DE10147293A1

DE10147293A1 - Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10147293A1
Application number: DE10147293A
Authority: DE
Inventors: Matthias Taubensee
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-10
Also published as: EP1298288B1; DE50200256D1; EP1298288A1

Abstract

Ventilbetätigungselement (1) für ein Gaswechselventil (2) einer Brennkraftmaschine, das schwenkbeweglich um eine Achse (3) einer Hydraulikleitung (4) mit einem Hydraulikmedium führenden Bereich (5) angeordnet ist, wobei von der Hydraulikleitung (4) beabstandet ein hydraulisches Spielausgleichselement (6) in dem Ventilbetätigungselement (1) angeordnet ist, das auf das Gaswechselventil (2) einwirkt, und das hydraulische Spielausgleichselement (6) durch eine Versorgungsleitung (7) mit einem darin angeordneten Einwegeventil (8) von der Hydraulikleitung (4) mit Hydraulikmedium versorgt wird, wobei die Versorgungsleitung (7) mit einer Rückflussleitung (9), die zur Hydraulikleitung (4) rückgeführt ist, verbunden ist, wobei die Hydraulikleitung (4) um ihre Achse (3) schwenkbar und abwechselnd die Versorgungsleitung (7) oder die Rückflussleitung (9) mit dem Hydraulikmedium führenden Bereich (5) verbindbar ist. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilbetätigungselementes für ein Gaswechselventil ist auf einfache Weise eine Ventilabschaltung realisierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung geht aus von der deutschen Patentschrift 35 26 292 C2. In dieser ist eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung in einem Kipphebel für Brennkraftmaschinen beschrieben. Der Kipphebel verfügt über eine Schmierölzufuhr in seiner Achse. Durch eine Bohrung in der Achse und einer weiteren Bohrung im Kipphebel wird Schmieröl zu einer Ventilspielausgleichseinrichtung befördert, die in dem Ende des Kipphebels integriert ist, welcher auf einem Gaswechselventil aufliegt. Durch eine Bohrung in dem hydraulischen Ventilspielausgleichselement auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite und einer Ölrückführbohrung an dem Kipphebel ist die Ölrückführung zu seiner Achse möglich. Zwischen der Achse und der Ölrückführbohrung ist eine Öffnung eingearbeitet, durch die die im Schmieröl befindlichen Gase aus diesem entweichen können.

Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist aufgrund der Gasabführöffnung die ständig notwendige Ölnachfuhr, damit das hydraulische Ventilspielausgleichselement im ständigen Kontakt mit dem Gaswechselventil bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Ventilbetätigungselement mit einem hydraulischen Spielausgleichselement eine Ventilabschaltung zu realisieren, wobei gleichzeitig die Leckageverluste minimiert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung sowohl für Kipphebel als auch für Schlepphebel eingesetzt werden. Darüber hinaus handelt es sich nur um geringe bewegte Massen im Ventiltrieb, wodurch auch bei höheren Drehzahlen Gaswechselventile zu- und abgeschalten werden können. Durch den Entfall von mechanischen Schaltsystemen, wie z. B. Verriegelungsstiften, treten bei dieser Erfindung keine Verschleißprobleme auf. Neben der nahezu völligen Verschleißfreiheit ist besonders hervorzuheben, dass bei der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung keine zusätzliche aufwendige Ölversorgung bzw. zusätzliche Schaltventile benötigt werden. Die hydraulische Umschaltung gestattet darüber hinaus die Verwendung von einfachen Nockenkonturen, wie sie in Ventiltrieben ohne Schaltvorrichtung eingesetzt werden. Insgesamt stellt das hier vorgestellte Schaltsystem eine relativ einfache Lösung dar, die auch fertigungstechnisch einfach herstellbar ist. Aus diesem Grund sind die Herstellkosten relativ niedrig. Bei Verwendung eines derartigen Systems für jedes Ein- bzw. Auslassventil, ist es auf einfache Weise möglich, eine Ventilabschaltung oder auch eine Zylinderabschaltung durchzuführen. Bei Verwendung des brennkraftmaschineneigenen Schmiermittelsystems, wird keine weitere zusätzliche Hochdruckschmiermittelversorgung benötigt. Darüber hinaus sind nur geringe Änderungen an einem herkömmlichen Zylinderkopf zur Adaption des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Systems notwendig.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine einfache Herstellung des Ventilbetätigungselementes, wodurch trotz der Schaltbarkeit die Herstellkosten kaum erhöht werden.

Auch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 reduziert die Herstellkosten für das erfindungsgemäße Ventilbetätigungselement.

Eine Schwenkeinrichtung nach den Ansprüchen 4 mit 6 gestattet den Entwicklungsingenieuren einen weiten Spielraum hinsichtlich der Auswahl des Stellelements bzw. der Kraftübertragungsmöglichkeiten vom Stellelement auf die Achse. Über die Auswahl des Stellelementes mit elektrischem oder hydraulischem Antrieb in Verbindung mit den Kraftübertragungselementen, beispielsweise über Schneckentrieb, Riementrieb, Flügelzellenversteller, Axialkolbenversteller mit Schrägverzahnung usw. können fast beliebige Ausgestaltungsvarianten miteinander kombiniert werden. Somit kann für jedes Ventiltriebskonzept die optimale Verstelleinheit angepasst werden.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 7 ermöglicht dem Entwickler weitere gestalterische Freiheiten bezüglich der Hydraulikmittelzuführung zu dem Verstellsystem.

Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in zwei Figuren näher erläutert.
Fig. 1 Schnittzeichnung durch ein Ventilbetätigungselement
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Antriebs einer Achse
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ventilbetätigungselement 1, welches radial um eine Hydraulikleitung 4 mit einem Hydraulikmedium führenden Bereich 5 und einer Achse 3, angeordnet ist, und mit einem hydraulischen Spielausgleichselement 6, bestehend aus einem Stößel 11 und einer Hydraulikkammer 12, in die eine erste Feder 13 angeordnet ist. Der Hydraulikmedium führende Bereich 5 steht über ein Einwegeventil 8, bestehend aus einem Käfig 14, einer Kugel 15 und einer zweiten Feder 16, über eine Versorgungsleitung 7 mit der Hydraulikkammer 12 in Verbindung und die Versorgungsleitung 7 ist gleichzeitig über eine Rückflussleitung 9 an die Hydraulikleitung 4 zurückgeführt. Die Rückflussleitung 9 dient bei abgeschaltetem Gaswechselventil gleichzeitig als Versorgungsleitung für Hydraulikmedium. Der Stößel 11 liegt auf einem Gaswechselventil 2 auf, während auf der, dem Gaswechselventil 2 gegenüberliegenden Seite ein Nocken 10 mit dem Ventilbetätigungselement 1 in Wirkverbindung steht.
In der dargestellten Position ist das Gaswechselventil 2 aktiviert. Das Hydraulikmedium, hier Motoröl, wird durch die Hydraulikleitung 4 durch eine Bohrung 22 in der Hydraulikleitung 4, durch das Einwegeventil 8 und die Versorgungsleitung 7 in die Hydraulikkammer 12 gefördert und befüllt diese mit Hydraulikmedium. Durch die Füllung mit Hydraulikmedium und durch die Federwirkung der ersten Feder 13, die den Stößel 11 aus der Hydraulikkammer 12 drückt, wird ein eventuell vorhandenes Spiel zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Ventilbetätigungselement 1 ausgeglichen.
Durch Drehung des Nockens 10 von einem Nockengrundkreis in einen Nockenhubbereich wird das Ventilbetätigungselement 1 um seinen Drehpunkt, die Achse 3, im Uhrzeigersinn geschwenkt. Das in erster Näherung inkompressible Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 12 überträgt den Nockenhub über den Stößel 11 auf das Gaswechselventil 2. Das Gaswechselventil 2 öffnet sich entsprechend der Hubvorgabe des Nockens 10.
Das Einwegeventil 8 verhindert ein Zurückdrücken des Hydraulikmediums in die Hydraulikleitung 4. Gleichzeitig wird eine kleine Menge Hydraulikmedium durch die Rückflussleitung 9 in einen Bewegungsspalt zwischen der Hydraulikleitung 4 und dem Ventilbetätigungselement 1 gedrückt und sorgt in diesem Gleitreibungsbereich für die notwendige Schmierung. Ein Bewegungsringspalt, der nicht näher dargestellt ist, zwischen dem Stößel 11 und dem Ventilbetätigungselement 1 ist ebenfalls gleichzeitig ein Leckagespalt.
Wenn der Nocken 10 weitergedreht wird und der Berührpunkt zwischen dem Stößel 11 und dem Nocken 10 wieder in dem Nockengrundkreisbereich liegt, öffnet sich das Einwegeventil 8 und Hydraulikmedium wird infolge der Druckdifferenz zwischen dem hydraulikmedienführenden Bereich 5 und der Hydraulikkammer 12 sowie der Federkraft der ersten Feder 13 in die Hydraulikkammer 12 gesaugt. Hierdurch wird eventuelles Spiel zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 ausgeglichen.
Zur Deaktivierung des Gaswechselventils 2 wird die Hydraulikleitung 4 um die Achse 3 derart verdreht, dass die Bohrung 22 mit der Rückflussleitung 9 verbunden und die Versorgungsbohrung 7 verschlossen ist.
Drückt der Nocken 10 in dieser Stellung der Hydraulikleitung 4 auf das Ventilbetätigungselement 1, so kann sich so kein Hochdruck in der Hydraulikkammer 12 aufbauen. Das Hydraulikmedium wird infolge der einwirkenden Kraft zwischen dem Nockens 10 und dem Gaswechselventil 2 auf das Ventilbetätigungselement 1 aus der Hydraulikkammer 12 zurück in die Hydraulikleitung 4 gedrückt. Das Gaswechselventil bleibt in seiner Ruheposition und ist deaktiviert. Voraussetzung hierfür ist, das trotz einer Schwenkbewegung des Ventilbetätigungselements 1 die Versorgungsleitung 7 immer mit der Bohrung 22 und somit mit der Rückflussleitung 9 verbunden bleibt. Die erste Feder 13 sorgt dabei für ständigen Kontakt zwischen dem Nocken 10, dem Ventilbetätigungselement 1, dem Stößel 11 und dem Gaswechselventil 2.
In der Nockengrundkreisphase wird eventuelles Spiel zwischen dem Gaswechselventil und dem Stößel 11 durch die Federwirkung der ersten Feder 13 und dem Befüllen der Hydraulikkammer 12 mit Hydraulikmedium ausgeglichen.
In dem Ventilbetätigungselement 1 sind ferner zwei Bohrungen 9a, eine Bearbeitungsbohrung für die Rückflussleitung 9 und eine weitere Bohrung 7a, eine Bearbeitungsbohrung zur Versorgungsleitung 7 erkennbar. Diese, im Zusammenbau durch die Hydraulikleitung 4 verschlossenen Bohrungen 7a und 9a gestatten eine einfache mechanische Fertigung der Rückflussleitung 9 sowie der Versorgungsleitung 7 sowie eine einfache Implementierung des Einwegeventils 8 in das Ventilbetätigungselement 1.
Die in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen gelten auch für Fig. 2, die eine schematische Darstellung eines Antriebs der Hydraulikleitung 4 zeigt. Der Antrieb erfolgt über ein Stellelement 17, welches mit einem ersten Übertragungselement 19, hier einem Stirnzahnrad, in Verbindung steht. Dieses kämmt mit einem zweiten Übertragungselement 20, einem zweiten Stirnzahnrad, welches an der Hydraulikleitung 4 radial am Außenumfang befestigt ist. Durch das Übertragungsverhältnis des ersten Übertragungselementes 19 zum zweiten Übertragungselement 20 kann eine fast beliebige Übersetzung bzw. Untersetzung realisiert werden. In der Hydraulikleitung 4 ist radial ein Langloch 21, ein Hydraulikzulauf sowie die Bohrung 22 erkennbar. Die Stirnseiten der Hydraulikleitung 4 sind verschlossen und Hydraulikmedium wird durch den Hydraulikzulauf 21 in die Hydraulikleitung 4 gefördert. Durch die Bohrung 22, die je nach Schaltzustand entweder bündig mit der Versorgungsleitung 7 ist oder mit der Rückflussleitung 9 in Verbindung steht, wird das Hydraulikmedium entweder in die Hydraulikkammer 12 oder aus dieser zurück in die Hydraulikleitung 4 gefördert.
Eine weitere Möglichkeit die Hydraulikleitung 4 zu schwenken besteht darin, dies über einen nicht dargestellten Hebel von einem ebenfalls nicht dargestellten Aktor zu verdrehen. Als Aktor sind elektromagnetische, hydraulische, pneumatische, mechanische oder piezoelektrische Systeme möglich.
Das Hydraulikmedium kann dabei über den Hydraulikzulauf 21, z. B. durch ein Schwinghebelachsenlager in die Hydraulikleitung 4 geführt werden und von dort über die Bohrung 22 zu den Versorgungsleitungen 7, bzw. Rückflussleitungen 9 der einzelnen Ventilbetätigungselemente 1 gelangen.
Eine weitere Variante zur Verdrehung der Hydraulikleitung 4 besteht darin, die Hydraulikleitung 4 mit einem Elektromotor und einem Schneckengetriebe die Hydraulikleitung 4 zu verdrehen. Weitere Varianten wären Antriebe über einen Riementrieb, bzw. Flügelzellenversteller oder Axialkolbenversteller mit Schrägverzahnung.
Die gesamte hier vorgestellte Erfindung könnte bei genügend schneller Verdrehung der Hydraulikleitung 4 und entsprechend genauer Anpassung der Toleranzen auch zur Variation des Gaswechselventilhubes bei Motoren mit geringer Zylinderanzahl verwendet werden, indem während der Gaswechselventilhubphase die Bohrung 22 kurzzeitig mit der Rückflussleitung 9 übereinandergebracht wird und somit eine definierte Hydraulikmittelmenge aus der Hydraulikkammer 12 entweichen kann. Hierdurch wird ein verringerter Gaswechselventilhub erreicht.
Das erfindungsgemäße Ventilbetätigungselement 1 kann beispielsweise nur für ein Gaswechselventil 2 einer Brennkraftmaschine oder für mehrere Gaswechselventile eines Zylinders oder auch für alle Gaswechselventile der Brennkraftmaschine gleichzeitig eingesetzt werden.
In technischen Ausführungen ist noch darauf zu achten, dass zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 ein weiteres Bauelement angeordnet ist, Winkelveränderung zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 aufgrund der Verkippung des Ventilbetätigungselementes 1 ausgleicht. Bezugszeichenliste 1 Ventilbetätigungselement
2 Gaswechselventil
3 Achse
4 Hydraulikleitung
5 Hydraulikmediumführender Bereich
6 Hydraulisches Spielausgleichselement
7 Versorgungsbohrung
7a Bearbeitungsbohrung der Versorgungsleitung
8 Einwegeventil
9 Rückflussleitung
9a Bearbeitungsbohrung Rückflussleitung
10 Nocken
11 Stößel
12 Hydraulikkammer
13 Erste Feder
14 Käfig
15 Kugel
16 Zweite Feder
17 Stellelement
18 Übersetzung
19 Erstes Übertragungselement
20 Zweites Übertragungselement
21 Hydraulikzulauf
22 Bohrung

Claims

1. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, das schwenkbeweglich um eine Achse einer Hydraulikleitung mit einem hydraulikmediumführenden Bereich angeordnet ist, wobei von der Hydraulikleitung beabstandet ein hydraulisches Spielausgleichselement in dem Ventilbetätigungselement angeordnet ist, das auf das Gaswechselventil einwirkt, und das hydraulische Spielausgleichselement durch eine Versorgungsleitung mit einem darin angeordneten Einwegeventil von der Hydraulikleitung mit Hydraulikmedium versorgt wird, wobei die Versorgungsleitung mit einer Rückflussleitung, die zur Hydraulikleitung rückgeführt ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (4) um ihre Achse (3) schwenkbar und abwechselnd die Versorgungsleitung (7) oder die Rückflussleitung (9) mit dem hydraulikmediumführenden Bereich (5) verbindbar ist.

2. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (8) an die Hydraulikleitung (4) angeordnet ist.

3. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei das hydraulische Spielausgleichselement in einem Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungselement (1) das Gehäuse ist.

4. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (4) von einem Stellelement (17) verschwenkbar ist.

5. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (4) direkt oder über eine Übersetzung (18) von dem Stellelement (17) verschwenkbar ist.

6. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (17) elektrisch oder hydraulisch angetrieben ist.

7. Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss von Hydraulikmedium in die Hydraulikleitung aus radialer oder axialer Richtung erfolgt.