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Dokumentenidentifikation DE602004001195T2 19.10.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001528228
Titel Kontrolsystem eines Ventilstössels mit Schwenkplatte unter Verwendung eines Steuerventils zur Fluidrückführung
Anmelder BorgWarner Inc., Auburn Hills, Mich., US
Erfinder Simpson, Roger T., Ithaca, New York 14850, US
Vertreter Patentanwälte Hauck, Graalfs, Wehnert, Döring, Siemons, Schildberg, 80339 München
DE-Aktenzeichen 602004001195
Vertragsstaaten DE, FR, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.10.2004
EP-Aktenzeichen 042565630
EP-Offenlegungsdatum 04.05.2005
EP date of grant 14.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.10.2006
IPC-Hauptklasse F01L 1/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F01L 1/25(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01L 1/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01L 1/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kipphebel. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem für Kipphebel unter Verwendung von Ventilen zum Rezirkulieren von Öl.

In herkömmlicher Weise benötigen variable Hubsysteme Öldruck vom Motor, um einen Zapfen auf dem Kipphebel außer Eingriff zu bringen. Dieses Erfordernis einer Ölzufuhr bedeutet, dass die Ölpumpe für die kurzen Zeitspannen, über die der Kipphebel geschaltet wird, vergrößert werden muss. Die vergrößerte Pumpe trägt zu den Verlusten des Motors bei und kann den Kraftstoffverbrauch erhöhen.

Die US 6 357 406 lehrt ein Verfahren zum Steuern des Ölzuflusses in zwei Solenoidventile und des Ölabflusses aus diesen Ventilen, wobei die beiden Seiten der Kipphebelplatte gesteuert werden.

Die US 6 257 183 beschreibt ein mit Spiel arbeitendes Ventilbetätigungssystem, bei dem ein Auslöseventil als Ein/Aus-Ventil wirkt, um Strömungsmittel einem Druckspeicher zuzuführen. Der Druckspeicher ist auf direkte Weise hydraulisch an das Ein/Aus-Ventil sowie Kanäle angeschlossen, die zu den Auslass- und Einlassstößeln und von diesen weg führen. Rückschlagventile sind in den Kanälen zwischen den Auslöseventilen und den Stößeln angeordnet und ermöglichen einen Durchfluss von den Stößeln zum Auslöseventil. Der Druckspeicher besitzt eine Federvorspanneinrichtung, um den Kolben in einer Richtung zur Verringerung der Größe der Kammer im Druckspeicher unter Druck zu setzen. Der Druckspeicher besitzt ein Druckausgleichsvolumen und bildet eine Quelle von Ergänzungsöl und Ergänzungsdruck für das mit Spiel arbeitende Ventilbetätigungssystem. Das mit Spiel arbeitende Ventilbetätigungssystem ermöglicht keine Proportionalsteuerung des Strömungsmittelflusses. Das Strömungsmittel wird nicht über das Ein/Aus-Ventil zurückgeführt, sondern tritt direkt aus dem Druckspeicher aus. 1 zeigt ein Diagramm des Ventilhubes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel. Wie im Diagramm gezeigt, verändert das mit Spiel arbeitende Ventilbetätigungssystem das Nockenhubprofil.

Die JP 61093216 A beschreibt ein Rückschlagventil, das Öl in die Druckkammern eines Stößels führt, der von einem Solenoidventil geschlossen wird. Das Solenoidventil wird über eine Steuereinheit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors gesteuert.

Die JP 62126213 A beschreibt die Zuführung von Öl von einer entfernten Stelle zu einer Ölkammer benachbart zu einem Stößelhalter über ein Rückschlagventil.

Die JP 62203911 beschreibt ein Solenoidventil, das während eines Motorbetriebes mit hoher Last Arbeitsmittel einer Kammer über ein Rückschlagventil zuführt. Das Arbeitsmittel aus der Kammer hebt eine Steuerstange gegen eine Federkraft an, um das Ventiltiming einzustellen.

Erfindungsgemäß wird eine Brennkraftmaschine geschaffen, die eine Nockenwelle mit einer Vielzahl von Nocken und eine Vielzahl von Ventilen aufweist, wobei jedes der Ventile von einem Kipphebel betätigt wird, der von der Nockenwelle mit einem Nocken betätigt wird und umfasst: einen Kipphebelkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite, eine Nockenkontaktplatte, die auf einer Achse auf der Oberseite des Kipphebelkörpers kippbar gelagert ist, und gegenüberliegende hydraulische Betätigungseinheiten auf jeder Seite der Achse der Nockenkontaktplatte, wobei jede hydraulische Betätigungseinheit eine Strömungsmittelkammer im Kipphebelkörper, einen Kolben in der Kammer und eine Feder aufweist, die den Kolben in Kontakt mit der Nockenkontaktplatte vorspannt,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Steuerventil angeordnet ist, um den Strömungsmittelfluss von einer hydraulischen Betätigungseinheit durch das Steuerventil zu einer Leitung, die Hydraulikmittel den Strömungsmittelkammern der hydraulischen Betätigungseinheiten zuführt, und ein Rückschlagventil zur anderen hydraulischen Betätigungseinheit zu steuern.

Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hiervon zeigen:

1 ein Diagramm des Ventilhubes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel bei der US 6 257 183;

2 ein Diagramm des Ventilhubes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel bei der vorliegenden Erfindung;

3 eine schematische Darstellung des Kipphebels der vorliegenden Erfindung;

4 eine schematische Darstellung des Kipphebelsteuersystems in der ersten Position;

5 eine schematische Darstellung des Kipphebelsteuersystems bei Aufrechterhaltung der ersten Position;

6 eine schematische Darstellung des Kipphebelsteuersystems, wenn der Ventilschieber in eine zweite Position bewegt wird;

7 eine schematische Darstellung des Kipphebelsteuersystems bei Aufrechterhaltung der zweiten Position des Ventilschiebers;

8 eine schematische Darstellung des Kipphebelsystems, wenn Ergänzungsöl zugeführt wird;

9 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems in der ersten Position;

10 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems bei Aufrechterhaltung der ersten Position;

11 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems in der zweiten Position;

12 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems bei Aufrechterhaltung der zweiten Position;

13 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, bei der Ergänzungsöl zugeführt wird;

14 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems in der ersten Position;

15 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems bei Aufrechterhaltung der ersten Position;

16 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems in der zweiten Position;

17 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Kipphebelsystems bei Aufrechterhaltung der zweiten Position;

18 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, bei der Ergänzungsöl zugeführt wird;

19 eine schematische Darstellung eines anderen Steuerventils;

20 eine schematische Darstellung eines anderen Steuerventils; und

21 eine schematische Darstellung des in den 14 bis 18 gezeigten Steuerventils.

Ventilbetätigungssysteme oder Kipphebelsysteme finden in einem Motor Verwendung, um das Timing und den Hub der Einlass- und Auslassventile des Motors zu verändern. Die vorliegende Erfindung benutzt ein System, das Hydraulikmittel von einer hydraulischen Betätigungseinheit zu einer anderen unter Ausnutzung der Kraft des Nockenwellennockens, wenn sich dieser dreht, rezirkuliert. 2 zeigt ein Diagramm des Ventilhubes in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel. Im Gegensatz zum Stand der Technik verändert das Kipphebelsystem der vorliegenden Erfindung nicht das Nockenhubprofil. Stattdessen wird die Phase so verschoben, dass sich ein erstes Nockenhubprofil mit dem nächsten Nockenhubprofil überlappt.

3 zeigt eine schematische Gesamtansicht des Kipphebels im Motor. Ein Ventilschaft 166 verbindet den Ventilkopf 164 mit dem Kipphebelkörper 158. Eine Feder 160 spannt den Ventilkopf 164 so vor, dass dieser mit einem Ventilsitz 162 des Motorblocks in Kontakt tritt. Kammern im Kipphebelkörper 158 nehmen hydraulische Betätigungseinheiten 105, 106 auf. Bei den hydraulischen Betätigungseinheiten 105, 106 kann es sich um Hohlkolben oder Vollkolben handeln, die von einer Feder (nicht gezeigt) vorgespannt sind. Die Kipphebelplatte oder Nockenkontaktplatte 116 steht mit beiden hydraulischen Betätigungseinheiten 105, 106 und dem Nocken 120 in Kontakt. Die Position der beiden hydraulischen Betätigungseinheiten 105, 106 in den Kammern des Kipphebelkörpers 158 wird durch die Position des Nockens beeinflusst, wenn dieser die Kipphebelplatte oder die Nockenkontaktplatte 116 kontaktiert.

Die 4 bis 7 zeigen die Positionen des Nockens bei dessen Drehung und bei dessen Kontakt mit der Kipphebelplatte 116. 4 zeigt den Nocken 120, der die Kipphebelplatte 116 kontaktiert und nach unten gegen diese gepresst wird. 5 zeigt die Position des Nockens 120, nachdem sich dieser gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat, und die Aufrechterhaltung der Position der Kipphebelplatte. 6 zeigt den Nocken 120, unmittelbar bevor sich dieser wieder gegen den Uhrzeigersinn dreht, nachdem sich die Ventilschieberposition verändert hat. 7 zeigt den Nocken 120, nachdem sich dieser gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat, und die Aufrechterhaltung der Position der Kipphebelplatte.

4 ist eine schematische Darstellung des Kipphebels einer ersten Ausführungsform. Hydraulikmittel oder Öl wird von einer Quelle einer Einlassleitung 110 zugeführt, die sich durch das Rückschlagventil 122 bis zum Steuerventil 109 erstreckt. Das Steuerventil 109 kann vor und zurück gleiten und hat zwei Stege 109a und 109b, von denen jeder eng in eine Bohrung im Kopf eingepasst ist. Das Steuerventil 109 wird auf einer Seite von einer Feder 118 vorgespannt, während es auf der anderen Seite von einer Betätigungseinheit 103 mit veränderlicher Kraft, bei der es sich um ein Solenoid mit veränderlicher Kraft handeln kann, vorgespannt wird. Die Betätigungseinheit 103 mit veränderlicher Kraft wird von der Motorsteuereinheit (ECU) 102 gesteuert. Die Position des Steuerventils 109 nach innen oder nach außen legt den Ölfluss zu jeder hydraulischen Betätigungseinheit 105, 106 benachbart zur Kipphebelplatte oder Nockenkontaktplatte 116 und von dieser weg fest, des weiteren die vom Nocken 120 auf die Kipphebelplatte 116 ausgeübte Kraft. Bei dieser Ausführungsform umfassen die hydraulischen Betätigungseinheiten 105, 106 einen Hohlkolben 152, eine Strömungsmittelkammer 156 und eine Feder 154, obwohl, wie vorstehend erwähnt, auch ein Vollkolben und eine Feder vorgesehen sein können.

Wie in 4 gezeigt, befindet sich das Steuerventil 109 in einer Außenposition, und strömt Hydraulikmittel in die Einlassleitung 110 durch das Rückschlagventil 122 und durch das Steuerventil 109 bis zur Leitung 111. Die Leitung 111 verzweigt sich in zwei Wege, die zu Leitungen 112, 113 führen, welche jeweils ein Rückschlagventil 114, 115 enthalten. Die Rückschlagventile 114, 115 ermöglichen nur einen Strömungsmittelfluss in die Leitungen 112, 113. Jeder der Wege 112, 113 führt zu einer hydraulischen Betätigungseinheit 105, 106. Hydraulikmittel dringt in die Strömungsmittelkammer 156 der hydraulischen Betätigungseinheit 105 ein, wobei die Kraft der Feder 154 überwunden wird, um den Hohlkolben 152 aufwärts zu bewegen, wodurch die Kipphebelplatte auf der rechten Seite angehoben wird, wie in der Figur gezeigt. Gleichzeitig wird durch die Kraft des Nockens 120, die nach unten auf die Kipphebelplatte 116 ausgeübt wird, die Feder 154 zusammengedrückt, wodurch Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 106 zur Leitung 113 austritt. Hydraulikmittel von der Leitung 113 dringt durch das Steuerventil 109 in die Leitung 111, bis nahezu das gesamte Hydraulikmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 106 abgegeben worden ist. Von der Leitung 111 dringt das Hydraulikmittel in die Leitung 112 und in die Strömungsmittelkammer 156 der hydraulischen Betätigungseinheit 105 über das Rückschlagventil 114 ein. Wenn der größte Teil des Hydraulikmittels von der hydraulischen Betätigungseinheit 106 abgegeben worden ist und der Nocken 120 mit seiner Drehung beginnt, hat der größte Teil des Hydraulikmittels die Leitung 111 passiert und schließt sich das Rückschlagventil 114 aufgrund des Fehlens von Druck und Hydraulikmittel. Da der Steg 109b die Leitung 112 daran hindert, Hydraulikmittel durch das Steuerventil 109 zu rezirkulieren, und da das Rückschlagventil 114 eine Hydraulikmittelrezirkulation blockiert, bleibt das Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 105 an Ort und Stelle, wie in 5 gezeigt, bis sich das Steuerventil 109 wieder in eine Verzögerungsposition bewegt.

Das Steuerventil 109 wird durch die Betätigungseinheit 103 mit veränderlicher Kraft nach innen bewegt, wenn der Nocken 120 einen Druck nach unten auf die Kipphebelplatte 116 ausübt. Die Bewegung des Steuerventils 109 in die Verzögerungsposition und der Druck des Nockens 120 auf die Kipphebelplatte 116 und die hydraulische Betätigungseinheit 105 bewirken, dass die Feder 154 zusammengedrückt und das Hydraulikmittel aus der Strömungsmittelkammer 156 in die Leitung 112 herausgeführt wird. Von der Leitung 112 dringt das Hydraulikmittel in das Steuerventil 109 und die Leitung 111 ein. Das Hydraulikmittel und der Druck bewirken ein Öffnen des Rückschlagventils 115, so dass Hydraulikmittel in die Leitung 113 eindringen kann, die zur hydraulischen Betätigungseinheit 106 führt. Wenn das Hydraulikmittel die Kammer 156 füllt, wird die Feder 154 expandiert, drückt auf den Hohlkolben 152 und kippt die Kipphebelplatte 116, wodurch die linke Seite der Platte 116 angehoben wird. Zusätzliches Hydraulikmittel wird der Leitung 111 zu Ergänzungszwecken von der Einlassleitung 110 zugeführt.

Wenn der größte Teil des Hydraulikmittels aus der hydraulischen Betätigungseinheit 105 abgeführt worden ist und der Nocken 120 mit seiner Drehung beginnt, hat der größte Teil des Hydraulikmittels die Leitung 111 passiert und schließt sich das Rückschlagventil 115 aufgrund des Fehlens von Druck und Hydraulikmittel. Da der Steg 109a die Leitung 113 daran hindert, Hydraulikmittel durch das Steuerventil 109 zurückzuführen, und das Rückschlagventil 115 die Rezirkulation des Hydraulikmittels blockiert, bleibt das Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 106 an Ort und Stelle, wie in 7 gezeigt, bis sich das Steuerventil 109 wieder bewegt.

Hydraulikmittel zur Ergänzung steht zur Verfügung, wenn sich das Steuerventil 109 in der Nullposition befindet, wie in 8 gezeigt. Hydraulikmittel von der Einlassleitung 110 strömt durch das Rückschlagventil 122 und das Steuerventil 109 in die Leitung 111. Von der Leitung 111 fließt das Hydraulikmittel durch die Rückschlagventile 114, 115 in die Leitungen 112, 113 und in die entsprechenden hydraulischen Betätigungseinheiten 105, 106.

Die 9 bis 12 zeigen die Positionen des Nockens 220, wenn sich dieser dreht und die Kipphebelplatte oder Nockenkontaktplatte 216 kontaktiert, bei einer zweiten Ausführungsform. 9 zeigt, wie der Nocken 220 die Kipphebelplatte 216 kontaktiert und sich gegen diese nach unten presst. 10 zeigt die Position des Nockens 220, nachdem er sich gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat, und die Aufrechterhaltung der Position der Kipphebelplatte. 11 zeigt den Nocken 220 unmittelbar vor der erneuten Drehung desselben gegen den Uhrzeigersinn, nachdem sich die Ventilschieberposition verändert hat. 12 zeigt den Nocken 220 unmittelbar nach seiner Drehung gegen den Uhrzeigersinn und die Aufrechterhaltung der Position der Kipphebelplatte.

9 ist eine schematische Darstellung des Kipphebels der zweiten Ausführungsform. Hydraulikmittel wird von einer Quelle einer Einlassleitung 210 zugeführt, die sich entweder durch das Rückschlagventil 228 oder 230 erstreckt, um Hydraulikmittel zur Verfügung zu stellen, wenn das System anfangs gestartet wird (nicht gezeigt) oder wenn zusätzliches Hydraulikmittel vom System zur Ergänzung benötigt wird. Die Rückschlagventile 228, 230 ermöglichen nur ein Fließen des Hydraulikmittels in die Leitungen 212, 213. Unter der Annahme, dass Hydraulikmittel bereits im System vorhanden ist, ist ein Steuerventil 209 gleitend hin- und herbewegbar und hat drei Stege 209a, 209b, 209c, von denen jeder eng in eine Bohrung im Kopf eingepasst ist. Das Steuerventil 209 wird auf einer Seite von einer Feder 218 vorgespannt und auf der anderen Seite von einer Betätigungseinheit 203 mit veränderlicher Kraft, bei der es sich um ein Solenoid mit veränderlicher Kraft handeln kann, vorgespannt. Die Betätigungseinheit 203 mit veränderlicher Kraft wird von der ECU 202 gesteuert. Die Position des Steuerventils 209 nach innen oder außen legt den Ölfluss zu einer jeden hydraulischen Betätigungseinheit 205, 206 benachbart zur Kipphebelplatte oder Nockenkontaktplatte 216 und von dieser weg fest und darüber hinaus die auf den Kipphebel 216 ausgeübte Kraft. Die hydraulischen Betätigungseinheiten 205, 206 umfassen einen Hohlkolben 252, eine Strömungsmittelkammer 256 und eine Feder 254, obwohl sie auch einen Vollkolben und eine Feder aufweisen können.

Wie in 9 gezeigt, befindet sich das Steuerventil in einer Außenposition. Der Nocken 220 wird nach unten gegen die Kipphebelplatte 216 gepresst, wodurch die Feder 254 zusammengepresst wird, die bewirkt, dass Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 206 zur Leitung 213 abgeführt wird. Das Hydraulikmittel von der Leitung 213 wird durch das Steuerventil 209 in die Leitung 211 geführt, bis nahezu das gesamte Hydraulikmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 206 abgegeben worden ist. Von der Leitung 211 tritt das Hydraulikmittel in die Leitung 212 und die Strömungsmittelkammer 256 der hydraulischen Betätigungseinheit 206 über das Rückschlagventil 214 ein und überwindet dabei die Kraft der Feder 254, um den Hohlkolben auf der rechten Seite anzuheben, wie in der Figur gezeigt, und somit die rechte Seite der Kipphebelplatte 216 anzuheben. Wenn der größte Teil des Hydraulikmittels von der hydraulischen Betätigungseinheit 206 abgegeben worden ist und der Nocken 220 mit seiner Drehung beginnt, hat der größte Teil des Hydraulikmittels die Leitung 212 passiert und schließt das Rückschlagventil 214 aufgrund des Fehlens von Druck und Hydraulikmittel. Da der Steg 209b verhindert, dass die Leitung 212 Hydraulikmittel durch das Steuerventil 209 und die Rückschlagventile 214, 228 rezirkuliert, bleibt das Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 205 an Ort und Stelle, wie in 10 gezeigt, bis sich das Steuerventil 209 wieder in eine Verzögerungsposition bewegt.

Das Steuerventil 209 wird von der Betätigungseinheit 203 mit veränderlicher Kraft nach innen bewegt, wodurch die Feder 218 zusammengedrückt wird, wenn der Nocken 220 einen Druck nach unten auf die Kipphebelplatte 216 ausübt. Die Bewegung des Steuerventils 209 in die Verzögerungsposition und der Druck des Nockens 220 auf die Kipphebelplatte 216 sowie die hydraulische Betätigungseinheit 205 bewirken, dass die Feder 254 zusammengedrückt wird und Hydraulikmittel aus der Strömungsmittelkammer 256 in die Leitung 212 austritt. Von der Leitung 212 dringt das Hydraulikmittel in das Steuerventil 209 und die Leitung 211 ein. Das Hydraulikmittel und der Druck bewirken ein Öffnen des Rückschlagventils 215, so dass das Hydraulikmittel in die Leitung 213 fließen kann, die zur hydraulischen Betätigungseinheit 206 führt. Wenn das Hydraulikmittel die Kammer 256 füllt, expandiert die Feder 254 und drückt nach oben gegen den Hohlkolben 252, wodurch die Kipphebelplatte 216 verkippt und die linke Seite der Platte 216 angehoben wird.

Wenn der größte Teil des Hydraulikmittels von der hydraulischen Betätigungseinheit 205 abgegeben worden ist und der Nocken 220 mit seiner Drehung beginnt, hat der größte Teil des Hydraulikmittels die Leitung 211 passiert und schließt das Rückschlagventil 215 aufgrund des Fehlens von Druck und Hydraulikmittel. Da der Steg 209a verhindert, dass die Leitung 213 Hydraulikmittel durch das Steuerventil 209 rezirkuliert und die Rückschlagventile 215, 230 eine Hydraulikmittelrezirkulation blockieren, bleibt das Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 206 an Ort und Stelle, wie in 12 gezeigt, bis sich das Steuerventil 209 wieder bewegt.

Hydraulikmittel zur Ergänzung steht in der Nullposition des Steuerventils 209 zur Verfügung, wie in 13 gezeigt. Hydraulikmittel von der Einlassleitung 210 strömt durch die Rückschlagventile 228, 230 in die Leitungen 212, 213. Von den Leitungen 212, 213 fließt das Hydraulikmittel in die entsprechenden hydraulischen Betätigungseinheiten 205, 206.

Die 14 bis 17 zeigen die Positionen des Nockens, wenn sich dieser dreht und die Kipphebelplatte kontaktiert, bei einer dritten Ausführungsform. 14 zeigt, wie der Nocken 320 die Kipphebelplatte 216 kontaktiert und nach unten gegen diese drückt. 15 zeigt die Position des Nockens 320, nachdem sich dieser gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat, und die Aufrechterhaltung der Position der Kipphebelplatte. 16 zeigt den Nocken 320 unmittelbar vor seiner erneuten Drehung gegen den Uhrzeigersinn, nachdem sich die Ventilschieberposition verändert hat. 17 zeigt den Nocken 320 unmittelbar nach seiner Drehung gegen den Uhrzeigersinn und die Aufrechterhaltung der Kipphebelplatte. 18 zeigt den Nocken in der Mitte seiner Drehung, wenn er keinen Druck auf die Kipphebelplatte ausübt. 21 ist eine schematische Darstellung des Steuerventils der dritten Ausführungsform.

14 zeigt eine schematische Darstellung des Kipphebels einer dritten Ausführungsform. Hydraulikmittel wird von einer Quelle den Einlassleitungen 342, 344 zugeführt, in denen das Hydraulikmittel Rückschlagventile 346, 348 passiert, um Hydraulikmittel vorzusehen, wenn das System anfangs gestartet wird (nicht gezeigt) oder wenn vom System zur Ergänzung zusätzliches Hydraulikmittel benötigt wird. Die Rückschlagventile 346, 348 ermöglichen nur einen Hydraulikmittelstrom in die Leitungen 312, 313. Unter der Annahme, dass Hydraulikmittel bereits im System vorhanden ist, ist ein Steuerventil 309 gleitend vor- und zurückbewegbar und hat drei Stege 309a, 309b, 309c, von denen jeder eng in eine Bohrung im Kopf des Motors eingepasst ist. Das Steuerventil 309 wird auf einer Seite von einer Feder 318 vorgespannt, während es auf der anderen Seite von einer Betätigungseinheit 303 mit veränderlicher Kraft, in diesem Fall einem Solenoid mit veränderlicher Kraft, vorgespannt wird. Die Betätigungseinheit 303 mit veränderlicher Kraft wird von der ECU 302 gesteuert. Die Position des Steuerventils 309 innen oder außen legt den Ölfluss zu jeder hydraulischen Betätigungseinheit 305, 306 benachbart zur Kipphebelplatte 316 und von dieser weg fest und bestimmt zusätzlich die auf den Kipphebel 316 ausgeübte Kraft. Die hydraulischen Betätigungseinheiten 305, 306 umfassen einen Hohlkolben 352, eine Strömungsmittelkammer 356 und eine Feder 354.

Wie in 14 gezeigt, befindet sich das Steuerventil 309 in einer inneren Position. Der Nocken 320 übt nach unten einen Druck auf die Kipphebelplatte 316 aus, wodurch die Feder 354 zusammengepresst wird, die bewirkt, dass Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 306 zur Leitung 313 abgegeben wird. Das Hydraulikmittel von der Leitung 313 dringt durch das Steuerventil 309 in die Leitung 340. Da der Steg 309c des Steuerventils einen Rückfluss des Hydraulikmittels von der Leitung 340 in das Steuerventil verhindert, tritt das Hydraulikmittel in die Leitung 350 durch das Rückschlagventil 322 und in das Steuerventil 309 in die Leitung 312 zwischen den Stegen 309b und 309c ein. Das Strömungsmittel in der Leitung 312 dringt in die Strömungsmittelkammer 356 der hydraulischen Betätigungseinheit 305 ein und überwindet die Kraft der Feder 354, um den Hohlkolben 352 auf der rechten Seite anzuheben, wie in 14 gezeigt, und auf diese Weise die rechte Seite der Kipphebelplatte 316 anzuheben.

15 zeigt die Position des Nockens 320, nachdem dieser sich gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat. Hydraulikmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 305 wird in die Leitung 312 zum Steuerventil 309 abgegeben. Vom Steuerventil 309 dringt das Hydraulikmittel in die Leitung 350 ein und wird vom Rückschlagventil 322 blockiert. Auch vom Rückschlagventil 346 wird Hydraulikmittel blockiert, um in die Leitung 342 einzudringen. Da das Hydraulikmittel daran gehindert wird, die hydraulische Betätigungseinheit 305 und die Leitung 312 zur Leitung 340 zu verlassen, wird die Position der Kipphebelplatte 316 aufrechterhalten.

16 zeigt den Ventilschieber in der Außenposition. In dieser Position übt der Ventilschieber 20 einen Druck nach unten auf die Kipphebelplatte 316 aus, wodurch die Feder 354 zusammengepresst wird und Hydraulikmittel in der hydraulischen Betätigungseinheit 305 zur Leitung 312 abgeführt wird. Das Hydraulikmittel aus der Leitung 312 dringt durch das Steuerventil 309 in die Leitung 340. Da der Steg 309b des Steuerventils eine Rezirkulation des Hydraulikmittels von der Leitung 340 in das Steuerventil verhindert, dringt das Hydraulikmittel in die Leitung 350 durch das Rückschlagventil 322 und in das Steuerventil 309 zur Leitung 313 zwischen den Stegen 309b und 309c ein. Das Hydraulikmittel in der Leitung 313 dringt in die Strömungsmittelkammer 356 der hydraulischen Betätigungseinheit 306 ein und hebt unter Überwindung der Kraft der Feder 354 den Hohlkolben 352 auf der linken Seite an, wie in 16 gezeigt, so dass auf diese Weise die linke Seite der Kipphebelplatte 316 angehoben wird.

17 zeigt die Position des Nockens 320, nachdem er sich erneut gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat. Das Hydraulikmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 306 wird in die Leitung 313 zum Steuerventil 309 abgeführt. Vom Steuerventil 309 dringt das Hydraulikmittel in die Leitung 350 ein und wird vom Rückschlagventil 322 blockiert. Auch das Rückschlagventil 348 blockiert ein Eindringen des Hydraulikmittels in die Leitung 344. Da das Hydraulikmittel daran gehindert wird, die hydraulische Betätigungseinheit 306 und die Leitung 313 zur Leitung 340 zu verlassen, wird die Position der Kipphebelplatte 316 aufrechterhalten.

Hydraulikmittel zur Ergänzung wird dem System zugeführt, wie in 18 gezeigt. Das zur Ergänzung dienende Hydraulikmittel fließt durch die Leitungen 342, 344 durch die Rückschlagventile 346, 348 von einer Ölquelle (nicht gezeigt), wenn sich der Nocken 320 in der Mitte seiner Drehung befindet und keinen Druck auf die Kipphebelplatte 316 ausübt.

Die 19 bis 21 zeigen andere Steuerventile, die im Kipphebelsystem verwendet werden können. Eine Zuführleitung (nicht gezeigt) ist erforderlich, um zur Ergänzung dienendes Strömungsmittel jedem System der Figuren zuzuführen. 19 zeigt ein Steuerventil 409, in diesem Fall ein drehbares Einwegeventil, das ein Rückschlagventil enthält. Die Leitungen 412, 413 sind an Kammern im Kipphebelkörper 458 angeschlossen, welche hydraulische Betätigungseinheiten 405, 406 enthalten, und sind jeder Seite des Steuerventils 409 zugeführt. In Abhängigkeit davon, wie das Steuerventil 409 gedreht wird, kann Strömungsmittel nur von einer hydraulischen Betätigungseinheit zur anderen strömen oder in den hydraulischen Betätigungseinheiten 405, 406 verbleiben. Eine Nockenkontaktplatte oder Kipphebelplatte 416 dreht sich um eine Achse in Abhängigkeit von den Positionen der hydraulischen Betätigungseinheiten 405, 406 und des Nockens 420.

20 zeigt ein anderes Steuerventil. In diesem Fall umfasst das Steuerventil zwei separate Solenoide 508, 509. Jedes Solenoid kann ein- oder ausgeschaltet werden und besitzt eine Leitung 513, die in die Solenoide 508, 509 auf einer Seite eindringt, sowie eine Leitung 512, die die Solenoide 509, 508 verlässt, wobei sich Rückschlagventile 514, 515 auf der anderen Seite befinden. Die Leitungen 512, 513 sind auch an die Kammern im Kipphebelkörper 558 angeschlossen, die die hydraulischen Betätigungseinheiten 505, 506 enthalten. Strömungsmittel von der Leitung 512 kann in das Steuerventil 508 durch das Rückschlagventil 515 und in die Leitung 513 eindringen, die zur hydraulischen Betätigungseinheit 506 führt. Strömungsmittel von der Leitung 513 kann in das Steuerventil 509 durch das Rückschlagventil 514 eindringen, um der Leitung 512 und der hydraulischen Betätigungseinheit 505 zugeführt zu werden. Die Nockenkontaktplatte oder Kipphebelplatte 516 dreht sich um eine Achse in Abhängigkeit von den Positionen der hydraulischen Betätigungseinheiten 505, 506 und des Nockens 520.

21 zeigt das Steuerventil, das bei der in den 14 bis 18 gezeigten dritten Ausführungsform vorhanden ist. Leitungen 613 und 612 führen von hydraulischen Betätigungseinheiten 606, 605 zu einem Steuerventil 609. Abseits der Leitungen 612, 613 liegen Rückschlagventile 614, 615, um Strömungsmittel zur Ergänzung dem System zuzuführen. Das Steuerventil 609 besitzt drei Öffnungen, nämlich die Öffnungen 609a, 609b und 609c. Die Öffnung 609a ermöglicht, dass sich Strömungsmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 606 durch die Leitung 613, durch das Steuerventil 609 und das Rückschlagventil 622 zurück durch das Steuerventil 609 zur Leitung 612 und zur hydraulischen Betätigungseinheit 605 bewegen kann. Die Öffnung 609b hält die Positionen der hydraulischen Betätigungseinheiten 605, 606 und der Kipphebelplatte 616 aufrecht. Die Öffnung 609c ermöglicht, dass sich Strömungsmittel von der hydraulischen Betätigungseinheit 605 durch die Leitung 612, durch das Steuerventil 609 und das Rückschlagventil 622 zurück durch das Steuerventil zur Leitung 613 und zur hydraulischen Betätigungseinheit 613 bewegen kann.

Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung für die Anwendung der Prinzipien der Erfindung lediglich beispielhaft sind. Eine Bezugnahme auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen soll in keiner Weise den Umfang der Patentansprüche beschränken, die diejenigen Merkmale enthalten, die als wesentlich für die Erfindung angesehen werden.


Anspruch[de]
Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit einer Vielzahl von Nocken (120; 220; 320; 420; 520; 620) und einer Vielzahl von Ventilen (164, 166), wobei jedes Ventil von einem Kipphebel betätigt wird, der von der Nockenwelle mit einem Nocken betätigt wird, wobei der Kipphebel umfasst:

einen Kipphebelkörper (158; 258; 358; 458; 558; 658) mit einer Oberseite und einer Unterseite;

eine Nockenkontaktplatte (116; 216; 316; 416; 516; 616), die auf einer Achse auf der Oberseite des Kipphebelkörpers kippbar gelagert ist; und

gegenüberliegende hydraulische Betätigungseinheiten (105, 106; 205, 206; 305, 306; 405, 406; 505, 506; 605, 606) auf jeder Seite der Achse der Nockenkontaktplatte, wobei jede hydraulische Betätigungseinheit eine Strömungsmittelkammer (156; 256; 356) im Kipphebelkörper, einen Kolben (105, 106; 205, 206; 305, 306; 405, 406; 505, 506; 605, 606) in der Kammer und eine Feder (154; 254; 354) aufweist, die den Kolben in Kontakt mit der Nockenkontaktplatte vorspannt;

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Steuerventil (109; 209; 309; 409; 508, 509; 609) angeordnet ist, um den Hydraulikmittelfluss von einer hydraulischen Betätigungseinheit durch das Steuerventil zu einer Leitung (112, 113; 212, 213; 312, 313; 412, 413; 512, 513; 612, 613), die das Hydraulikmittel den Strömungsmittelkammern der hydraulischen Betätigungseinheiten zuführt, und ein Rückschlagventil (114, 115; 214, 215; 322; 514, 515; 622) zur anderen hydraulischen Betätigungseinheit zu steuern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der das Steuerventil separate Solenoidventile (508; 509) umfasst. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der das Steuerventil ein drehbares Einwegventil (409) umfasst. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der das Steuerventil einen Ventilschieber 109; 209; 309) mit einer Vielzahl von Stegen umfasst, der gleitend in einer Bohrung montiert ist. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Kolben der hydraulischen Betätigungseinheiten Vollkolben oder Hohlkolben sein können. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des weiteren eine Einlassleitung (110; 210; 342, 344) zur Zuführung von Ergänzungsströmungsmittel zu der Leitung aufweist, die Hydraulikmittel den Strömungsmittelkammern der hydraulischen Betätigungseinheiten zuführt. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, bei der die Einlassleitung des weiteren ein Rückschlagventil (122; 228, 230; 346, 348; 614, 615) enthält.






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