DE112020000513T5

DE112020000513T5 - Doppelmodus-kipphebeleinheit

Info

Publication number: DE112020000513T5
Application number: DE112020000513.5T
Authority: DE
Inventors: Pritam Edke; Nikhil K. Saggam; Nicola Andrisani
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US20210372299A1; WO2020173607A1; US11542841B2; CN113454314A

Abstract

Eine Kipphebeleinheit, die in einem Motorantriebsmodus und mindestens einem aus einem Modus mit spätem Schließen des Einlassventils (LIVC-Modus) und einem Modus mit interner Abgasrückführung (iEGR-Modus) betreibbar ist, wobei die Kipphebeleinheit selektiv ein erstes und ein zweites Motorventil öffnet. Die Kipphebeleinheit schließt einen Kipphebel ein, der dafür konfiguriert ist, sich um eine Kipphebelwelle zu drehen, und eine Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit, die zwischen (i) einer verriegelten Position, die dafür konfiguriert ist, dass in dieser eine aus einer LIVC-Operation und einer iEGR-Operation durchgeführt wird, und (ii) einer entriegelten Position, in welcher die LIVC-Operation oder die iEGR-Operation nicht durchgeführt wird, bewegbar ist. Eine Stelleinheit ist dafür konfiguriert, die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Kipphebeleinheit zur Verwendung in einer Ventiltriebeinheit und insbesondere auf eine Kipphebeleinheit mit einer Kapseleinheit für ein spätes Schließen eines Einlassventils (Late Intake Valve Closing, LIVC) und für eine interne Abgasrückführung (internal Exhaust Gas Recirculation, iEGR).
HINTERGRUND
Verbrennungszyklen in Viertakt-Verbrennungsmotoren können modifiziert werden, um verschiedene gewünschte Ergebnisse zu erzielen, wie eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Bei einem Verfahren wird der Expansionstakt gegenüber dem Verdichtungstakt vergrößert. Die Wirkung wird manchmal als Miller-Zyklus oder als Atkinson-Zyklus bezeichnet. Der Miller- und der Atkinson-Zyklus können entweder durch früheres Schließen des Einlassventils als bei einem normalen oder Otto-Zyklus („Basis“) mit einer kürzeren als normalen Einlassventil-Hubdauer („EIVC“) oder durch späteres Schließen des Einlassventils durch ein längeres als normales Einlassventil-Hubprofil („LIVC“) erreicht werden.
Zum Verändern der Ventilhubcharakteristik für Verbrennungsmotoren sind verschiedene Systeme entwickelt worden. Solche Systeme, die üblicherweise als variable Ventilsteuerzeiten (Variable Valve Timing, VVT) oder variable Ventilbetätigung (Variable Valve Actuation, VVA) bekannt sind, verbessern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, verringern Emissionen und verbessern den Fahrkomfort über einen Bereich von Drehzahlen.
Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Die Arbeit der hier benannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die sich ansonsten zum Zeitpunkt der Einreichung nicht als Stand der Technik qualifizieren, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
KURZDARSTELLUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Kipphebeleinheit bereitgestellt, die in einem Motorantriebsmodus und mindestens einem aus einem Modus mit spätem Schließen des Einlassventils (LIVC-Modus) und einem Modus mit interner Abgasrückführung (iEGR-Modus) betreibbar ist, wobei die Kipphebeleinheit selektiv ein erstes und ein zweites Motorventil öffnet. Die Kipphebeleinheit schließt einen Kipphebel ein, der dafür konfiguriert ist, sich um eine Kipphebelwelle zu drehen, und eine Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit, die zwischen (i) einer verriegelten Position, die dafür konfiguriert ist, dass in dieser eine aus einer LIVC-Operation und einer iEGR-Operation durchgeführt wird, und (ii) einer entriegelten Position, in welcher die LIVC-Operation oder die iEGR-Operation nicht durchgeführt wird, bewegbar ist. Eine Stelleinheit ist dafür konfiguriert, die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Zusätzlich zum Vorstehenden kann die beschriebene Kipphebeleinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen: wobei die Stelleinheit hydraulisch gesteuert wird, um die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen; wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit von einer der ersten und der zweiten Position in die andere der ersten und der zweiten Position zurückgestellt wird, indem Hydraulikfluid durch einen Fluidanschluss ausgelassen wird, der in dem Kipphebel ausgebildet ist; wobei der Kipphebel ferner eine Bohrung aufweist, um eine Totgangeinheit aufzunehmen, und wobei der Fluidanschluss durch die Bohrung verläuft; und wobei die Totgangeinheit eine Führung umfasst, welche eine Außenfläche mit einer darin ausgebildeten Aussparung aufweist, und wobei die Führung dafür konfiguriert ist, sich selektiv von einer ersten Position, in der die Führung den Fluidanschluss für Fluide blockiert, und einer zweiten Position, in der die Führung ein Fließen durch den Fluidanschluss über die Aussparung ermöglicht, zu verschieben.
Zusätzlich zum Vorstehenden kann die beschriebene Kipphebeleinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen: wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit durch Ablassen von Hydraulikfluid durch ein Kipphebelwellen-Ablassloch, das in dem Kipphebel ausgebildet ist, von einer der ersten und der zweiten Position in die andere der ersten und der zweiten Position zurückgestellt wird; wobei die Stelleinheit mechanisch durch einen Hebel gesteuert wird, um die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen; wobei der Hebel durch mindestens eines aus einem Betätigungsstift oder Öldruck bewegbar ist; wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ein erstes Verzahnungselement, ein zweites Verzahnungselement und ein Verzahnungsvorspannelement umfasst, welches das erste und das zweite Verzahnungselement voneinander weg vorspannt.
Zusätzlich zum Vorstehenden kann die beschriebene Kipphebeleinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen: wobei das erste Verzahnungselement eine Reihe von ersten Zähnen und ersten Einkerbungen einschließt und wobei das zweite Verzahnungselement eine Reihe von zweiten Zähnen und zweiten Einkerbungen umfasst; wobei die ersten Zähne und die zweiten Zähne die gleiche Breite aufweisen; wobei sich das erste Verzahnungselement relativ zu dem zweiten Verzahnungselement dreht, wenn es sich von der entriegelten Position in die verriegelte Position bewegt; wobei das erste und das zweite Verzahnungselement so konfiguriert sind, dass sie in der entriegelten Position aufeinander zusammenfallen; und wobei die Stelleinheit einen Stellstift umfasst, der verschiebbar innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, wobei in der Bohrung zwischen dem Stellstift und dem Kipphebel eine Hydraulikkammer definiert ist.
Zusätzlich zum Vorstehenden kann die beschriebene Kipphebeleinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen: wobei die Hydraulikkammer für Fluide mit einer Hydraulikfluidquelle verbunden ist, um den Stellstift selektiv zwischen einer ersten Position, welche der verriegelten Position der Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit entspricht, und einer zweiten Position zu bewegen, welche der entriegelten Position der Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit entspricht; eine Totgang-Zapfeneinheit, die zumindest teilweise innerhalb einer in dem Kipphebel ausgebildeten Bohrung angeordnet ist; und wobei die Totgang-Zapfeneinheit eine Führung, eine Welle, die sich durch die Führung erstreckt, und einen Totgang-Vorspannmechanismus umfasst, der zwischen der Führung und einer Wand des Kipphebels sitzt, der die Bohrung bildet.
Zusätzlich zum Vorstehenden kann die beschriebene Kipphebeleinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen: wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und ein Halteelement, eine Spieleinstellschraube, ein erstes Verzahnungselement, ein zweites Verzahnungselement, das mit dem ersten Verzahnungselement wirkverbunden ist, eine Verzahnungswelle, die sich durch das Halteelement, die Spieleinstellschraube und das erste und das zweite Verzahnungselement erstreckt, und einen Verzahnungsvorspannmechanismus umfasst, der zwischen dem ersten und dem zweiten Verzahnungselement angeordnet und dafür konfiguriert ist, das erste und das zweite Verzahnungselement voneinander weg vorzuspannen; und wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ferner eine Verzahnungsmutter umfasst, die mit der Spieleinstellschraube verbunden ist, und wobei die Verzahnungswelle dafür konfiguriert ist, innerhalb der Spieleinstellschraube zu gleiten.
In einer anderen beispielhaften Erscheinungsform wird eine Ventiltriebeinheit bereitgestellt. Die Ventiltriebeinheit schließt ein erstes Motorventil, ein zweites Motorventil, eine Ventilbrücke, die mit dem ersten und dem zweiten Motorventil wirkverbunden ist, und eine Kipphebeleinheit ein. Die Kipphebeleinheit schließt einen Kipphebel, der drehbar mit einer Kipphebelwelle verbunden ist, und eine Totgang-Zapfeneinheit ein, die zumindest teilweise innerhalb einer ersten Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, wobei die Totgang-Zapfeneinheit dafür konfiguriert ist, selektiv die Ventilbrücke in Eingriff zu nehmen, um das erste und das zweite Motorventil zu betätigen. Eine Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ist zumindest teilweise innerhalb einer zweiten Bohrung angeordnet, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und zwischen (i) einer verriegelten Position, die dafür konfiguriert ist, dass in dieser durch In-Eingriff-Nehmen nur des zweiten Motorventils eine aus einer Operation des späten Schließens des Einlassventils (LIVC-Operation) und einer Operation der internen Abgasrückführung (iEGR-Operation) durchgeführt wird, und (ii) einer entriegelten Position, in welcher die LIVC-Operation oder die iEGR-Operation nicht durchgeführt wird, bewegbar. Eine Stelleinheit ist zumindest teilweise innerhalb einer dritten Bohrung angeordnet, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und dafür konfiguriert, die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht einer Teilventiltriebeinheit ist, welche eine Kipphebeleinheit umfasst, die gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung aufgebaut und dafür konfiguriert ist, mit einer Ventilbrücke und einem ersten und einem zweiten Einlassventil zusammenzuwirken;
2 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Kipphebeleinheit ist, welche mit der in 1 dargestellten Ventiltriebeinheit verwendet werden kann;
3 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ist, welche mit den in 1 und 7 dargestellten Kipphebeleinheiten verwendet werden kann;
4A eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Stelleinheit ist, welche mit den in 1 und 7 dargestellten Kipphebeleinheiten verwendet werden kann, dargestellt in einer ersten Position;
4B eine Querschnittsansicht des Beispiels der Stelleinheit der 4A ist, dargestellt in einer zweiten Position;
5 eine graphische Darstellung eines beispielhaften iEGR-Modus-Hubprofils der in 1 dargestellten Ventiltriebeinheit ist;
6 eine graphische Darstellung eines beispielhaften LIVC-Modus-Hubprofils der in 1 dargestellten Ventiltriebeinheit ist;
7 eine Querschnittsansicht einer anderen beispielhaften Kipphebeleinheit ist, die in der in 1 dargestellten Ventiltriebeinheit verwendet werden kann.
8 eine graphische Darstellung eines beispielhaften Antriebsmodus-Hubprofils der in 7 dargestellten Ventiltriebeinheit ist;
9 eine graphische Darstellung eines beispielhaften LIVC-Modus-Hubprofils der in 7 dargestellten Ventiltriebeinheit ist;
10A eine schematische Darstellung eines beispielhaften externen mechanischen Stellelements, welches mit einer Stelleinheit der in 1 und 7 dargestellten Kipphebeleinheiten verwendet werden kann, in einer ersten Position ist; und
10B eine schematische Darstellung des externen mechanischen Stellelements der 10A in einer zweiten Position ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin wird eine Ventiltriebeinheit beschrieben, welche eine Kapseleinheit mit Rückwärtsrückstellung für eine Funktion einer variablen Ventilbetätigung (VVA) für ein spätes Schließen des Einlassventils (LIVC) und eine interne Abgasrückführung (iEGR) aufweist. Eine Kipphebeleinheit schließt eine verzahnte Kapseleinheit zum Erleichtern einer Ventilöffnung für die LIVC- und die iEGR-Funktion unter Verwendung eines Rückwärtsrückstellmechanismus ein. Die Rückwärtsrückstellung der Verzahnung wird durch (i) hydraulisches Ablassen von Öl durch einen Ölkanal, der durch einen Totgangmechanismus verläuft, (ii) hydraulisches Ablassen von Öl durch eine Kipphebelwellen-Ablauföffnung und/oder (ii) externe Betätigung unter Verwendung eines extern betätigten elastischen Elements zum Zurückstellen des Verzahnungsmechanismus erreicht. Dementsprechend verringern die beschriebenen Systeme die Motoraustrittsemissionen und sorgen für ein Abgas-Wärmemanagement. Je nach Motor und beabsichtigten Vorteilen können die beschriebenen Systeme eine VVA-Funktion an einem einzelnen Ventil in Vierventil-Motorkonfigurationen realisieren.
Zunächst Bezug nehmend auf 1, ist dort eine Ventiltrieb-Teileinheit dargestellt, die gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Bei der Ventiltrieb-Teileinheit 10 werden die LIVC- und die IEGR-VVA-FUNKTION angewendet und er ist zur Verwendung in einem Sechszylindermotor konfiguriert dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegenden Lehren nicht darauf beschränkt sind. Diesbezüglich kann die vorliegende Offenbarung in jeder Ventiltriebeinheit verwendet werden, bei der LIVC oder iEGR angewendet wird.
Die Ventiltrieb-Teileinheit 10 ist in einem Ventiltriebträger (nicht speziell dargestellt) gelagert und kann zwei Kipphebel je Zylinder einschließen. In der beispielhaften Ausführungsform schließt jeder Zylinder eine Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 und eine Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 (7) ein. Es versteht sich, dass die Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 die gleiche wie die Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 oder eine ähnliche mit nur geringer struktureller Modifikation sein kann. Die Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 ist dafür konfiguriert, die Bewegung von Auslassventilen eines zugehörigen Motors zu steuern, zum Beispiel während des Betriebs in einem iEGR-Modus.
In der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 eine integrierte LIVC-Funktionalität und ist dafür konfiguriert, das Öffnen von Einlassventilen des Motors zu steuern. Im Allgemeinen ist die Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 dafür konfiguriert, zum Abgas-Wärmemanagement die Einlassventilbewegung in einem Verbrennungsmotor-Antriebsmodus und einem LIVC-Modus zu steuern, um die Wirksamkeit von Nachbehandlungssystemen zu verbessern. In der beispielhaften Realisierung wird bei den Kipphebeleinheiten 11, 12 eine Verzahnungskapsel mit hydraulischer Betätigung und einer Rückwärtsrückstelllogik verwendet, um LIVC-, iEGR- und normale Antriebsmodi zu ermöglichen, wie hierin noch detaillierter beschrieben wird.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 bis 4 wird die Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 detaillierter beschrieben. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Kipphebeleinheiten 11, 12 ähnlich, mit Ausnahme einer Größe, einer Form, einer Gestaltung usw. eines Kipphebelkörpers 14. Dementsprechend versteht es sich, dass, obwohl die Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 beschrieben wird, dieselben oder ähnliche Merkmale, Komponenten usw. auch mit der Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 verwendet werden können. In einem Beispiel kann die Auslassventil-Kipphebeleinheit 11 im Allgemeinen einen Kipphebel 14, der sich um eine Kipphebelwelle 16 dreht, eine Ventilbrücke 18, einen Totgangmechanismus oder eine Zapfeneinheit 20 und eine verzahnte Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit 22 einschließen.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Ventilbrücke 18 dafür konfiguriert, ein erstes und ein zweites Auslassventil 24, 26, die zu einem Zylinder des Motors gehören, in Eingriff zu nehmen. In dem dargestellten Beispiel ist das erste Auslassventil 24 durch eine Ventilfeder 28 vorgespannt, und das zweite Auslassventil 26 ist durch eine Ventilfeder 30 vorgespannt. Der Auslass-Kipphebel 14 dreht sich um die Kipphebelwelle 16 basierend auf einem Hubprofil 32 einer Nockenwelle 34, wie hierin noch detaillierter beschrieben wird, und ein Passstift 36 ist an der Ventilbrücke 18 positioniert, um eine Betätigung des Auslassventils 26 ohne Betätigung der Ventilbrücke 18 oder des ersten Auslassventils 24 zu ermöglichen.
Bezug nehmend auf 2, ist in der beispielhaften Ausführungsform die Totgang-Zapfeneinheit 20 innerhalb einer Bohrung 40 angeordnet, die in dem Kipphebel 14 ausgebildet ist, und schließt im Allgemeinen eine Welle 42, eine Führung 44, einen Totgang-Vorspannmechanismus 46 (z. B. eine Feder), einen E-Fuß 48 und eine Mutter 50 ein. Die Welle 42 schließt ein erstes Ende 52 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 54 ein und erstreckt sich durch die Führung 44, die innerhalb der Bohrung 40 angeordnet ist. Der Totgang-Vorspannmechanismus 46 ist in einem Hohlraum 56 angeordnet und sitzt zwischen der Führung 44 und einer Wand 58, die teilweise die Kipphebelbohrung 40 definiert. Der E-Fuß 48 ist mit dem ersten Wellenende 52 verbunden oder wirkverbunden und die Mutter 50 ist mit dem zweiten Wellenende 54 verschraubt. Das an einem zentralen Kontaktpunkt der Brücke 18 eingestellte Ventilspiel kann über die Welle 42 und die Mutter 50 eingestellt werden. Diesbezüglich kann die Mutter 50 eingestellt (z. B. gedreht) werden, um für einen gewünschten Leerlaufhub (Lost Motion Stroke, LMS) zu sorgen. Ein Verdrehsicherungsmechanismus (nicht dargestellt), wie eine Schraube, kann sich zumindest teilweise durch den Kipphebel 14 erstrecken und ist dafür konfiguriert, ein Verhindern der Drehung der Totgang-Zapfeneinheit 20 innerhalb der Bohrung 40 zu erleichtern. Es können auch andere Konfigurationen verwendet werden.
Weiter Bezug nehmend auf 2 bis 4, ist in der beispielhaften Ausführungsform die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 mit einer Stelleinheit 60 wirkverbunden. Die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 kann verschiedene Konfigurationen und geringfügige strukturelle Modifikationen aufweisen, wie zum Beispiel zwischen 1 und 3 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen kann, welche es der verzahnten Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren.
Wie aus der folgenden Erörterung ersichtlich wird, wird die Stelleinheit 60 hydraulisch zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gesteuert, um die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 mechanisch zwischen einer entsprechenden eingerasteten oder verriegelten Position (z. B. 1) und einer ausgerasteten oder entriegelten Position (z. B. 3) zu bewegen. Insbesondere trennt die Stelleinheit 60 die Kapsel 22 für Fluide von einer Hydraulikfluidquelle. Die Zwischenanordnung der hydraulischen Stelleinheit 60 zwischen der selektiv verriegelbaren verzahnten Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 und der Hydraulikfluidquelle eliminiert Beschränkungen, die mit einem vollständig mechanischen Stellelement verbunden sind.
Weiter Bezug nehmend auf 2 und 3 ist in dem dargestellten Beispiel die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 zumindest teilweise innerhalb einer Bohrung 62 (2) angeordnet, die in dem Kipphebel 14 ausgebildet ist, und schließt im Allgemeinen eine mechanische Spieleinstelleinheit 64, ein erstes Verzahnungselement 70, ein zweites Verzahnungselement 72 und ein Verzahnungsvorspannelement 74 ein. Ein Verdrehsicherungsmechanismus (nicht dargestellt), wie eine Schraube, erstreckt sich zumindest teilweise durch den Kipphebel 14 und ist dafür konfiguriert, ein Verhindern einer Drehung der verzahnten Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 innerhalb der Bohrung 62 zu erleichtern.
Wie in 2 dargestellt, schließt die mechanische Spieleinstelleinheit 64 im Allgemeinen eine Verzahnungswelle 80, eine Spieleinstellschraube 82, ein Halteelement 84 und einen E-Fuß 86 ein. Die Verzahnungswelle 80 schließt ein erstes Ende 92 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 94 ein und erstreckt sich durch die Spieleinstellschraube 82 und das Halteelement 84, die zumindest teilweise innerhalb der Kipphebelbohrung 62 angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Verzahnungswelle 80 dafür konfiguriert sein, innerhalb der Spieleinstellschraube 82 zu gleiten. Der E-Fuß 86 ist mit dem ersten Ende 92 der Verzahnungswelle verbunden oder wirkverbunden. Das an einem Kontaktpunkt der Brücke 18 eingestellte Ventilspiel kann über die Spieleinstellschraube 82 eingestellt werden.
Wie in 3 dargestellt, kann in der beispielhaften Ausführungsform das erste Verzahnungselement 70 ein becherartiger verzahnter Kapselkörper mit einer Reihe von ersten Zähnen 100 und ersten Einkerbungen 102 sein und das zweite Verzahnungselement 72 kann ein becherartiger verzahnter Kapselkörper mit einer Reihe von zweiten Zähnen 104 und zweiten Einkerbungen 106 sein. Wie hierin noch detaillierter beschrieben wird, können die Verzahnungselemente 70, 72 in der verriegelten Position (1), in der die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 einander in Eingriff nehmen, oder in der entriegelten Position (z. B. 3) positioniert sein, in der die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 jeweils in den zweiten und den ersten Tälern 106, 102 aufgenommen sind.
Wie in 2 dargestellt, sitzt in der beispielhaften Ausführungsform das erste Verzahnungselement 70 zwischen der Spieleinstellschraube 82 und dem Halteelement 84 auf dem Halteelement 84 und das zweite Verzahnungselement 72 sitzt zwischen dem ersten Verzahnungselement 70 und der Verzahnungswelle 80 auf der Verzahnungswelle 80. Das Verzahnungsvorspannelement 74 kann zwischen dem zweiten Verzahnungselement 72 und einer oberen Fläche der Bohrung 62 angeordnet sein und ist dafür konfiguriert, das erste und das zweite Verzahnungselement 70, 72 voneinander weg vorzuspannen. Ein Teil des ersten Verzahnungselements 70 kann auf dem Halteelement 84 ruhen.
Weiter Bezug nehmend auf 2 bis 4 wird die Stelleinheit 60 detaillierter beschrieben. Die Stelleinheit 60 ist dafür konfiguriert, das erste Verzahnungselement 70 relativ zu dem zweiten Verzahnungselement 72 zu drehen, um die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 zwischen der aktiven, verriegelten Position (1) und der inaktiven, entriegelten Position (3) umzuschalten. In der beispielhaften Ausführungsform schließt die Stelleinheit 60 im Allgemeinen einen Stellstift 110, ein Halteelement oder einen Stecker 112 und einen Stiftrückstellmechanismus 114 (z. B. eine Feder) ein. Obwohl der Stellstift 110 hierin als hydraulisch betätigt beschrieben wird, versteht es sich, dass der Stellstift 110 durch andere Mittel betätigt werden kann, wie zum Beispiel elektrisch, pneumatisch und/oder elektromagnetisch. Zum Beispiel kann, wie in 10 dargestellt, der Stellstift 110 durch einen externen Hebel und/oder Betätigungsstift und einen Vorspannmechanismus betätigt oder zurückgestellt werden, wie hierin noch detaillierter beschrieben wird.
Der Stellstift 110 ist dafür konfiguriert, sich innerhalb einer Bohrung 116 zu verschieben, die in dem Kipphebel 14 ausgebildet ist, und schließt im Allgemeinen ein erstes Ende 118, ein gegenüberliegendes zweites Ende 120, eine erste Dichtung 122, eine zweite Dichtung 124 und einen ringförmigen Flansch 126 ein. In einem Beispiel schließt das erste Ende 118 die erste Dichtung 122 ein und definiert eine Hydraulikkammer 128 zwischen dem Stellstift 110 und einer Kipphebel-Innenwand 130, die einen Abschnitt der Bohrung 116 definiert. Die Hydraulikkammer 128 kann beispielsweise über einen ersten Fluidanschluss 142, der in dem Kipphebel 14 ausgebildet ist (siehe z. B. 1), für Fluide mit einer Hydraulikfluidquelle verbunden sein, wie mit einer Steuerölleitung 140. Das zweite Ende 120 wird innerhalb des Steckers 112 aufgenommen und schließt die zweite Dichtung 124 ein. Der Stiftrückstellmechanismus 114 kann zumindest teilweise innerhalb eines Sitzes 132 angeordnet sein, der in dem Stecker 112 ausgebildet ist, und kann dafür konfiguriert sein, den Stellstift 110 in Richtung der Innenwand in die entriegelte Position vorzuspannen (3).
In der beispielhaften Ausführungsform ist der ringförmige Flansch 126 innerhalb eines Schlitzes 134 aufgenommen, der in dem ersten Verzahnungselement 70 ausgebildet ist. Es versteht sich jedoch, dass in alternativen Anordnungen der ringförmige Flansch 126 innerhalb eines Schlitzes aufgenommen sein kann, der in dem zweiten Verzahnungselement 72 ausgebildet ist. In dem dargestellten Beispiel kann der Stellstift 110 dadurch betätigt werden, dass Hochdruckfluid in die Hydraulikkammer 128 hinter dem Stellstift 110 eintritt, wodurch der Stellstift 110 innerhalb der Bohrung 116 verschoben wird. Dies bewirkt eine Drehbewegung des ersten Verzahnungselements 70, wie hierin noch detaillierter beschrieben wird. Das Fluid kann ein unter Druck stehendes Motoröl oder ein anderes Hydraulikfluid sein.
Wie erörtert, ist die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 durch die Stelleinheit 60 zwischen der inaktiven (entriegelten) Position und der aktiven (verriegelten) Position bewegbar. In der entriegelten, inaktiven Position (3) sind die zweiten Zähne 104 des zweiten Verzahnungselements 72 an den ersten Einkerbungen 102 des ersten Verzahnungselements 70 ausgerichtet, und die ersten Zähne 100 des ersten Verzahnungselements 70 sind an den zweiten Einkerbungen 106 des zweiten Verzahnungselements 72 ausgerichtet, sodass das zweite Verzahnungselement 72 in das erste Verzahnungselement 70 gleitet und die verzahnte Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 zusammenfällt. In der verriegelten, aktiven Position (1) dreht die Stelleinheit 60 das erste Verzahnungselement 70 relativ zum zweiten Verzahnungselement 72, sodass die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 so ausgerichtet sind, dass das zweite Verzahnungselement 72 mit dem ersten Verzahnungselement 70 verriegelt ist und VVA (z. B. LIVC oder iEGR mit der Auslass-Kipphebeleinheit 11) aktiviert ist.
Weiter Bezug nehmend auf 1, ist es wünschenswert, sobald die VVA-Funktion ausgeführt ist, die verzahnte Kapseleinheit 22 zurückzustellen und in die entriegelte Position zurückzukehren. In der beispielhaften Ausführungsform wird, um die Kapseleinheit 22 zurückzustellen, die Hydraulikkammer 128 durch einen zweiten Fluidanschluss 144, der in dem Kipphebel 14 ausgebildet ist, zu einem Auslassanschluss 146 entleert. Der zweite Fluidanschluss 144 verläuft durch die Totgang-Zapfeneinheit 20 und schließt einen ersten Abschnitt 148, der sich zwischen der Hydraulikkammer 128 und einem oberen Abschnitt 150 der Bohrung 40 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 152 ein, der sich zwischen dem oberen Abschnitt 150 der Bohrung und dem Auslassanschluss 146 erstreckt. Wie dargestellt, erstreckt sich die Führung 44 durch den oberen Bohrungsabschnitt 150 und schließt eine Außenfläche 156 mit einer darin ausgebildeten Kerbe oder Aussparung 158 ein, um einen Durchgang bereitzustellen, um den ersten Abschnitt 148 des zweiten Fluidanschlusses und den zweiten Abschnitt 152 des zweiten Fluidanschlusses für Fluide zu verbinden, wenn die Aussparung 158 verschiebbar dazwischen angeordnet ist.
5 und 6 veranschaulichen Ventilhubdiagramme, welche beispielhafte Operationen der Ventiltriebeinheit 10 zeigen, wobei eine Rückwärtsrückstellung der verzahnten Kapseleinheit 22 durch das (i) hydraulische Ablassen von Öl durch den Ölkanal 144 erreicht wird, der durch den Totgangmechanismus 20 verläuft. Genauer veranschaulicht 5 ein Diagramm 160, welches einen beispielhaften Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 im iEGR-Modus zeigt, und 6 veranschaulicht ein Diagramm 162, welches einen beispielhaften Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 im LIVC-Modus veranschaulicht. Wenn der Ventiltrieb 10 nicht im iEGR-Modus oder im LIVC-MODUS betrieben wird, kann er in einem Antriebsmodus betrieben werden, wie in 8 dargestellt.
Bezug nehmend auf 5, wird nun ein beispielhafter iEGR-Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 mit der Auslass-Kipphebeleinheit 11 detaillierter beschrieben, einschließend eine Rückwärtsrückstellung der Kapseleinheit 22 über den zweiten Fluidanschluss 144. Die Ventiltriebeinheit 10 kann durch eine Steuerung 136 (1) zwischen dem Antriebsmodus und dem iEGR-Modus umgeschaltet werden. Wie hierin verwendet, nimmt der Begriff Steuerung auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher Bezug, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Wenn sich der Motor im iEGR-Modus befindet, beginnt der Betrieb, wenn der Basiskreis eines Nockenhubprofils 32 den Kipphebel 14 (z. B. über eine Rolle 138, 1) in Eingriff nimmt, wie in 5 dargestellt und als Punkt 170 dargestellt. Da die Steuerölleitung 140 nicht mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 in Fluidverbindung steht, gibt es an diesem Punkt keine Zufuhr von Hochdruckfluid (z. B. Öl) zur Hydraulikkammer 128. Somit besteht kein ausreichender Druck, um den Stiftrückstellmechanismus 114 zu überwinden und den Stellstift 110 zu bewegen. Somit wird der Stellstift 110 durch den Stiftrückstellmechanismus 114 in eine Standardposition vorgespannt, welche der inaktiven Position der Kapseleinheit 22 entspricht. Somit fällt, wie in 5 dargestellt, wenn eine Bewegung des Nockenhubprofils 32 eine Drehung des Auslass-Kipphebels 14 bewirkt, die Kapseleinheit 22 zusammen und überträgt keine Bewegung auf das Auslassventil 26, wie durch die Linie 172 dargestellt. Außerdem wird gleichzeitig die Bewegung der Zapfeneinheit 20 durch den Totgang-Vorspannmechanismus 46 absorbiert, sodass die Bewegung nicht auf die Ventilbrücke 18 oder die Auslassventile 24, 26 übertragen wird.
Am Punkt 174 dreht das Nockenhubprofil 32 den Kipphebel 14 noch weiter, bis der Totgang-Vorspannmechanismus 46 keine Kipphebelbewegung mehr absorbiert, wodurch eine Abwärtsbewegung der Ventilbrücke 18 und ein Öffnen beider Auslassventile 24, 26 während der Standardzeit (Auslasstakt) bewirkt wird. An diesem Punkt ist die Steuerölleitung 140 mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 verbunden, aber die Kapseleinheit bleibt in einem Totgangzustand, zumindest teilweise aufgrund keiner Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid von einem Ölsteuerventil (Oil Control Valve, OCV). Außerdem wird die Führung 44 in dem oberen Bohrungsabschnitt 150 verschoben, sodass die Aussparung 158 nicht den ersten und den zweiten Abschnitt 148, 152 des zweiten Fluidanschlusses verbindet, wodurch verhindert wird, dass Fluid aus dem Auslassanschluss 146 austritt.
Am Punkt 176 wird Öl von der Kipphebelwelle 16 über die Steuerölleitung 140 und den Kipphebel-Fluidanschluss 142 der Hydraulikkammer 128 zugeführt, wodurch die Kapseleinheit 22 in die aktive Position zurückgestellt wird. Am Punkt 178 erreichen die Auslassventile 24, 26 den maximalen Hub. Wenn sich das Nockenhubprofil 32 weiter dreht und sich die Auslassventile 24, 26 zu schließen beginnen, kommt die Kapseleinheit 22 am Punkt 180 mit dem iEGR-Auslassventil 26 in Kontakt. Dementsprechend folgt das Auslassventil 24 einem normalen Hubbetrieb (Linie 182) und das Auslassventil 26 folgt einem iEGR-Hub (Linie 184), bis beide Auslassventile 24, 26 geschlossen sind und das Nockenhubprofil 32 am Punkt 186 zum Basiskreis zurückkehrt. An diesem Punkt wird die Ölleitung 140 von dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 getrennt und die Führung 44 wird so verschoben, dass die Aussparung 158 nun den ersten und den zweiten Abschnitt 148, 152 des zweiten Fluidanschlusses für Fluide verbindet, wodurch ermöglicht wird, dass Fluid den Auslassanschluss 146 verlässt und die Kapseleinheit 22 am Punkt 188 in die deaktivierte Position zurückstellt.
Bezug nehmend auf 6, wird nun ein beispielhafter LIVC-Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 mit der Einlass-Kipphebeleinheit 12 detaillierter beschrieben, einschließend eine Rückwärtsrückstellung der Kapseleinheit 22 über den zweiten Fluidanschluss 144. Die Ventiltriebeinheit 10 kann durch die Steuerung 136 zwischen dem Antriebsmodus und dem LIVC-Modus umgeschaltet werden. Wenn sich der Motor im LIVC-Modus befindet, beginnt der Betrieb, wenn der Basiskreis eines Nockenhubprofils 32 den Kipphebel 14 in Eingriff nimmt, wie in 6 dargestellt und als Punkt 190 dargestellt.
Da die Steuerölleitung 140 nicht mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 in Fluidverbindung steht, gibt es an diesem Punkt keine Zufuhr von Hochdruckfluid (z. B. Öl) zur Hydraulikkammer 128. Somit besteht kein ausreichender Druck, um den Stiftrückstellmechanismus 114 zu überwinden und den Stellstift 110 zu bewegen. Somit wird der Stellstift 110 durch den Stiftrückstellmechanismus 114 in eine Standardposition vorgespannt, welche der inaktiven Position der Kapseleinheit 22 entspricht. Somit fällt, wie in 4 dargestellt, wenn eine Bewegung des Nockenhubprofils 32 eine Drehung des Einlass-Kipphebels 14 bewirkt, die Kapseleinheit 22 zusammen und überträgt keine Bewegung auf das Einlassventil 26, wie durch die Linie 192 dargestellt. Außerdem wird gleichzeitig die Bewegung der Zapfeneinheit 20 durch den Totgang-Vorspannmechanismus 46 absorbiert, sodass die Bewegung nicht auf die Ventilbrücke 18 oder die Einlassventile 24, 26 übertragen wird.
Am Punkt 194 dreht das Nockenhubprofil 32 den Kipphebel 14 noch weiter, bis der Totgang-Vorspannmechanismus 46 keine Kipphebelbewegung mehr absorbiert, wodurch eine Abwärtsbewegung der Ventilbrücke 18 und ein Öffnen beider Einlassventile 24, 26 während der Standardzeit (Einlasstakt) bewirkt wird. An diesem Punkt ist die Steuerölleitung 140 mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 verbunden, aber die Kapseleinheit bleibt in einem Totgangzustand. Außerdem wird die Führung 44 in dem oberen Bohrungsabschnitt 150 verschoben, sodass die Aussparung 158 nicht den ersten und den zweiten Abschnitt 148, 152 des zweiten Fluidanschlusses verbindet, wodurch verhindert wird, dass Fluid aus dem Auslassanschluss 146 austritt.
Am Punkt 196 wird Öl von der Kipphebelwelle 16 über die Steuerölleitung 140 und den Kipphebel-Fluidanschluss 142 der Hydraulikkammer 128 zugeführt, wodurch die Kapseleinheit 22 in die aktive Position zurückgestellt wird. Am Punkt 198 erreichen die Einlassventile 24, 26 den maximalen Hub. Wenn sich das Nockenhubprofil 32 weiter dreht und sich die Einlassventile 24, 26 zu schließen beginnen, kommt die Kapseleinheit 22 am Punkt 200 mit dem LIVC-Einlassventil 26 in Kontakt. Dementsprechend folgt das Einlassventil 24 einem normalen Hubbetrieb (Linie 202) und das Einlassventil 26 folgt einem LIVC-Hub (Linie 204), bis beide Einlassventile 24, 26 geschlossen sind und das Nockenhubprofil 32 am Punkt 206 zum Basiskreis zurückkehrt. An diesem Punkt wird die Ölleitung 140 von dem Kipphebel-Fluidanschluss 142 getrennt und die Führung 44 wird so verschoben, dass die Aussparung 158 nun den ersten und den zweiten Abschnitt 148, 152 des zweiten Fluidanschlusses für Fluide verbindet, wodurch ermöglicht wird, dass Fluid den Auslassanschluss 146 verlässt und die Kapseleinheit 22 am Punkt 206 in die deaktivierte Position zurückstellt.
Zusätzlich Bezug nehmend auf 7, wird eine weitere beispielhafte Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 detaillierter beschrieben. In dem veranschaulichten Beispiel kann die Einlassventil-Kipphebeleinheit 12 im Allgemeinen einen Einlass-Kipphebel 214, der sich um eine Kipphebelwelle 216 dreht, eine Ventilbrücke 218, eine Totgang-Zapfeneinheit 220 und eine Kapseleinheit 22 einschließen.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Ventilbrücke 218 dafür konfiguriert, ein erstes und ein zweites Einlassventil 224, 226, die zu einem Zylinder des Motors gehören, in Eingriff zu nehmen. In dem dargestellten Beispiel ist das erste Einlassventil 224 durch eine Ventilfeder 228 vorgespannt, und das zweite Einlassventil 226 ist durch eine Ventilfeder 230 vorgespannt. Der Einlass-Kipphebel 214 dreht sich um die Kipphebelwelle 216 basierend auf einem Hubprofil einer Nockenwelle (nicht dargestellt), wie hierin noch detaillierter beschrieben wird, und ein Passstift 236 ist an der Ventilbrücke 218 positioniert, um eine Betätigung des Einlassventils 226 ohne Betätigung der Ventilbrücke 218 oder des ersten Einlassventils 224 zu ermöglichen.
Weiter Bezug nehmend auf 7, ist in der beispielhaften Ausführungsform die Totgang-Zapfeneinheit 220 innerhalb einer Bohrung 240 angeordnet, die in dem Kipphebel 214 ausgebildet ist, und schließt im Allgemeinen eine Welle 242, eine Führung 244, einen Totgang-Vorspannmechanismus 246 (z. B. eine Feder), einen E-Fuß 248 und eine Mutter 250 ein. Die Welle 242 schließt ein erstes Ende 252 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 254 ein und erstreckt sich durch die Führung 244, die innerhalb der Bohrung 240 angeordnet ist. Der Totgang-Vorspannmechanismus 246 ist in einem Hohlraum 256 angeordnet und sitzt zwischen der Führung 244 und einer oberen Wand 258, die teilweise die Kipphebelbohrung 240 definiert. Der E-Fuß 248 ist mit dem ersten Wellenende 252 verbunden oder wirkverbunden und die Mutter 250 ist mit dem zweiten Wellenende 254 verschraubt. Das an einem zentralen Kontaktpunkt der Brücke 218 eingestellte Ventilspiel kann über die Welle 242 und die Mutter 250 eingestellt werden. Diesbezüglich kann die Mutter 250 eingestellt (z. B. gedreht) werden, um für einen gewünschten Leerlaufhub (Lost Motion Stroke, LMS) zu sorgen. Ein Verdrehsicherungsmechanismus (nicht dargestellt), wie eine Schraube, erstreckt sich zumindest teilweise durch den Kipphebel 214 und ist dafür konfiguriert, ein Verhindern der Drehung der Totgang-Zapfeneinheit 220 innerhalb der Bohrung 240 zu erleichtern. Es können auch andere Konfigurationen verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Kapseleinheit 22 betriebsfähig mit einer Stelleinheit 260 verbunden, welche die gleiche oder eine ähnliche wie die Stelleinheit 60 ist, die in 3 und 4 dargestellt ist, und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Stelleinheit 260 funktioniert auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Stelleinheit 60 und wird somit hydraulisch zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gesteuert, um die Kapseleinheit 22 entsprechend mechanisch zwischen der verriegelten Position und der entriegelten Position zu bewegen.
Weiter Bezug nehmend auf 7, ist in dem dargestellten Beispiel die in 3 dargestellte Kapseleinheit 22 zumindest teilweise innerhalb einer Bohrung 262 angeordnet, die in dem Kipphebel 214 ausgebildet ist, und schließt im Allgemeinen eine mechanische Spieleinstelleinheit 264, ein erstes Verzahnungselement 70, ein zweites Verzahnungselement 72 und ein Verzahnungsvorspannelement 74 ein. Ein Verdrehsicherungsmechanismus (nicht dargestellt), wie eine Schraube, erstreckt sich zumindest teilweise durch den Kipphebel 214 und ist dafür konfiguriert, ein Verhindern einer Drehung zumindest eines Teils (z. B. Des zweiten Verzahnungselements 72) der Rückwärtsrückstellungs-Kapseleinheit 22 innerhalb der Bohrung 262 zu erleichtern.
Die mechanische Spielausgleichseinheit 264 schließt im Allgemeinen eine Verzahnungswelle 280, eine Spieleinstellschraube 282, ein Halteelement 284, einen E-Fuß 286, eine Verzahnungsmutter 288 und eine Anschlagschraube und Unterlegscheibe 290 ein. Die Verzahnungswelle 280 schließt ein erstes Ende 292 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 294 ein und erstreckt sich durch die Spieleinstellschraube 282 und das Halteelement 284, die zumindest teilweise innerhalb der Kipphebelbohrung 262 angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Verzahnungswelle 280 dafür konfiguriert sein, innerhalb der Spieleinstellschraube 282 und des Halteelements 284 zu gleiten. Der E-Fuß 286 ist mit dem ersten Ende 292 der Verzahnungswelle verbunden oder wirkverbunden und die Anschlagschraube und Unterlegscheibe 290 können mit einer Innenbohrung verschraubt sein, die in dem zweiten Ende 294 der Verzahnungswelle ausgebildet ist. Die Verzahnungsmutter 288 ist mit der Spieleinstellschraube 282 verschraubt. Das an einem Kontaktpunkt der Brücke 218 eingestellte Ventilspiel kann über die Spieleinstellschraube 282 und die Verzahnungsmutter 288 eingestellt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform kann das erste Verzahnungselement 70 ein becherartiger verzahnter Kapselkörper mit einer Reihe von ersten Zähnen 100 und ersten Einkerbungen 102 sein und das zweite Verzahnungselement 72 kann ein becherartiger verzahnter Kapselkörper mit einer Reihe von zweiten Zähnen 104 und zweiten Einkerbungen 106 sein. Wie hierin noch detaillierter beschrieben wird, können die Verzahnungselemente 70, 72 in der verriegelten Position, in der die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 einander in Eingriff nehmen, oder in der entriegelten Position (z. B. 3) positioniert sein, in der die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 jeweils in den zweiten und den ersten Tälern 106, 102 aufgenommen sind.
Wie in 7 dargestellt, sitzt in der beispielhaften Ausführungsform das erste Verzahnungselement 70 zwischen der Spieleinstellschraube 282 und dem Halteelement 284 auf dem Halteelement 284 und das zweite Verzahnungselement 72 sitzt zwischen dem ersten Verzahnungselement 70 und der Verzahnungswelle 280 auf der Verzahnungswelle 280. Das Verzahnungsvorspannelement 74 kann zwischen dem zweiten Verzahnungselement 72 und dem ersten Verzahnungselement 70 (oder dem Halteelement 284, welches das erste Verzahnungselement 70 in Eingriff nimmt) angeordnet sein und ist dafür konfiguriert, das erste und das zweite Verzahnungselement 70, 72 voneinander weg vorzuspannen.
Wie erörtert, ist die Stelleinheit 260 die gleiche oder eine ähnliche wie die Stelleinheit 60. In ähnlicher Weise ist die Hydraulikkammer 128 beispielsweise über einen Fluidanschluss 302, der in dem Kipphebel 214 ausgebildet ist, wie in 7 dargestellt, für Fluide mit einer Hydraulikfluidquelle verbunden, wie mit einer Steuerölleitung 300. Auf diese Weise ist die Kapseleinheit 22 durch die Stelleinheit 260 zwischen der inaktiven (entriegelten) Position und der aktiven (verriegelten) Position bewegbar. In der entriegelten, inaktiven Position (3) sind die zweiten Zähne 104 des zweiten Verzahnungselements 72 an den ersten Einkerbungen 102 des ersten Verzahnungselements 70 ausgerichtet, und die ersten Zähne 100 des ersten Verzahnungselements 70 sind an den zweiten Einkerbungen 106 des zweiten Verzahnungselements 72 ausgerichtet, sodass das zweite Verzahnungselement 72 in das erste Verzahnungselement 70 gleitet und die Kapseleinheit 22 zusammenfällt. In der verriegelten, aktiven Position (z. B. 1) dreht die Stelleinheit 260 das erste Verzahnungselement 70 relativ zum zweiten Verzahnungselement 72, sodass die ersten und die zweiten Zähne 100, 104 so ausgerichtet sind, dass das zweite Verzahnungselement 72 mit dem ersten Verzahnungselement 70 verriegelt ist und LIVC aktiviert ist.
8 und 9 veranschaulichen Ventilhubdiagramme, welche beispielhafte Operationen der Ventiltriebeinheit 10 zeigen, wobei eine Rückwärtsrückstellung der verzahnten Kapseleinheit 22 durch das (ii) hydraulische Ablassen von Öl durch eine Kipphebelwellen-Ablauföffnung 304 erreicht wird (siehe 7). Genauer veranschaulicht 8 ein Diagramm 320, welches einen beispielhaften Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 im normalen Antriebsmodus zeigt, und 9 veranschaulicht ein Diagramm 322, welches einen beispielhaften Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 im LIVC-Modus zeigt.
Bezug nehmend nun auf 8, ein beispielhafter Antriebsmodusbetrieb der Ventiltriebeinheit 10. Die Ventiltriebeinheit 10 kann durch die Steuerung 136 zwischen dem Antriebsmodus und dem LIVC-Modus umgeschaltet werden.
Wenn sich der Motor im Antriebsmodus (Verbrennungsmodus) befindet, beginnt der Betrieb, wenn der Basiskreis des Nockenhubprofils (nicht dargestellt) den Kipphebel 214 in Eingriff nimmt, wie in 8 dargestellt und als Punkt 330 dargestellt. Da die Steuerölleitung 300 nicht mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 302 in Fluidverbindung steht, gibt es in dieser Position keine Zufuhr von Hochdruckfluid (z. B. Öl) zur Hydraulikkammer 128. Somit besteht kein ausreichender Druck, um den Stiftrückstellmechanismus 114 zu überwinden und den Stellstift 110 zu bewegen. Somit wird der Stellstift 110 durch den Stiftrückstellmechanismus 114 in eine Standardposition vorgespannt, welche der inaktiven Position der Kapseleinheit 22 entspricht. Wenn eine Bewegung des Nockenhubprofils eine Drehung des Einlass-Kipphebels 214 bewirkt, fällt somit die Kapseleinheit 22 zusammen und überträgt keine Bewegung auf das Einlassventil 226, wie durch die Linie 332 dargestellt. Außerdem wird gleichzeitig die Bewegung der Zapfeneinheit 220 durch den Totgang-Vorspannmechanismus 246 absorbiert, sodass die Bewegung nicht auf die Ventilbrücke 218 oder die Einlassventile 224, 226 übertragen wird.
Am Punkt 334 dreht das Nockenhubprofil dann den Einlass-Kipphebel 214 noch weiter, bis der Totgang-Vorspannmechanismus 246 keine Kipphebelbewegung mehr absorbiert, wodurch eine Abwärtsbewegung der Ventilbrücke 218 und ein Öffnen der Einlassventile 224, 226 während der Standardzeit (Einlasstakt) bewirkt wird. An diesem Punkt ist die Steuerölleitung 300 mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 302 verbunden, aber da ein Ölsteuerventil (OCV) 306 auf AUS steht, bleibt die Kapseleinheit 22 in einem Totgangzustand. Dementsprechend erfolgt keine Kapselzurückstellung. Wie in 8 dargestellt, geht, wenn das Nockenhubprofil zum Basiskreis zurückkehrt, die Kapseleinheit 22 in Totgang und die Einlassventile 224, 226 schließen sich zum Standardzeitpunkt (Ende des Einlasstakts).
Bezug nehmend auf 9 wird nun ein beispielhafter LIVC-Betrieb der Ventiltriebeinheit 10 mit der Einlass-Kipphebeleinheit 12 detaillierter beschrieben, einschließend eine Rückwärtsrückstellung der Kapseleinheit 22 über die Ablauföffnung 304. Die Ventiltriebeinheit 10 kann zwischen dem Antriebsmodus und dem LIVC-Modus umgeschaltet werden, indem die Steuerung 136 und das OCV 306 eingeschaltet werden, um über die Steuerleitung 300 Druckfluid zuzuführen. Wenn sich der Motor im LIVC-Modus befindet, beginnt der Betrieb, wenn der Basiskreis eines Nockenhubprofils den Kipphebel 214 in Eingriff nimmt, wie in 9 dargestellt und als Punkt 350 dargestellt.
In dieser Position führt die Steuerung 136 Hochdruckfluid durch die Steuerölleitung 300 zu. Da die Steuerleitung 300 jedoch nicht für Fluide mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 302 verbunden ist, ist die Kapseleinheit 22 in einem Totgangzustand ausgerichtet. Wenn eine Bewegung des Nockenhubprofils eine Drehung des Einlass-Kipphebels 214 bewirkt, fällt somit die Kapseleinheit 22 zusammen und überträgt keine Bewegung auf das Einlassventil 226, wie durch die Linie 352 dargestellt. Außerdem wird gleichzeitig die Bewegung der Zapfeneinheit 220 durch den Totgang-Vorspannmechanismus 246 absorbiert, sodass die Bewegung nicht auf die Ventilbrücke 218 oder die Einlassventile 224, 226 übertragen wird.
Am Punkt 354 dreht das Nockenhubprofil den Kipphebel 214 noch weiter, bis der Totgang-Vorspannmechanismus 246 keine Kipphebelbewegung mehr absorbiert, wodurch eine Abwärtsbewegung der Ventilbrücke 218 und ein Öffnen beider Einlassventile 224, 226 während der Standardzeit (Einlasstakt) bewirkt wird. An diesem Punkt ist die Steuerölleitung 300 mit dem Kipphebel-Fluidanschluss 302 verbunden und der Hydraulikkammer 128 wird Hochdruckfluid zugeführt.
Am Punkt 356 wirkt das Hochdruckfluid auf den Stellstift 110 und überwindet die Vorspannkraft des Stiftvorspannmechanismus 114, was einen Rückstellpunkt darstellt, an dem sich die Kipphebeleinheit 12 zurückzustellen beginnt. Das Hochdruckfluid verschiebt den Stellstift 110 innerhalb der Bohrung 116, was eine nachfolgende Drehbewegung des ersten Verzahnungselements 70 relativ zu dem zweiten Verzahnungselement 72 bewirkt, wodurch die Kapseleinheit 22 aus der entriegelten, inaktiven Position in die starre, verriegelte, aktive Position übergeht (z. B. 1). Am Punkt 358 ist die Kapseleinheit 22 verriegelt und die Einlassventile 224, 226 erreichen den maximalen Hub.
Wenn sich das Nockenhubprofil weiter dreht und sich die Einlassventile 224, 226 zu schließen beginnen, kommt die Kapseleinheit 22 am Punkt 360 mit dem LIVC-Einlassventil 226 in Kontakt. Dementsprechend folgt das Einlassventil 224 einem normalen Hubbetrieb (Linie 362) und das Einlassventil 226 folgt einem LIVC-Hub (Linie 364), bis beide Einlassventile 224, 226 geschlossen sind und das Nockenhubprofil 32 am Punkt 366 zum Basiskreis zurückkehrt. Somit führt das Einlassventil 226 ein spätes Schließen des Einlassventils durch. An diesem Punkt ist die Ölleitung 300 vom Kipphebel-Fluidanschluss 302 getrennt und Fluid in der Hydraulikkammer 128 wird über die Auslassöffnung 304 ausgelassen, um die Kapseleinheit 22 in die deaktivierte Position zurückzustellen.
Nun zusätzlich Bezug nehmend auf 10A und 10B ist dort eine alternative Ausführungsform der Ventiltriebeinheit 10 dargestellt, wobei die Stelleinheit 60 durch ein externes mechanisches Stellelement 400 aktiviert/zurückgestellt wird, anstatt über ein Fließen von Hydraulikfluid durch die Steuerölleitung 140, 300. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das externe mechanische Stellelement 400 im Allgemeinen einen Hebel 402, einen Betätigungsstift 404 und einen Vorspannmechanismus 406 (z. B. eine Feder) ein. Der Hebel 402 kann ein elastisches Element mit einem ersten Ende 408 und einem zweiten Ende 410 sein. Das erste Hebelende 408 ist drehbar mit einem Abschnitt des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden und das zweite Hebelende 410 ist mit dem Betätigungsstift 404 verbunden. Der Betätigungsstift 404 schließt ein erstes Ende 412 und ein zweites Ende 414 ein. Das erste Ende 412 des Stifts ist mit dem zweiten Ende 410 des Hebels verbunden oder wirkverbunden und das zweite Ende 414 des Stifts ist mit dem Vorspannmechanismus 406 verbunden. Der Vorspannmechanismus 406 schließt im Allgemeinen ein erstes Ende 416 und ein zweites Ende 418 ein. Das erste Ende 416 des Vorspannmechanismus ist mit dem zweiten Ende 414 des Stifts verbunden, und das zweite Ende 418 des Vorspannmechanismus ist mit einem Abschnitt 420 des Fahrzeugs oder des Stellelements 400 verbunden, das mit dem Fahrzeug verbunden ist.
Im Betrieb ist im Antriebsmodus (10A) der Vorspannmechanismus 406 dafür konfiguriert, den Betätigungsstift 404 von dem Stellstift 110 der Betätigungseinheit 60 weg und außer Kontakt mit diesem vorzuspannen. Daher berührt der Hebel 402 nicht den Stellstift 110. Im VVA-Modus (10B) wird Druckfluid von einem OCV 422 zugeführt und überwindet die Vorspannung des Vorspannmechanismus 406, um dadurch den Betätigungsstift 404 und den Hebel 402 mit dem Stellstift 110 in Kontakt zu drücken. Somit verschiebt sich der Stellstift 110 innerhalb der Bohrung 116, was eine nachfolgende Drehbewegung des ersten Verzahnungselements 70 relativ zum zweiten Verzahnungselement 72 bewirkt, wodurch die Kapseleinheit 22 aus der entriegelten, inaktiven Position in die starre, verriegelte, aktive Position übergeht. Auf diese Weise ist das externe mechanische Stellelement dafür konfiguriert, die Stelleinheit 60 selektiv zu betätigen, um die Ventiltriebeinheit 10 zwischen einem Antriebsmodus (z. B. offene Ventile, wie in 8 dargestellt) und einem VVA-Modus (z. B. offene Ventile, wie in 5, 6 und 9 dargestellt) zu betreiben.
Die vorstehende Beschreibung der Beispiele wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie beabsichtigt nicht, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung einzuschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale eines bestimmten Beispiels sind im Allgemeinen nicht auf dieses spezielle Beispiel beschränkt, sondern sind, wo anwendbar, austauschbar und können in einem ausgewählten Beispiel verwendet werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können auch auf viele Arten variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen im Schutzumfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims

Kipphebeleinheit, welche in einem Motorantriebsmodus und mindestens einem aus einem Modus mit spätem Schließen des Einlassventils (LIVC-Modus) und einem Modus mit interner Abgasrückführung (iEGR-Modus) betreibbar ist, wobei die Kipphebeleinheit selektiv ein erstes und ein zweites Motorventil öffnet, umfassend: einen Kipphebel, welcher dafür konfiguriert ist, sich um eine Kipphebelwelle zu drehen; eine Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit, welche zwischen (i) einer verriegelten Position, die dafür konfiguriert ist, dass in dieser eine aus einer LIVC-Operation und einer iEGR-Operation durchgeführt wird, und (ii) einer entriegelten Position bewegbar ist, in welcher die LIVC-Operation oder die iEGR-Operation nicht durchgeführt wird; und eine Stelleinheit, welche dafür konfiguriert ist, die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Stelleinheit hydraulisch gesteuert wird, um die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 2, wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit von einer der ersten und der zweiten Position in die andere der ersten und der zweiten Position zurückgestellt wird, indem Hydraulikfluid durch einen Fluidanschluss ausgelassen wird, der in dem Kipphebel ausgebildet ist.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 3, wobei der Kipphebel ferner eine Bohrung aufweist, um eine Totgangeinheit aufzunehmen, und wobei der Fluidanschluss durch die Bohrung verläuft.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 4, wobei die Totgangeinheit eine Führung umfasst, welche eine Außenfläche mit einer darin ausgebildeten Aussparung aufweist, und wobei die Führung dafür konfiguriert ist, sich selektiv von einer ersten Position, in der die Führung den Fluidanschluss für Fluide blockiert, und einer zweiten Position, in der die Führung ein Fließen durch den Fluidanschluss über die Aussparung ermöglicht, zu verschieben.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit von einer der ersten und der zweiten Position in die andere der ersten und der zweiten Position zurückgestellt wird, indem Hydraulikfluid durch eine Kipphebelwellen-Auslassöffnung ausgelassen wird, die in dem Kipphebel ausgebildet ist.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Stelleinheit mechanisch durch einen Hebel gesteuert wird, um die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.
Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei der Hebel durch mindestens eines aus einem Betätigungsstift oder Öldruck bewegbar ist.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ein erstes Verzahnungselement, ein zweites Verzahnungselement und ein Verzahnungsvorspannelement umfasst, welches das erste und das zweite Verzahnungselement voneinander weg vorspannt.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 9, wobei das erste Verzahnungselement eine Reihe von ersten Zähnen und ersten Einkerbungen umfasst und wobei das zweite Verzahnungselement eine Reihe von zweiten Zähnen und zweiten Einkerbungen umfasst.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 10, wobei die ersten Zähne und die zweiten Zähne die gleiche Breite aufweisen.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 9, wobei sich das erste Verzahnungselement relativ zu dem zweiten Verzahnungselement dreht, wenn es sich von der entriegelten Position in die verriegelte Position bewegt.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Verzahnungselement so konfiguriert sind, dass sie in der entriegelten Position aufeinander zusammenfallen.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Stelleinheit einen Stellstift umfasst, der verschiebbar innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, wobei in der Bohrung zwischen dem Stellstift und dem Kipphebel eine Hydraulikkammer definiert ist.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 14, wobei die Hydraulikkammer für Fluide mit einer Hydraulikfluidquelle verbunden ist, um den Stellstift selektiv zwischen einer ersten Position, welche der verriegelten Position der Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit entspricht, und einer zweiten Position zu bewegen, welche der entriegelten Position der Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit entspricht.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Totgang-Zapfeneinheit, welche zumindest teilweise innerhalb einer in dem Kipphebel ausgebildeten Bohrung angeordnet ist.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 16, wobei die Totgang-Zapfeneinheit umfasst: eine Führung; eine Welle, welche sich durch die Führung erstreckt; und einen Totgang-Vorspannmechanismus, welcher zwischen der Führung und einer Wand des Kipphebels sitzt, der die Bohrung bildet.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 1, wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und umfasst: ein Halteelement; eine Spieleinstellschraube; ein erstes Verzahnungselement; ein zweites Verzahnungselement, welches mit dem ersten Verzahnungselement wirkverbunden ist, eine Verzahnungswelle, welche sich durch das Halteelement, die Spieleinstellschraube und das erste und das zweite Verzahnungselement erstreckt; und einen Verzahnungsvorspannmechanismus, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Verzahnungselement angeordnet und dafür konfiguriert ist, das erste und das zweite Verzahnungselement voneinander weg vorzuspannen.
Einlass-Kipphebeleinheit nach Anspruch 18, wobei die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit ferner eine Verzahnungsmutter umfasst, die mit der Spieleinstellschraube verbunden ist, und wobei die Verzahnungswelle dafür konfiguriert ist, innerhalb der Spieleinstellschraube zu gleiten.
Ventiltriebeinheit, umfassend: ein erstes Motorventil; ein zweites Motorventil; eine Ventilbrücke, welche mit dem ersten und dem zweiten Motorventil wirkverbunden ist, und eine Kipphebeleinheit, umfassend: einen Kipphebel, welcher drehbar mit einer Kipphebelwelle verbunden ist; eine Totgang-Zapfeneinheit, welche zumindest teilweise innerhalb einer ersten Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, wobei die Totgang-Zapfeneinheit dafür konfiguriert ist, selektiv die Ventilbrücke in Eingriff zu nehmen, um das erste und das zweite Motorventil zu betätigen; Eine Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit, welche zumindest teilweise innerhalb einer zweiten Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und zwischen (i) einer verriegelten Position, die dafür konfiguriert ist, dass in dieser durch In-Eingriff-Nehmen nur des zweiten Motorventils eine aus einer Operation des späten Schließens des Einlassventils (LIVC-Operation) und einer Operation der internen Abgasrückführung (iEGR-Operation) durchgeführt wird, und (ii) einer entriegelten Position, in welcher die LIVC-Operation oder die iEGR-Operation nicht durchgeführt wird, bewegbar ist; und eine Stelleinheit, welche zumindest teilweise innerhalb einer dritten Bohrung angeordnet ist, die in dem Kipphebel ausgebildet ist, und dafür konfiguriert ist, die Rückwärtsrückstell-Kapseleinheit selektiv zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen.