart
wird dadurch gekennzeichnet, dass das Federglied zumindest teilweise außerhalb
des Körpergliedes
angeordnet ist und einen Teil davon aufweist, der relativ zum Körperglied festgelegt
ist, und einen anderen Teil davon, der festgelegt ist, um sich radial
mit dem Verriegelungsglied zu bewegen. Das Federglied spannt das
Verriegelungsglied radial nach außen relativ zur Achse der Vorrichtung
zum nicht verriegelten Zustand vor. Ein Betätigungsglied ist benachbart
zum anderen Teil des Federgliedes angeordnet und ist bewegbar zwischen
einer ersten Position in Eingriff mit dem anderen Teil des Federgliedes
und mit einer Bewegung des Verriegelungsgliedes zum verriegelten
Zustand, und einer zweiten Position außer betrieblichem Eingriff
mit dem anderen Teil des Federgliedes, was gestattet, dass das Verriegelungsglied
durch das Federglied in den nicht verriegelten Zustand vorgespannt
wird.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 ist
eine in gewisser Weise schematische Perspektivansicht des Ventilsteuersystems
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
ein bruchstückhafter
quer verlaufender Querschnitt, der eine Verbrennungsmotorzylinderkopfanordnung
veranschaulicht, die das Ventilsteuersystem der vorliegenden Erfindung
verwendet, und zwar gezeigt in dem Ventildeaktivierungsbetriebszustand,
wobei die deaktivierende hydraulische Spieleinstellvorrichtung in
ihrem nicht verriegelten Zustand gezeigt ist.
-
3 ist
ein vergrößerter quer
verlaufender Querschnitt der in 2 gezeigten
verriegelnden hydraulischen Spieleinstellvorrichtung, jedoch in
dem vollständig
ausgefahrenen Zustand gezeigt, der einen wichtigen Aspekt der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
-
4 und 5 sind
quer verlaufende Querschnitte ähnlich
der 3, jedoch in einem etwas kleineren Maßstab, die
die entriegelten bzw. verriegelten Zustände veranschaulichen.
-
6 ist
ein bruchstückhafter
stark vergrößerter quer
verlaufender Querschnitt des Verriegelungsvorgangs, wie er in der
Ansicht der 5 auftritt.
-
7 ist
eine in gewisser Weise schematische bruchstückhafte Perspektivansicht eines
alternativen Ausführungsbeispiels
des Ventilsteuersystems der vorliegenden Erfindung in einem wesentlich größeren Maßstab als
in 1, jedoch ungefähr aus der gleichen Perspektive
gesehen.
-
Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
Nun
mit Bezug auf die Zeichnungen, die nicht die Erfindung einschränken sollen,
veranschaulichen die 1 und 2 zusammen
genommen ein Ventilbetätigungssystem,
welches gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
ist. Es sei bemerkt, dass während 2 einen
Zylinderkopf veranschaulicht, der im Allgemeinen mit 11 bezeichnet wird,
der Zylinderkopf 11 in 1 nicht
gezeigt ist, um die Ansicht von allen Schlüsselkomponenten des Ventilantriebs
und des Steuersystems der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
-
Nun
in erster Linie mit Bezug auf 2 definiert,
wie es dem Fachmann wohl bekannt ist, der Zylinderkopf 11 typischerweise
das obere Ende einer Brennkammer, die in 2 mit 13 bezeichnet
wird. Der Zylinderkopf 11 definiert eine Vielzahl von geringfügig im Winkel
angeordneten Bohrungen 15, und in jeder Bohrung 15 ist
eine Ventilführung 17 angeordnet,
die zur Hin- und Herbewegung darin ein Motorsitzventil 19 trägt. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
und nur beispielhaft wird das Ventilsteuersystem verwendet, um nur
die Einlasssitzventile zu steuern, und daher sind, wie im Folgenden
genauer beschrieben wird, alle Motorsitzventile 19, die
sowohl in 1 als auch in 2 gezeigt
sind, Einlasssitzventile.
-
Der
Zylinderkopf 11 definiert einen Einlassdurchlass 21,
von dem nur ein Teil in 2 gezeigt ist, durch welchen
Luft (nur Luft in Diesel-Motoren) zur Brennkammer 13 fließt, und
zwar immer dann, wenn das Einlasssitzventil 19 sich von
der in 2 gezeigten geschlossenen Position zu einer offenen Position
hin bewegt (aus der in 2 gezeigten Position nach unten
verschoben).
-
In
einer Ausnehmung, die von der Unterseite des Zylinderkopfes 11 definiert
wird, ist ein Ventilsitzeinsatz 23 aufgenommen, der, obwohl
dies nicht für die
vorliegende Erfindung wichtig ist, typischerweise verwendet wird,
um eine geeignete Sitzfläche
zum Eingriff mit der Sitzstirnseite des Sitzventils 19 vorzusehen,
wie es dem Fachmann wohl bekannt ist. Somit werden die folgenden
Erwähnungen
des "Ventilhubs" so verstanden, dass
sie die Abwärtsbewegung des
Sitzventils 19 aus der in 1 gezeigten
geschlossenen Position zu einer offenen Position bedeuten, d.h.,
wobei das Ventil vom Ventilsitzeinsatz 23 "abgehoben" wird.
-
Das
obere Ende von jedem Sitzventil 19 weist einen Federhalter 25 auf,
gegen den eine Ventilrückstellfeder 27 aufsitzt,
die das Einlassventil 19 nach oben vorspannt, und zwar
zur geschlossenen Position der 2. Es sei
be merkt, dass keines der Details von den bis jetzt erwähnten Elementen
wichtig für
die vorliegende Erfindung ist, sondern dass diese nur beispielhaft
gezeigt und beschrieben wurden.
-
In
Eingriff mit einem oberen Ende ("Spitzenteil") des Sitzventils 19 ist
ein schwenkbarer Kissenteil 31, der an einem mit dem Ventil
in Eingriff stehenden Ende (oder "Ventilende") eines Kipphebels 33 angeordnet
ist. Auf dem gegenüberliegenden
axialen Ende ("Drehpunktende") des Kipphebels 13 ist
ein Stiftglied 35, welches in Öffnungen in den gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Kipphebels 33 in einer Weise aufgenommen ist, die dem
Fachmann im Allgemeinen gut bekannt ist und die im Folgenden nicht
weiter beschrieben wird.
-
Das
Stiftglied 35 sieht eine Drehverbindung zwischen dem Kipphebel 33 und
einer Spielkompensationsvorrichtung vor, die im Allgemeinen mit 37 bezeichnet
wird. Wie nur in 2 gezeigt ist, ist die Spielkompensationsvorrichtung 37 in
einer Bohrung 39 angeordnet, die vom Zylinderkopf 11 definiert wird,
und wie im Folgenden weiter beschrieben wird, weicht die Bohrung 39 von
der typischen Zylinderkopfbohrung ab, die eine hydraulische Spieleinstellvorrichtung
aufnimmt. Die Bohrung 39 bei der vorliegenden Erfindung
umfasst nicht die Spielkompensationsvorrichtung 37 um ihren
vollständigen
Umfang über
die volle axiale Länge
der Bohrung 39, sondern definiert stattdessen einen offenen
Bereich oder eine Kammer, die im Allgemeinen mit 40 in
den 2 und 3 bezeichnet wird, deren Funktion
im Folgenden beschrieben wird.
-
Zwischen
dem Ventilende (Kissenteil 31) und dem Drehpunktende (Stiftglied 35),
weist der Kipphebel 33 ein Rollenglied 41 auf,
welches an seinem Außenumfang
eine im Allgemeinen zylindrische Nockenfolgefläche 41S definiert,
wobei die Konstruktionsdetails des Rollengliedes 41 keine
wichtigen Aspekte der Erfindung sind. Vorzugsweise ist das Rollenglied 41 drehbar
relativ zum Kipphebel 33 durch eine Achsenwelle 43 montiert,
wie es in der Kipphebeltechnik üblich
ist.
-
Nun
mit Bezug auf 1 in Verbindung mit 2 weist
das Ventilsteuersystem der vorliegenden Erfindung eine Nockenwelle
auf, die im Allgemeinen mit 45 bezeichnet wird, die gemäß der vorliegenden Erfindung
irgendeine von einer Anzahl von herkömmlichen Nockenwellenkonfigurationen
und -geometrien sein kann, deren Details keinen Teil der vorliegenden
Erfindung bilden.
-
Das
Ventilsteuersystem der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung
mit einem Motor veranschaulicht und beschrieben, bei dem für jede Brennkammer 13 ein
Paar von Einlasssitzventilen 19 vorgesehen ist, wobei eines
davon als ein Deaktivierungseinlassventil dienen wird, und somit
die Bezeichnung 19D trägt,
und wobei das andere ein Nicht-Deaktivierungseinlassventil ist,
und somit die Bezeichnung 19N trägt. Daher ist das, was in 1 gezeigt
ist, ein Ventilsteuersystem zur Steuerung eines Paares von Einlasssitzventilen 19D und 19N für jeden
von einer Vielzahl (P) von Zylindern (Brennkammern 13),
wobei P gleich Vier (im vorliegenden Ausführungsbeispiel und nur beispielhaft)
ist. Daher könnte
das in 1 veranschaulichte Ventilsteuersystem als das
Ventilsteuersystem für
die vier Deaktivierungseinlasssitzventile in einem Reihen-4-Zylinder
angesehen werden, oder könnte
als das Ventilsteuersystem für
die vier Zylinder in einer Bank eines 8-Zylindermotors der V-Bauart
angesehen werden. Es sollte jedoch dem Fachmann klar sein, dass
das Ventilsteuersystem der Erfindung nicht auf "P gleich Vier" oder auf irgendeine andere spezielle
Anzahl eingeschränkt
ist, noch darauf eingeschränkt
ist, dass die Ventile 19D Einlassventile sind, obwohl dies die
herkömmliche
Anordnung wäre.
Alles was wichtig für
die vorliegende Erfindung ist, ist, dass es eine Vielzahl von Zylindern
(Brennkammern 13) und mindestens ein Deaktivierungssitzventil 19D für jeden dieser
Zylinder gibt, und dass das Ventilsteuersystem der vorliegenden
Erfindung alle der Vielzahl von Sitzventilen 19D in der
im Folgenden beschriebenen Weise steuert.
-
Nun
mit Bezug auf sowohl 1 als auch 2 weist
die Nockenwelle 45 vier Paare von Nockenansätzen 47 auf,
und im vorliegenden Ausführungsbeispiel
und nur beispielhafte können
die Nockenansätze 47 von
jedem Paar im Wesentlichen identisch miteinander sein. Viel mehr
wären die
Nockenansätze nicht
identisch, sondern die zwei Ventilhübe wären identisch, insbesondere
wenn die zwei Ventilantriebsstränge
(der herkömmliche
und der zur Deaktivierung) unterschiedlich wären. Die zwei Nockenansätze hätten normalerweise
die gleiche Drehorientierung ("Phasenwinkel"). Wie es dem Fachmann
wohl bekannt ist, hat jedes der vier Paare von Nockenansätzen 47 einen
anderen Phasenwinkel als jedes andere der drei Paare von Nockenansätzen 47, die
auf der Nockenwelle 45 angeordnet sind. Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung, und wie am besten in 1 zu
sehen ist, gibt es eine langgestreckte Betätigungsstange 49,
die sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen über
die gesamte axiale Länge
des Zylinderkopfes 11 erstreckt und zumindest genauso lang
ist wie die Nockenwelle 45 und im Wesentlichen parallel
dazu orientiert ist. In 1 ist am äußersten linken Ende der Betätigungsstange 49 eine
Drehbetätigungsvorrichtung
angeordnet, die im Allgemeinen mit 51 bezeichnet wird,
deren Funktion es ist, die Betätigungsstange 49 zwischen
ihren zwei unterschiedlichen Positionen zu drehen, wie im Folgenden
beschrieben wird.
-
Immer
noch mit Bezug auf die 1 und 2 zusammen
und gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung ist eine langgestreckte
Betätigungsstange 49 benachbart
zu jeder der deaktivierenden Spielkompensationsvorrichtungen 37 angeordnet
(siehe 2). Wie am besten in 2 zu sehen
ist, und wie zuvor erwähnt
wurde, ist der Zylinderkopf 11 so konfiguriert, dass die
Spieleinstellvorrichtung 37 nicht vollständig von
der Bohrung 39 über ihre
gesamte axiale Länge
umgeben ist, sondern stattdessen würde die Bohrung 39 nur
ungefähr
zwei Drittel des Umfangs der Spieleinstellvorrichtung 37 umfassen.
Der Rest des Umfangs der Vorrichtung 37 (d.h. der Teil
benachbart zur Betätigungsstange 49) hat
keinen Teil des Zylinderkopfes 11 direkt benachbart dazu.
Anders gesagt, ist es so, wie wenn alles von dem Teil des Zylinderkopfes 11 (wodurch
die Betätigungsstange 49 hindurch
läuft) "entfernt" worden wäre, was
somit den benachbarten Teil von jeder der deaktivierenden Spielkompensationsvorrichtungen 37 freilegt.
Es ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die
Betätigungsstange 49 "Zugriff" auf jede der Vorrichtungen 37 hat,
jedoch ist die spezielle in 2 gezeigte
Konfiguration kein essentielles Merkmal der Erfindung.
-
Nun
in erster Linie mit Bezug auf 3 wird die
deaktivierende Spieleinstellvorrichtung 37 zusätzlich genauer
beschrieben. Die deaktivierende Spieleinstellvorrichtung 37 weist
ein äußeres Körperglied 53,
ein inneres Körperglied 55 und
eine Stößelanordnung
auf, die im Allgemeinen mit 57 bezeichnet wird. In dem
speziellen gezeigten Ausführungsbeispiel
und nur beispielhaft definiert die Stößelanordnung 57 eine
zylindrische Öffnung 59,
durch welche sich das Stiftglied 35 erstreckt, was somit
die Stößelanordnung 57 mit
dem "Drehpunktende" (Stiftglied 35)
des Kipphebels 33 verbindet. Somit weist beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Öffnung 59,
die mit dem Stiftglied 35 in Eingriff ist, eine "Drehpunktfläche" auf, um die der
Kipphebel 33 schwenkt. Immer noch in erster Linie mit Bezug
auf 3 weist die Stößelanordnung 57 zu
ihrem unteren Ende hin eine Rückschlagventilanordnung
auf, die im Allgemeinen mit 61 bezeichnet wird, die nun
dem Fachmann für
die Technik der hydraulischen Spielkompensation wohl bekannt ist.
Die Konstruktionsdetails der Rückschlagventilanordnung 61 bilden
keinen wichtigen Teil der vorliegenden Erfindung, und daher wird
die Rückschlagventilanordnung 61 hier
nicht weiter beschrieben. Am unteren Ende in 3 des inneren
Körpergliedes 55 ist
ein Federsitzglied 63, an dem das obere Ende einer Leerbewegungsfeder 65 sitzt.
Das untere Ende der Leerbewegungsfeder 65 sitzt an einem
ringförmigen
Teil 67 eines Federgliedes 69, wobei der ringförmige Teil 67 durch
die Leerbewegungsfeder 65 gegen einen Halteclip 71 vorgespannt
wird, der in einer Nut aufgenommen ist, die von dem äußeren Körperglied 53 definiert
wird. Obwohl die Anordnung der Leerbewegungsfeder 65 vorteilhaft
ist, und zwar aus Gründen,
die im Folgenden offensichtlich werden, ist die Erfindung nicht
auf irgendeine spezielle Konfiguration oder Anordnung der Leerbewegungsfeder
eingeschränkt.
-
Das
Federglied 69 weist zusätzlich
zum ringförmigen
Teil 67 einen sich vertikal erstreckenden Federteil 73 auf,
der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
und aus Gründen,
die im Folgenden offensichtlich werden, in dem offenen Be reich 40 angeordnet ist,
der vom Zylinderkopf 11 definiert wird. Typischerweise
würde das
Federglied 69 aus einem Federstahl geformt sein und es
wird angenommen, dass es leicht in den Fähigkeiten des Fachmanns liegt,
das Federglied 69 zu konfigurieren, um seine beabsichtigte
Funktion und seinen Zweck zu erreichen, wie im Folgenden beschrieben
wird.
-
Das
innere Körperglied 55 definiert
eine ringförmige
Nut 75, und das äußere Körperglied 53 definiert
eine radial orientierte Öffnung 77.
Wie am besten in den 3 und 7 zu sehen
ist (was ein alternatives Ausführungsbeispiel
ist, was die Betätigungsmittel
betrifft, jedoch die gleiche Spielkompensationsvorrichtung 37 zeigt)
haben die oberen und unteren Teile des äußeren Körpergliedes 53 eine
größere radiale
Abmessung als der Rest des äußeren Körpergliedes 53.
Das innere Körperglied 55 weist eine
gewisse Art eines Halteclips 79 auf (im Folgenden als Segerring
gezeigt), der mit einer Schulter 81 in Eingriff steht,
die in den dem äußeren Körperglied 53 ausgebildet
ist, was somit die nach außen
gerichtete (nach oben gerichtete) Bewegung des inneren Körpergliedes 55 relativ
zum äußeren Körperglied 53 unter
dem Einfluss der Leerbewegungsfeder 65 begrenzt.
-
Immer
noch in erster Linie mit Bezug auf 3, wobei
das innere Körperglied 55 vollständig ausgefahren
ist, wie gezeigt (entsprechend dem "Grundkreiszustand" der hydraulischen Spieleinstellvorrichtung 37),
ist die ringförmige
Nut 75 mit der Öffnung 77 ausgerichtet,
so dass ein Verriegelungsglied 83 sich frei zwischen dem
nicht verriegelten Zustand der 3 und einem
verriegelten Zustand bewegen kann, wie in 5 und 6 gezeigt.
Nun auch mit Bezug auf 6 weist der sich vertikal erstreckende Federteil 73 des
Federgliedes 69 einen oberen Endteil 85 auf, der
zwischen dem Hauptteil des Verriegelungsgliedes 83 und
einem Rollenstift 87 eingeschlossen ist. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Federglied 69 so aufgebaut, dass
in Abwesenheit einer Betätigungseingabe
der Federteil 73 das Verriegelungsglied 83 nach
links in den 3 und 6 zu einem
nicht verriegelten (deaktivierten) Zustand vorspannt.
-
In
einer typischen Motoranwendung für
das Ventilsteuersystem der vorliegenden Erfindung wäre die Betätigungsstange 49 bei
einem Motorleerlauf und bei relativ niedrigen Motordrehzahlen in
dem nicht betätigten
Zustand, der schematisch in 2 gezeigt
ist, so dass das Federglied 69 das Verriegelungsglied 83 in
den nicht verriegelten Zustand vorspannen würde, wie zuvor beschrieben,
und wie in den 2 und 3 gezeigt.
Wenn die Nockenwelle 45 sich in eine solche Position dreht,
dass der Hubteil von jedem der Nockenansätze 47 in Eingriff
mit der Nockenfolgefläche 41S ist,
ist daher das Ergebnis nur, dass sich das Drehpunktende des Kipphebels 33 nach
unten bewegt, was bewirkt, dass die Stößelanordnung 55 sich
zurückzieht
(nach "Innen" bewegt), und zwar
entgegengesetzt zur Kraft der Leerbewegungsfeder 65, wie
in 2 gezeigt. Wenn die Nockenwelle 45 sich
aus der in 2 gezeigten Position dreht,
so dass die Nockenfolgefläche 41S wieder in
Eingriff mit dem "Grundkreisteil" des Nockenansatzes 47 ist,
spannt die Leerbewegungsfeder 65 die Stößelanordnung 57 nach
außen
(relativ zum äußeren Körperglied 53)
in die vollständig
ausgefahrene Position vor, wie in 3 gezeigt,
wobei der Halteclip 79 mit der Schulterfläche 81 in
Eingriff ist. Wenn der Motor mit relativ niedriger Drehzahl arbeitet,
bleibt somit jedes der Deaktivierungseinlasssitzventile 19D in
der in 2 gezeigten geschlossenen Position, und nur die
Nicht-Deaktivierungseinlassventile 19N öffnen sich, wenn sich die Nockenwelle 45 dreht.
Wie zuvor erwähnt
wurde, würden
die Nicht-Deaktivierungseinlassventile 19N typischerweise
die "Verwirbelungseinlassventile" (Swirl-Einlassventile)
aufweisen, während
die Deaktivierungseinlassventile 19D typischerweise die "Tumble-Einlassventile" aufweisen würden.
-
Wenn
die Motordrehzahl allmählich
zunimmt und schließlich
eine vorbestimmte Motordrehzahl erreicht (wahrscheinlich eine ausgewählte Drehzahl
irgendwo zwischen 2000 U/min und 2500 U/min) wird eine geeignete
Eingabe an die Drehbetätigungsvorrichtung 51 übertragen,
was somit die Betätigungsstange 49 in
der Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht, wie vom Pfeil in 4 gezeigt.
Vorzugsweise ist die Betätigungsstange 49 mit
einer Betätigungslasche 89 versehen,
die direkt benachbart zu jedem der sich vertikal erstreckenden Federteile 73 angeordnet
ist. Daher wären
in dem vorliegenden Ausführungs beispiel
vier der Betätigungslaschen 89 entlang der
axialen Länge
der Betätigungsstange 49 angeordnet.
-
Es
wird dem Fachmann klar sein, dass wenn die Betätigungsstange 49 beginnt,
sich zu drehen, die vier deaktivierenden Spielkompensationsvorrichtungen 37 jeweils
in einer unterschiedlichen Phase oder Stufe ihres Betriebszyklus
sein werden. Beispielsweise wird bei mindestens zwei der Vorrichtungen 37 die
Stößelanordnung 57 vollständig ausgefahren
sein, wie in 3 gezeigt, während bei einer der Vorrichtungen 37 die
Stößelanordnung 57 vollständig zurückgezogen
sein wird, wie in 2 gezeigt, und es wird typischerweise
eine der Vorrichtungen 37 geben, bei der die Stößelanordnung 57 irgendwo
zwischen der vollständig
ausgefahrenen Position der 3 und der
vollständig
zurückgezogenen
Position der 2 ist.
-
Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung ist es nicht erforderlich, wie es
bei den meisten Deaktivierungssystemen der Fall ist, dass die zur "Betätigung" des Deaktivierungssystems
vorgesehene Vorrichtung (d.h. zu dessen Umschaltung der Betriebszustände) die
Umschaltung während
einer sehr kurzen Zeit ausführen
könnte,
d.h., wenn die jeweilige Nockenfolgerfläche 41S "auf dem Grundkreis" ist. Stattdessen
dreht unter Verwendung der vorliegenden Erfindung die Drehbetätigungsvorrichtung 51 die Betätigungsstange 49 in
die in 4 gezeigte Position, und jede der Betätigungslaschen 89 kommt
simultan mit den sich vertikal erstreckenden Federteilen 73 in
Eingriff, wobei die normale Vorspannung (nach links in 4) überwunden
wird und der obere Endteil 85 der Feder und des Verriegelungsgliedes 83 nach
rechts vorgespannt wird, wie in 4 gezeigt.
-
Für jene Spielkompensationsvorrichtungen 37,
bei denen die Stößelanordnung 57 sofort
entweder in einer vollständig
zurückgezogenen
oder in einer etwas zurückgezogenen
Position ist, wie in 4 gezeigt, hat die radial nach
innen gerichtete Vorspannung, die auf das Verriegelungsglied 83 aufgebracht ist,
indirekt durch die Betätigungslasche 89 nur
zur Folge, dass das Verriegelungsglied 83 mit der äußeren zylindrischen
Fläche
des inneren Körperteils 55 in
Eingriff kommt. Sobald der Kipphebel 33 für diese spezielle
Vorrichtung 37 wieder auf dem Grundkreis ist, wird die
Leerbewegungsfeder 65 die Stößelanordnung 57 nach
außen
(nach oben in den 4 und 5) in die
vollständig
ausgefahrene Position vorspannen, die in 5 gezeigt
ist. Wenn das innere Körperglied 55 die
vollständig
ausgefahrene in 5 gezeigte Position erreicht,
wird die "Vorspannung", die auf das Verriegelungsglied 83 ausgeübt wird,
wie zuvor beschrieben, zur Folge haben, dass der obere Endteil 85 des
Federteils 73 das Verriegelungsglied 83 in die
ringförmige
Nut 75 in den verriegelten Zustand vorspannt. Daher sollen
in den beigefügten
Ansprüchen
Erwähnungen
der Stößelanordnung 57 mit Bezug
auf den Verriegelungsvorgang so verstanden werden, dass sie das
innere Körperglied 55 (d.h.
als Tei der "Stößelanordnung") mit einschließen, und zwar
in Hinsicht auf die Tatsache, dass es tatsächlich das innere Körperglied 55 ist,
welches entweder mit dem Verriegelungsglied 83 in Eingriff
steht oder nicht.
-
Wie
es dem Fachmann wohl bekannt ist, wird, sobald das Verriegelungsglied 83 in
dem verriegelten Zustand ist, wie er in den 5 und 6 gezeigt
ist, eine darauf folgende Drehung der Nockenwelle 45, so
dass der Hubteil des Nockenansatzes 47 mit der Nockenfolgerfläche 41S in
Eingriff kommt, zur Folge haben, dass der Kipphebel 33 um
die Drehpunktfläche
schwenkt, die von der Spielkompensationsvorrichtung 37 definiert
wird (in dieser Konfiguration von der zylindrischen Öffnung 59 und
dem Stiftglied 53). Im beschriebenen verriegelten Zustand
ist das Ergebnis eine Abwärtsbewegung
(Hub) des Deaktivierungseinlasssitzventils 19D entgegengesetzt
zur Vorspannkraft der Ventilrückstellfeder 27. Daher
sind auf und über
der vorbestimmten Motordrehzahl sowohl die Nicht-Deaktivierungseinlassventile 19N als
auch die Deaktivierungseinlassventile 19D vollständig offen.
-
Wie
am Besten in 6 zu sehen, gibt es einen gewissen
mechanischen Leergang bzw. ein Spiel, welches als "L" bezeichnet wird, wenn die Stößelanordnung 57 in
ihre äußere Position
(vollständig ausgefahrene
Position) vorgespannt ist, und zwar zwischen der ringförmigen Nut 75 und
der benachbarten Oberfläche
des Verriegelungsgliedes 83. Wie es dem Fachmann in der
Tech nik für
verriegelbare Vorrichtungen bekannt ist, muss ein solches mechanisches
Spiel L vorgesehen sein, um eine freie Bewegung des Verriegelungsgliedes 83 aus
seinem nicht verriegelten Zustand in den verriegelten Zustand zu gestatten,
wie in den 5 und 6 gezeigt.
-
Nun
in erster Linie mit Bezug auf 7 wird dort
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben, d.h. ein Ausführungsbeispiel,
welches eine Alternative zu dem in 1 gezeigten
Deaktivierungssystem ist. Es sei jedoch bemerkt, dass in 7 jede
der deaktivierenden Spielkompensationsvorrichtungen 37 aufgebaut sein
kann, so dass sie im Wesentlichen identisch mit dem ist, was in
den 2 bis 6 veranschaulicht wurde, wie
zuvor beschrieben.
-
Das
alternative Deaktivierungssystem der 7 ist zur
Anwendung in Zylinderkopfanwendungen vorgesehen, bei denen es nicht
ausreichenden Raum für
die Betätigungsstange 49 des
Ausführungsbeispiels
der 1 gibt, oder wo es "Hindernisse" in der Konfiguration des Zylinderkopfes
gibt, die verhindern, dass die Betätigungsstange 49 direkt
benachbart zu den Spielkompensationsvorrichtungen 37 angeordnet
wird, wie es im Allgemeinen in Verbindung mit dem Deaktivierungssystem
der 1 erforderlich ist.
-
In
dem alternativen Ausführungsbeispiel
der 7 werden die Elemente, die die gleichen sind oder
sein können,
wie im ersten Ausführungsbeispiel,
die gleichen Bezugszeichen tragen und neue oder wesentlich modifizierte
Elemente werden Bezugszeichen über "90" tragen. Seitlich
benachbart zu jeder der Spielkompensationsvorrichtungen 37 ist
ein Tragzapfen 91, dessen unteres Ende in 7 vorzugsweise
am Zylinderkopf 11 festgelegt ist. Jeder Tragzapfen 91 endet
an seinem oberen Ende in einem Gewindeteil 93 mit einer
Mutter 95 in Verschraubungseingriff damit. In einem entwickelten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung von 7 sind die Tragzapfen 91 die
Bolzen bzw. Schrauben, durch die der Zylinderkopf 11 am
(hier nicht gezeigten) Motorblock verschraubt ist, wobei in diesem
Fall die "Mutter" 95 nur
ein sechseckiger Kopf sein kann, der verwendet wird, um den Bolzen 91 relativ
zum Block festzuziehen. Es sei deutlich bemerkt, dass die in 7 gezeigte
Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Anordnung zum Tragen oder
zum Befestigen der Betätigungsstruktur
eingeschränkt
ist, wie im Folgenden beschrieben wird.
-
Auf
jedem der Tragzapfen 91 ist unter der Mutter 95 ein
Flanschteil 97, und zwischen der Mutter 95 und
dem Flanschteil 97 ist ein gestanztes bzw. gepresstes Hebelglied 99.
Das Hebelglied 99 weist einen ersten Hebelarm 101 auf,
der an seinem "unteren" Endteil in 7 endet,
und zwar in der Betätigungslasche 89,
die im Allgemeinen die gleiche Konfiguration hat, die an der gleichen
relativen Stelle angeordnet ist, und die die gleiche Funktion ausführen soll,
wie die in 4 gezeigte Betätigungslasche 89.
-
Jedes
Hebelglied 99 weist auch einen zweiten Hebelarm 103 auf,
durch den das Hebelglied 99 an einen Betätigungsdraht 105 geklemmt
werden kann oder daran durch irgendwelche anderen geeigneten Mittel
angebracht werden kann, die alle ein Teil der Erfindung sein sollen.
Wie in 7 zu sehen, insbesondere in Verbindung mit der
rechten Spielkompensationsvorrichtung 37, ist der Betätigungsdraht 105 angeordnet,
um sich linear hin und her zu bewegen (d.h. sich parallel zu dem
Zugriff des Drahtes 105 zu bewegen). Eine solche Hin- und
Herbewegung des Betätigungsdrahtes 105 wird
den Effekt haben, jedes der Hebelglieder 99 (um die Achse
des Tragzapfens 91) zu drehen, wodurch alle Betätigungslaschen 89 in
Eingriff mit den sich vertikal erstreckenden Federteilen 73 in
der gleichen Weise bewegt werden wie in 4 gezeigt.
-
Vorzugsweise
ist am äußersten
linken Ende in 7 (um in Übereinstimmung mit 1 zu
sein) eine Betätigungsvorrichtung,
wie beispielsweise eine Vakuumbetätigungsvorrichtung, die ansprechend
auf ein Eingangssignal (d.h. ein Vakuumsignal) den Betätigungsdraht 105 nach
links in 7 bewegen kann. Typischerweise
wäre am
rechten Ende des Betätigungsdrahtes 105 eine
(nicht gezeigte) Rückstellfeder
vorgesehen, die dazu tendiert, den Betätigungsdraht 105 nach
rechts in 7 vorzuspannen. Der Fachmann
wird verstehen, dass die spezielle Anordnung der Betätigungsvorrichtung
und der Rückstellfeder
kein wesentliches Merkmal des Ausführungsbeispiels der 7 ist,
sondern stattdessen alles was wichtig ist, ist, dass eine gewisse
Art eines Hebelarmmechanismus vorgesehen ist, der eine lineare Hin-
und Herbewegung eines Betätigungsdrahtes
in eine "radiale" Bewegung (relativ
zu den Spielkompensationsvorrichtungen 37) der Betätigungslaschen 89 übertragen
kann.
-
Im
Hinblick auf das in 1 gezeigte System ist es offensichtlich,
dass die Betätigungsstange 49 vorzugsweise
mit einem geraden uneingeschränkten offenen
Bereich im Zylinderkopf 11 vorgesehen wäre, um die Betätigungsstange 49 aufzunehmen.
Es ist jedoch ein spezieller Vorteil des alternativen Ausführungsbeispiels
der 7, dass in einer Zylinderkopfkonfiguration, wo
es nicht durchführbar
ist, einen solchen geraden uneingeschränkten Pfad zu sehen, die Deaktivierung
der Vorrichtungen 37 immer noch unter Verwendung des Betätigungsdrahtes 105 erreicht werden
kann. Wenn es beispielsweise eine Einschränkung zwischen den zweiten
und dritten Zylindern eines 4-Zylinder-Kopfes
oder einer 4-Zylinder-Bank gibt, kann der Kopf mit einer Führungsöffnung oder
einem Rohr (zwischen den zweiten und dritten Zylindern) versehen
sein, der vom nominellen linearen Pfad des Drahtes 105 abweicht,
um um das Hindernis herum zu kommen. Die Führungsöffnung oder das Rohr (hier
nicht gezeigt) würden
den Betätigungsdraht 105 zur
Hin- und Herbewegung darin tragen, auch wenn es einen Reibkontakt
zwischen dem Draht 105 und dem Rohr gäbe. Somit ist zu sehen, dass
das alternative Ausführungsbeispiel
dem Konstrukteur des Motors und des Zylinderkopfes eine größere Flexibilität bei der
Packungsanordnung bietet.
-
Die
Erfindung ist genau in der vorangegangenen Beschreibung beschrieben
worden und es wird angenommen, dass verschiedenen Veränderungen
und Modifikationen der Erfindung dem Fachmann beim Lesen und beim
Verständnis
der Beschreibung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass
alle diese Veränderungen
und Modifikationen in der Erfindung mit eingeschlossen sein sollen,
insofern sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.