Kipphebel zur Ventilbetätigung in Verbrennungsmotoren (US-Patent 7,171,930)
Abstrakt
Es wird ein Kipphebel zur Ventilbetätigung in einem Verbrennungsmotor beschrieben. Der Kipphebel weist mindestens zwei Drehachsen auf, die beliebig gewählt werden können, um das Verhältnis zwischen Kraftarm und Lastarm zu verändern. Steuerzeiten und Ventilhub lassen sich gezielt beeinflussen.
Erfinder: Alberto Keel, Schweiz
Daten zur Priorität ausländischer Anträge: 20. August 2002 (CH)
Zugehörige US-Antragsdaten: 14. Mai 2003
Eingereicht am 22. Februar 2005
Datum der vorherigen Veröffentlichung: 4. August 2005
Status: Abgelaufen
So funktioniert es (Grundlagen des US-Patents 7,171,930)
Zwei Drehpunkte
Low-lift mode
High-lift mode
Die Umschaltung
Das Hauptelement der Erfindung ist ein im Kipphebelkörper integrierter Exzenter. Jeder Exzenter besitzt zwei Drehpunkte. Der erste Drehpunkt wird durch den Außenumfang des Exzenters gebildet (rot markiert).
Der zweite Drehpunkt wird durch die Bohrung des Exzenters gebildet (gelb markiert).
Im low-lift mode dreht sich der Kipphebelkörper um den Außendurchmesser des Exzenters, während sich der Exzenter nicht bewegt (er wird von einer Anschlagplatte gestützt... siehe Animation rechts).
Im high-lift mode rotiert der Kipphebelkörper zusammen mit dem Exzenter um die Exzenterbohrung. Der Exzenter ist über einen Schaltstift mit dem Kipphebelkörper verbunden und bildet so eine Einheit (siehe Animation rechts).
Der Wechsel zwischen den beiden Betriebsmodi erfolgt über einen hydraulisch betätigten Schaltstift.
Wird Öl von der Hauptwelle in den Kipphebel gepresst, wird der Schaltstift nach außen gedrückt. Die Verbindung zwischen Kipphebelkörper und Exzenter wird gelöst. Der Kipphebel arbeitet im low-lift mode.
Wenn der Öldruck nachlässt, drückt eine Feder (in der Animation nicht sichtbar) den Schaltstift gegen den Exzenter und verbindet ihn mit dem Kipphebelkörper. Der Kipphebel arbeitet nun im higt-lift mode.
Fortgeschrittene Kenntnisse & Option auf ein Folgepatent
Das volle Potenzial dieser variablen Kipphebel kann nur in Kombination mit starren Stößeln und den entsprechenden starren Nockenwellen erreicht werden.
Bei starren Stößeln und starren Nockenwellen ist es unerlässlich, ein Ventilspiel einzustellen, das sicherstellt, dass die Ventile auch unter extremen Betriebsbedingungen (unter Volllast und bei hohen Drehzahlen) trotz der enormen Wärmeeinwirkung (Ausdehnung) immer vollständig schließen.
Bei geringer Last und niedrigen Geschwindigkeiten (z. B. während der Fahrt) erhöht sich das Ventilspiel aufgrund der geringeren Wärmezufuhr.
Dieses variable Kipphebelsystem nutzt insbesondere im low-lift mode das verfügbare Ventilspiel, um die Ventilsteuerzeiten und die Ventilüberschneidung gezielt zu beeinflussen. Darüber hinaus verfügt die Erfindung über ein weiteres einzigartiges Merkmal, welches es ermöglicht, den beiden Betriebsmodi – low-lift mode und high lift mode – unterschiedliche Ventilspiele zuzuweisen.
Dieses einzigartige Merkmal ist ein Geheimnis des Erfinders und wurde bisher weder veröffentlicht noch erwähnt. Es ist bereits in das V-TEC-Kipphebelsystem integriert, wurde aber bewusst weder auf dieser Website noch anderswo in Bildern oder Animationen gezeigt.
Dieses Merkmal ist daher patentierbar und könnte als Folgepatent auf Basis des US-Patents 7,171,930 (das bereits abgelaufen ist) registriert werden.
Es ist davon auszugehen, dass das Folgepatent anerkannt und erteilt würde. Das Kipphebelsystem mit diesem einzigartigen Merkmal könnte somit für weitere 20 Jahre patentrechtlich geschützt werden.
Diese Funktion wird nicht veröffentlicht. Diese Option ist im Verkaufsumfang enthalten. Sie wird ausschliesslich den fünf Höchstbietenden und nur gegen Unterzeichnung eines Geheimhaltungsvertrages offengelegt.
Die Zusammenhänge zwischen Kipphebelverhältnis, Ventilspiel, Ventilsteuerzeiten, Ventilüberschneidung und Ventildrehzahl
Es gelten folgende Prinzipien (Logik):
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Je kleiner das Kipphebelverhältnis, desto flacher die Ventilhubkurve.
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Je flacher die Ventilhubkurve ist, desto mehr Nockenwellen- oder Kurbelwellendrehwinkel sind erforderlich, um ein bestimmtes Ventilspiel auszugleichen.
Die sich daraus ergebenden Effekte werden in den folgenden Diagrammen dargestellt.
Die Anlauframpe
Dieses Diagramm zeigt die verschiedenen Positionen (Kurbelwellengrade), bei denen sich das Ventil zu öffnen beginnt, abhängig vom Kipphebelverhältnis und drei verschiedenen Ventilspieleinstellungen.
Ventil Steuerzeiten
Dieses Diagramm zeigt die effektiven Ventilöffnungszeiten in Kurbelwellengraden in Abhängigkeit vom Kipphebelverhältnis und dem Ventilspiel.
Ventil Überschneidung
Dieses Diagramm zeigt die effektive Ventilüberschneidung in Kurbelwellengraden in Abhängigkeit vom Kipphebelverhältnis und dem Ventilspiel.
Geräuschentwicklung im Ventiltrieb
Dieses Diagramm zeigt die Geschwindigkeiten, mit denen das Ventil vom Kipphebel betätigt wird, wobei auch das Kipphebelverhältnis und das Ventilspiel eine Rolle spielen.
Die angegebenen Winkel stehen in direktem Zusammenhang mit der Aufprallgeschwindigkeit und somit auch mit dem vom Ventiltrieb erzeugten Geräusch.