专利摘要:
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem drehbaren Nocken, einem um den Nocken angeordneten Umschlingungselement, einem Gaswechselventil und mit einer Aufhängung für das Gaswechselventil an dem Umschlingungselement. DOLLAR A Zur Optimierung des Ventiltriebs (1) wird vorgeschlagen, dass das Umschlingungselement (3) - in Umfangsrichtung (UR) des Umschlingungselements (3) gesehen - mit Abstand (AB) zu der Aufhängung (19) partiell eine Zusatzmasse (23) aufweist.
公开号:DE102004029621A1
申请号:DE200410029621
申请日:2004-06-18
公开日:2006-01-12
发明作者:Mirko Bugsch;Dietmar Dipl.-Ing. Schwarzenthal
申请人:Porsche SE;
IPC主号:F01L1-08
专利说明:
[0001] Beider Erfindung wird ausgegangen von einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine,gemäß Oberbegriffdes Anspruchs 1.
[0002] Eingattungsbildender Ventiltrieb ist der WO 01/12958 A1 zu entnehmen.Dieser Ventiltrieb besitzt einen drehbaren Nocken, um den ein Umschlingungselementangeordnet ist, welches feststehend ausgebildet ist, d.h. der Nockendreht sich innerhalb des Umschlingungselements. An dem Umschlingungselementist übereine Aufhängungein Gaswechselventil befestigt, welches in bekannter Weise mit einemVentilsitz zusammenwirkt.
[0003] Aufgabeder Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Artzu optimieren.
[0004] Gelöst wirddiese Aufgabe mit einem Ventiltrieb, der die in Anspruch 1 genanntenMerkmale umfasst. Weitere Ausgestaltungen des Ventiltriebs sind inden Unteransprüchenangegeben.
[0005] Diemit der Erfindung hauptsächlicherzielten Vorteile sind bei einem Ventiltrieb darin zu sehen, dassBeschleunigungsspitzenwerte des Gaswechselventils bzw. des Umschlingungselementsvermieden oder zumindest verringert werden. Durch Vermeidung derBeschleunigungsspitzenwerte wird in vorteilhafter Weise verhindert,dass das Umschlingungselement mit hoher Beschleunigung auf die Nockenumfangsfläche trifft,wodurch einerseits Beschädigungenan der Nockenumfangsflächeund/oder an dem Umschlingungselement sowie andererseits eine übermäßige Geräuschentwicklungvermieden werden. Da das Gaswechselventil an dem Umschlingungselementaufgehängtist, kann beim Beschleunigen des Ventils in Öffnungsrichtung das Umschlingungselementim Bereich der Aufhängungfür das Ventilvon der Nockenumfangsflächeabheben. Währenddieser als Freiflugphase bezeichneten Phase wird das Gaswechselventillediglich durch das Umschlingungselement geführt. Bei einer Weiterdrehungdes Nockens wird das Gaswechselventil wieder in Richtung Schließstellunggezogen. Da das Umschlingungselement im Bereich der Aufhängung jedochvon der Nockenumfangsflächeteilweise abgehoben sein kann, wird dieses bei Weiterdrehung des Nockenswieder an die Nockenumfangsflächeherangezogen. Um dabei hohe Beschleunigungsspitzenwerte zu vermeiden,ist die Zusatzmasse vorgesehen. Bei entsprechender Drehung des Nockenswird die Zusatzmasse mit einer von der Nockenumfangsfläche weggerichtetenZusatzmassenkraft beschleunigt, so dass das Umschlingungselementan der Zusatzmasse von der Nockenumfangsfläche abgehoben wird. Dadurchwird jedoch das Umschlingungselement im Bereich der Aufhängung für das Gaswechselventilwieder an die Nockenumfangsflächeherangezogen, wodurch das harte Aufsetzen des Umschlingungselementsim Bereich der Aufhängung vermiedenwird.
[0006] Nacheiner in Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung der Erfindung kanndie Zusatzmasse – in Drehrichtungdes Nockens gesehen – derAufhängungmit Abstand vor- und/odernachgeordnet sein, um beispielsweise das Abheben des Umschlingungselementsim Bereich der Aufhängungfür das Gaswechselventilzu vermindern bzw. um – wievorstehend erwähnt – die Beschleunigungdes Umschlingungselements im Bereich der Aufhängung zu vermindern, wenn dasUmschlingungselement wieder auf die Nockenumfangsfläche gelegtwird.
[0007] Gemäß einemin Anspruch 4 angegebenen Ausführungsbeispielwird die Zusatzmasse an dem Umschlingungselement befestigt. Beieiner in Anspruch 5 bzw. 6 angegebenen Ausführungsalternative kann einTeil des Umschlingungselements, insbesondere ein Glied einer Kette,die Zusatzmasse selbst bilden, indem es gegenüber den anderen Teilen desUmschlingungselements, insbesondere anderer Glieder, eine erhöhte Masseaufweist. Diese erhöhteMasse kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass für das Gliedbzw. die Rolle mit der Zusatzmasse ein Werkstoff mit höherer Dichte verwendetwird. Dieses Glied mit der Zusatzmasse kann jedoch auch entsprechendgrößer alsdie übrigenGlieder ausgebildet sein, um die erhöhte Masse aufzuweisen. Gleichesgilt, wenn die Zusatzmasse an einer Rolle oder Hülse der Kette angeordnet ist.
[0008] Ineinem anderen Ausführungsbeispielkann das Umschlingungselement auch als Schlaufe ausgebildet sein,die – inUmfangsrichtung gesehen – einstückig ausgebildetist. An der Schlaufe kann die Zusatzmasse befestigt sein. Die geschlosseneoder offene Schlaufe kann als Gewebeband, Seil oder Kunststoffringausgeführtsein. In Umfangsrichtung ist das Umschlingungselement einstückig ausgeführt, eskann jedoch mehrere Lagen aufweisen.
[0009] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugauf die Zeichnung nähererläutert.Es zeigen:
[0010] 1 bis 4 einenVentiltrieb nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Nockenin unterschiedlichen Drehstellungen,
[0011] 5 einenVentiltrieb nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
[0012] 6 einDiagramm, in dem die Beschleunigung des Gaswechselventils über demDrehwinkel der Nockenwelle angegeben ist.
[0013] Voneinem in 1 gezeigten Ventiltrieb 1 für eine hiernicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine ist ein drehbarer Nocken 2,ein um den Nocken 2 herumgelegtes, bezüglich des Nockens 2 feststehendes,jedoch durch den Nocken 2 auslenkbares Umschlingungselement 3,ein an dem Umschlingungselement 3 befestigtes Gaswechselventil 4 mit einemVentilschaft 5 und einem Ventilteller 6 gezeigt, welcherVentilteller 6 mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt.
[0014] DerNocken 2 ist insbesondere drehfest auf einer drehantreibbarenNockenwelle 8 befestigt. Er umfasst einen Grundkreisabschnitt 9,einen Exzenterabschnitt 10 sowie zwischen Grundkreisabschnitt 9 undExzenterabschnitt 10 liegende Flanken 11 und 12,von denen – aufgrundeiner vorgegeben Drehrichtung 13 des Nockens 2 – die Flanke 11 als Öffnungsflanke 11 unddie Flanke 12 als Schließflanke 12 definiertist. Grundkreisabschnitt 9, Exzenterabschnitt 10 sowieFlanken 11 und 12 bilden eine Nockenumfangsfläche 14 miteiner Hubkontur, die die Hubbewegung des Gaswechselventils 4 steuert. Durchdiese Hubkontur wird sich bei einer Drehung des Nockens 2 dasGaswechselventil 4 in einer in 1 gezeigteSchließstellungST befinden, solange der Grundkreisabschnitt 9 auf dasim folgenden lediglich als Ventil 4 bezeichnete Gaswechselventilwirkt. Ausgehend von der in 1 gezeigtenersten Drehstellung DT1 des Nockens 2 wird bei seiner Drehung inRichtung 13 zunächstdie Öffnungsflanke 11 der Hubkonturdas Ventil 4 in eine in 2 gezeigteTeilöffnungsstellungTT bewegen, die hier mit einer zweiten Drehstellung DT2 des Nockens 2 korrespondiert.Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wirddas Ventil 4 in die in 3 gezeigte vollständige ÖffnungsstellungVT bewegt, die bei einer dritten Drehstellung DT3 des Nockens 2 erreicht wird.Ausgehend von der SchließstellungST überdie TeilöftnungsstellungTT bis die ÖffnungsstellungVT wird das Ventil 4 durch die Hubkontur des Nockens 2 in ÖffnungsrichtungOR mit einer ÖffnungsbeschleunigungaO bewegt und vom Ventilsitz 7 abgehoben. Durchweitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wirddie Bewegungsrichtung des Ventil 4 in eine SchließrichtungSR mit einer SchließbeschleunigungaS umgekehrt, wie dies 4 imZusammenhang mit einer vierten Drehstellung DT4 des Nockens 2 undeiner TeilschließstellungTS des Ventil 4 dargestellt ist. Bei entsprechender Weiterdrehungdes Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird dieser schließlich wiederdie erste Drehstellung DT1 in 1 einnehmen.In ÖffnungsrichtungOR wird das Ventil 4 durch den Nocken 2 bewegt.In SchließrichtungSR hingegen wird das Ventil 4 von dem Umschlingungselement 3 zurück gezogen,da das flexible Umschlingungselement 3 entsprechend derHubkontur des Nockens 2 ausgelenkt wird. Diese Funktiondes somit zwangsgesteuerten Ventils 4 ist im Stand derTechnik jedoch bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangenwird.
[0015] Dasumlaufend ausgeführteund geschlossene Umschlingungselement 3 ist in Umfangsrichtung URim wesentlichen undehnbar und im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 ausmehreren aneinander gereihten Gliedern 15 zusammengesetzt,die in Gelenkachsen 16 gelenkig miteinander verbunden sind,so dass sich das Umschlingungselement 3 an die Hubkonturder Nockenumfangsfläche 14 weitestgehendanlegen kann. Die Gelenkachsen 16 verlaufen also parallelzur Erstreckung der Nockenwelle 8. Um die Gelenkachsen 16 können feststehendeHülsenoder – wiefür daserste Ausführungsbeispielnach den 1 bis 4 angenommen – drehbareRollen 17 angeordnet sein, die sich auf der Nockenumfangsfläche 14 abstützen. Das Umschlingungselement 3 kannals Kette 18, insbesondere Rollenkette oder Hülsenkette,ausgeführt sein.Das Ventil 4 ist schwenkbar mit dem Umschlingungselement 3 ineiner Aufhängung 19 miteiner Schwenkachse 20 verbunden, wobei die Schwenkachse 20 – wie dieGelenkachsen 16 – parallelzur Nockenwelle 8 verläuft,so dass das Ventil 4 in Doppelpfeilrichtung 21 schwenkbarist. Im Ausführungsbeispielfallen die Schwenkachse 20 und die Gelenkachse 16 beieiner im folgenden als Abgriffselement 22 bezeichnetenRolle 17 zusammen. Es kann jedoch auch ein hier nicht gezeigterHalter mit dem Umschlingungselement 3 an dem Abgriffselement 22 verbundensein, an welchem Halter das Ventil 4 schwenkbar angelenktist. Das Abgriffselement 22 folgt der Nockenumfangsfläche 14,wenn der Nocken 2 sich dreht, und das Abgriffselement 22 überträgt den darausresultierenden Hub auf das Ventil 4, das darauf die vorstehendbeschriebene Bewegung in ÖffnungsrichtungOR bzw. SchließrichtungSR ausführt.
[0016] Diein Umfangsrichtung UR gemessene Umfangslänge des Umschlingungselements 3 istgeringfügiggrößer alsder in gleicher Umfangsrichtung UR gemessene Umfang des Nockens 2 ander Nockenumfangsfläche 14,so dass zwischen Nockenumfangsfläche 14 undUmschlingungselement 3 ein gewisses, in den 2 bis 3 übertriebendargestelltes Spiel SP vorliegt, wodurch eine oder mehrere Rollen 17 vonder Nockenumfangsfläche 14 abheben können. DiesesSpiel SP resultiert beispielsweise aus Fertigungstoleranzen desUmschlingungselements 3 und/oder des Nockens 2 und/oderaus einer Längenänderungdes Umschlingungselements 3 aufgrund Verschleiß bzw. Alterungund/oder aus dem an sich bekannten Polygoneffekt. Es kann jedochauch ein gewünschtesSpiel SP vorhanden sein, um das an sich bekannte Ventilspiel ausgleichenzu können. Folgtdas Abgriffselement 22 der Nockenumfangsfläche 14 stelltsich eine ideale Bewegung (Ventilhub) des Ventils 4 in ÖffnungsrichtungOR und Schließrichtungein.
[0017] Aufgrundder Umfangslängedes Umschlingungselements 3 hebt jedoch das Abgriffselement 22 vonder Nockenumfangsfläche 14 ab,wenn das Abgriffselement 22 und damit das Ventil 4 in ÖffnungsrichtungOR mit der ÖffnungsbeschleunigungaO bewegt wird. Dieses Abheben des Abgriffselements 22 bewirkteinen von dem idealen Ventilhub abweichenden Hub und kann bereitsauftreten, währenddas Abgriffselement 22 von der Öffnungsflanke 11 bzw.von dem Exzenterabschnitt 10 des Nockens 2 beaufschlagtwird. Der Verlauf der Beschleunigung aV des Ventils 4 über demDrehwinkel NW der Nockenwelle 8 ist in 6 indurchgezogener Linie dargestellt. Nach der Öffnungsbeschleunigung aO etwa ab einem Drehwinkel von 150° der Nockenwelle 8 hebtdas Abgriffselement 22 von der Nockenumfangsfläche 14 ab bises von dem Umschlingungselement 3 nach Durchlaufens desSpiels SP gefangen wird. Das Ventil 4 wird dabei durchdas Umschlingungselement 3 geführt und das Abgriffselement 22 hatkeinen Kontakt zur Nockenumfangsfläche 14. Diese Phaseder Bewegung des Ventils 4 kann auch als Freiflugphase FPbezeichnet werden, die etwa bis zu einem Drehwinkel von ca. 240° der Nockenwelle 8 anhält. Während dieserFreiflugphase FP findet auch die Richtungsumkehr der Bewegung desVentils 4 von der ÖffnungsrichtungOR in die SchließrichtungSR statt. Nach dieser Freiflugphase FP setzt das Abgriffselement 22 schlagartigauf die Nockenumfangsfläche 14 auf,wodurch es zu einem Beschleunigungsspitzenwert BS kommt, was in 6 durchden gestrichelt eingezeichneten Linienabschnitt deutlich wird.
[0018] Umdieses schlagartige und harte Aufsetzen des Abgriffselements 22 aufdie Nockenumfangsfläche 14 zuvermeiden bzw. zumindest zu verringern, wird das Abgriffselement 22 durchzumindest eine am Umschlingungselement 3 angebrachte, beschleunigbareZusatzmasse 23 wieder auf die Nockenumfangsfläche 14 gezogen.Die zumindest eine Zusatzmasse 23 kann durch eine Rolle 24 mitgegenüberden anderen Rollen 17 erhöhter Masse bereit gestelltwerden. Es wäreauch denkbar, mehrere Rollen 17 mit einer Zusatzmasse 23 auszustatten.Die Zusatzmasse 23 könntezusätzlichoder alternativ an einem der Glieder 15 angebracht oderdurch ein Glied 15 mit gegenüber den anderen Glieder 15 erhöhter Masserealisiert werden. Die Zusatzmasse 23 ist in einem Ausführungsbeispiel – in UmfangsrichtungUR gesehen – mitAbstand AB zu dem Abgriffselement 22 bzw. zu der Aufhängung 19 angeordnet undist – inDrehrichtung 13 – gesehen – der Aufhängung 19 bzw.dem Abgriffselement 22, vorzugsweise direkt, nachgeordnet,also vorzugsweise an dem Glied 15 und/oder an der Rolle 24 angeordnet, das/diedem Abgriffselement 22 direkt folgt. Sind – in UmfangsrichtungUR gesehen – mehrereZusatzmassen 23 vorgesehen, können diese direkt nacheinanderoder ggf. auch mit einem Abstand dazwischen am Umschlingungselement 3 angebrachtsein, welcher Abstand größer alsdie LängeLA eines Gliedes 15 ist. So könnte zwischen zwei Rollen 24 mitZusatzmasse 23 zumindest eine Rolle 17 ohne Zusatzmasse 23 liegen.Gleiches gilt auch, wenn Zusatzmassen 23 verteilt an mehrerenGliedern 15 angebracht sind. Sind mehrere Zusatzmassen 23 vorgesehen,wird vorzugsweise die am nächstenzum Abgriffselement 22 liegende Zusatzmasse 23 amgrößten gewählt unddie anderen Zusatzmassen geringer festgelegt, wobei bei mehr alszwei Zusatzmassen die weitere(n) Zusatzmassen weiter verringertsind. Denkbar wärees überdies,sowohl Rollen 17 als auch Glieder 15 mit Zusatzmassen 23 auszustatten. Ineinem anderen Ausführungsbeispielkönntealternativ oder zusätzlichzu der dem Abgriffselement 22 nachgeordneten Zusatzmasse 23 inanaloger Weise ein Glied 15 und/oder eine Rolle 17 miteiner Zusatzmasse 23' (1)versehen werden, welche Rolle 17 bzw. welches Glied 15 demAbgriffselement 22 bzw. der Aufhängung 19 – in Drehrichtung 13 gesehen – mit AbstandAB vorgeordnet ist, wodurch ggf. ein Abheben des Abgriffselements 22 verhindertbzw. vermindert werden könnte.
[0019] ZurFunktion: Hat das Abgriffselement 22 von der Nockenumfangsfläche 14 abgehoben,wird beim Beschleunigen der Zusatzmasse 23 durch die Hubkonturdes Nockens eine von der Nockenumfangsfläche 14 weggerichteteZusatzmassenkraft ZK (4) erzeugt, die – bedingtdurch die Massenträgheit – die Rolle 24 mitder Zusatzmasse 23 von der Nockenumfangsfläche 14 abhebenlässt,wodurch in den an der Zusatzmasse 23 befestigten Gliedern 15 dieZusatzmassenkraft ZK in Kraftteilkomponenten KT zerfällt, diedas Umschlingungselement 3 straffen und das Abgriffselement 22 miteiner Anlegekraft AK wieder auf die Nockenumfangsfläche 14 bewegen. Dadurchbefindet sich das Abgriffselement 22 vor Beginn der durchdie Hubkontur hervorgerufenen Schließbeschleunigung aS wiederauf der Nockenumfangsfläche 14 unddas zuvor beschriebene harte Aufsetzten des Abgriffselements 22 aufdie Nockenumfangsfläche 14 bleibtaus oder wird zumindest vermindert, was aus dem mit durchgezogenerLinie in 6 gezeigten BeschleunigungsverlaufaV des Ventil 4 hervorgeht.
[0020] DieZusatzmasse 23 bzw. die Gesamtmasse der Rolle 24 bzw.des mit Zusatzmasse versehenen Gliedes 15 wird aus derbekannten Beziehung F = m · aermittelt, mit F = Kraft, m = Masse und a = Beschleunigung, wobeidie zu erzielende Zusatzmassenkraft ZK in Abhängigkeit der zu beschleunigendenMasse des Ventil 4 gewähltwird. Die Maximaldrehzahl des Ventiltriebs 1 und damitdie auftretende Beschleunigung aV kann beider Ermittlung der Zusatzmasse 23 berücksichtigt werden. Um die Gesamtmassedes Ventiltriebs 1 gering zu halten, wird in bevorzugterAusführungsformdie partiell am Umschlingungselement 3 angeordnete Zusatzmasse 23 geringergewähltals die Masse des Ventils 4.
[0021] Gemäß einemzweiten in 5 gezeigten Ausführungsbeispielist das Umschlingungselement 3 des Ventiltriebs 1 alsumlaufende, flexible Schlaufe 25 ausgeführt, die – in Umfangsrichtung UR – vorzugsweiseeinstöckigausgebildet ist, jedoch aus mehreren Lagen 26, 27 oderlediglich einer Lage 26 oder 27 hergestellt seinkann. Die Schlaufe 25 ist – in analoger Weise zum Ausführungsbeispielgemäß 1 bis 4 – mit einerZusatzmasse 23 ausgestattet, die an der Schlaufe 25,beispielsweise außen, befestigtoder innerhalb der Schlaufe 25, beispielsweise zwischenzwei Lagen 26, 27 als Einlegeteil, angebrachtsein kann. Ansonsten sind in 5 gleiche bzw.gleich wirkende Teile wie in den 1 bis 4 mitdenselben Bezugszeichen versehen.
权利要求:
Claims (8)
[1] Ventiltrieb füreine Brennkraftmaschine, mit einem drehbaren Nocken, einem um denNocken angeordneten Umschlingungselement, einem Gaswechselventilund mit einer Aufhängungfür dasGaswechselventil an dem Umschlingungselement, dadurch gekennzeichnet,dass das Umschlingungselement (3) – in Umfangsrichtung (UR) desUmschlingungselements (3) gesehen – mit Abstand (AB) zu der Aufhängung (19)partiell eine Zusatzmasse (23) aufweist.
[2] Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Zusatzmasse (23) – in Drehrichtung (13)des Nockens (2) gesehen – der Aufhängung (19) mit Abstand(AB) vor – und/odernachgeordnet ist.
[3] Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Umschlingungselement (3) in Umfangsrichtung (UR)im wesentlichen undehnbar ausgeführtist.
[4] Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Zusatzmasse (23) an dem Umschlingungselement (3)befestigt ist.
[5] Ventiltrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass das Umschlingungselement (3) aus mehreren beweglichaneinander gereihten Gliedern (15) zusammengesetzt ist,und dass die Zusatzmasse (23) durch eines der Glieder (15)gebildet ist, das gegenüberden anderen Gliedern eine erhöhteMasse aufweist.
[6] Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest ein Glied (15) eine Rolle (17, 24)oder Hülseaufweist, die sich auf der Umfangsfläche (14) des Nockens(2) abstützt,und dass die Rolle (24) oder Hülse die Zusatzmasse (23)aufweist.
[7] Ventiltrieb nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Umschlingungselement (3) als Kette (18)ausgebildet ist.
[8] Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Umschlingungselement (3) als – in Umfangsrichtung (UR) gesehen – einstückige Schlaufe(25) ausgebildet ist, welche Schlaufe (25) dieZusatzmasse (23) aufweist.
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2006-01-12| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
2007-03-08| 8364| No opposition during term of opposition|
2008-07-24| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT, 7, DE |
2010-10-28| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT, 7, DE |
2013-04-18| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20130101 |
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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