DE102005028805A1

DE102005028805A1 - Einrichtung zur hydraulischen Ventilhubumschaltung

Info

Publication number: DE102005028805A1
Application number: DE200510028805
Authority: DE
Inventors: Jan Zimmermann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-01-04
Also published as: WO2006136294A1

Abstract

Einrichtung zur hydraulischen Ventilhubumschaltung bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Schaltelementen (3), deren Betätigung durch mindestens eine am Zylinderkopf (1) drehbar gelagerte und durch eine Steuerkette (3) angetriebene Nockenwelle (2) erfolgt, um ein je zugeordnetes Einlass-/Auslassventil zu schalten, wobei das Schaltelement (4) zur Einstellung mindestens zweier unterschiedlicher Ventilhübe hydraulisch über ein Drosselventil (9) verstellbar ist, wobei das elektromagnetisch betätigbare Drosselventil (9) zumindest teilweise in einem am Zylinderkopf (1) angebrachten Führungselement (7) für die Steuerkette (3) integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur hydraulischen Ventilhubumschaltung bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Schaltelementen, deren Betätigung durch mindestens eine am Zylinderkopf drehbar gelagerte und durch eine Steuerkette angetriebene Nockenwelle erfolgt, um ein je zugeordnetes Einlass-/Auslassventil zu schalten, wobei das Schaltelement zur Einstellung mindestens zwei unterschiedlicher Ventilhübe hydraulisch über ein Drosselventil verstellbar ist.
Durch die hydraulische Ventilhubumschaltung ändert sich sowohl der Ventilhub als auch die Ventilsteuerzeit. Im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors sorgen kleine Ventilhübe mit dem damit verbundenen geringen Öffnungsquerschnitt für eine höhere Einströmgeschwindigkeit und damit für eine bessere Verwirbelung der Frischluft im Zylinder. Damit ist in der Teillast eine sehr gute Gemischaufbereitung gewährleistet. Bei hoher Drehzahl und hoher Drehmomentforderung – bei Volllast – ist aufgrund der geforderten hohen Motorleistung die maximale Füllung erforderlich. Hierzu wird der große Ventilhub eingestellt. Die Umschaltung auf verschiedene Ventilhübe wird dadurch erreicht, dass ein Zusatznocken der Nockenwelle eines vorher freischwingenden Schaltschlepphebels als Schalt element auf einen Standard-Kipphebel drehzahlabhängig eingekoppelt wird.

Aus der DE 10 2004 007 766 A1 geht ein derartiges nach Art eines Schaltschlepphebels aufgebautes Schaltelement zur Einstellung unterschiedlicher Nockenhübe hervor. Dieser besteht aus einem Außenhebel, zwischen dessen Armen ein Innenhebel verschwenkbeweglich gelagert ist. So wird bei Kopplung ein großer und bei Entkopplung ein kleiner oder Null-Ventilhub generiert. Als Koppelmittel umfasst das Schaltelement einen längs verlagerbaren Schieber, der innerhalb einer Längsbohrung im Schaltelement angeordnet ist und über Druckmittel betätigbar ist. Der Schieber ist in der Koppelrichtung über die Kraft des Druckmittels verlagerbar.

Aus der EP 0 671 550 A1 geht eine gattungsgemäße Einrichtung zur hydraulischen Ventilhubumschaltung bei einem Verbrennungsmotor hervor. Über zwei den Hydraulikdruck steuernde Drosselventile werden die Hydraulikdrücke in jeweils zugeordneten Ölpassagen bei Betriebsstart des Verbrennungsmotors bei niedriger Temperatur gelöst. Wenn nach dem Start des Verbrennungsmotors ein Niederdrehzahl-Betriebszustand erreicht ist, wird an der einen Ölpassage Hydraulikdruck angelegt, jedoch wird der Hydraulikdruck in der zweiten Ölpassage gelöst. Wenn ferner der Verbrennungsmotor einen Hochdrehzahl-Betriebszustand erreicht hat, wird der Hydraulikdruck an beide Ölpassagen angelegt. Das Verbinden und Trennen des hierfür zum Einsatz kommenden Schaltelements erfolgt durch Betätigung integrierter Umschaltmechanismen in Antwort auf das Anlegen des Hydraulikdrucks an die Ölpassagen.

Bei einer hydraulischen Ventilhubumschaltung der vorstehend beschriebenen Art tritt das Problem auf, dass das zur hydraulischen Einstellung der Ventilhübe zum Einsatz kommende Drosselventil an geeigneter Stelle im Bereich des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors vorzusehen ist. Bauraum ist hier jedoch knapp.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Drosselventil einer hydraulischen Ventilhubumschaltung bei einem Verbrennungsmotor bauraum-optimal und gut zugänglich am Zylinderkopf anzuordnen.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das elektromagnetisch betätigbare Drosselventil zumindest teilweise in eine am Zylinderkopf angebrachten Führungselement für die Steuerkette integriert ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das sowieso zur Führung der Steuerkette vorzusehende Führungselement das Drosselventil aufnimmt, welches in soweit nicht separat an andere Stelle am Zylinderkopf angebracht werden muss. Das Führungselement für die Steuerkette ist meist oberhalb des Zylinderkopfes im Bereich zwischen beiden Nockenwellen angeordnet. Die Steuerkette verläuft ausgehend von der Kurbelwelle und ggf. über Umlenkrollen über beide Nockenwellen und wird dabei durch das Führungselement geführt. Durch die Integration des Drosselventils in das Führungselement sind weniger Bauteile erforderlich, die Anzahl der Montageoperation verringert sich und das Führungselement kann des Weiteren auch zur Zuführung und Abführung des Schmieröls entsprechende Kanäle aufnehmen. Da das Drosselventil der hydraulischen Ventilhubumschaltung erfindungsgemäß in bestehenden Bauraum eingebracht ist, ist auch keine zusätzliche Abdichtung erforderlich. Des Weiteren ist Modularität im Sinne von Ausstattung des Verbrennungsmotors mit oder ohne Schaltelement durch einfaches Austauschen des Drosselventils am Führungselement erreichbar.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass der Ölversorgungskanal des Drosselventils wenigsten teilweise durch ein in eine Ölversorgungssteigbohrung des Zylinderkopfes eingestecktes Verlängerungsrohr gebildet ist. Das eingesteckte Verlängerungsrohr ermöglicht eine einfache Ankopplung der Schmierölversorgung an das im Führungselement integrierte Drosselventil.

Vorzugsweise ist im Zylinderkopf ein Syphonraum einer Ölgalerie eingebracht, und zwar konzentrisch um die Ölversorgungssteigbohrung des Zylinderkopfes zum Drosselventil hin. Der Syphonraum der Ölgalerie verhindert ein Leerlaufen der Ölgalerie, was Folgeschäden bis hin zur Zerstörung des Verbrennungsmotors nach sich ziehen könnte.

Das erfindungsgemäße Führungselement besteht aus einem gießfähigen Material – vorzugsweise einem Leichtmetall – und weist auf dessen Steuerketten-Kontaktfläche einen zusätzlichen Gleitbelag auf, über welchen das Führungselement mit der Steuerkette in Kontakt steht und diese führt. Daneben ist es auch denkbar, dass das Führungselement aus Kunststoff bestehen kann, wobei der Gleitbelag ggf. auch entfallen kann.

Vorzugsweise ist das elektromagnetische Drosselventil zur Ventilhubumschaltung zwischen mindestens zwei Drossel stellungen umschaltbar, wobei der die Ventilmechanik enthaltende Ventilkörper zumindest teilweise in einer korrespondierenden Ausnehmung des Führungselements untergebracht ist, wobei ferner die elektromagnetische Betätigungseinheit der Ventilmechanik samt elektrischem Anschluss außerhalb des Führungselements angeordnet ist. Es ist auch denkbar, das elektromagnetische Drosselventil zur Ventilhubumschaltung vollständig in das Führungselement zu integrieren, so dass lediglich dessen elektrischer Anschluss nach außen hin zugänglich ist. Die vorstehend beschriebene teilweise Integration im Führungselement hat demgegenüber jedoch den Vorteil, dass die gegenüber der Ventilmechanik reparaturanfällige elektromagnetische Betätigungseinheit von außen her zur Reparaturzwecken gut zugänglich ist.

In diesem Zusammenhang bietet es sich an, das elektromagnetische Drosselventil mit nur einer Befestigungsschraube lösbar am Führungselement zu befestigen. Denn es hat sich gezeigt, dass eine einzige Befestigungsschraube ausreicht, um eine zuverlässige lösbare Verbindung zwischen Drosselventil und Führungselement herzustellen. Hierüber lässt sich das elektromagnetische Drosselventil in besonders einfacher Weise montieren oder demontieren.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernde Maßnahme ist vorgesehen, dass das elektromagnetische Drosselventil neben der Ventilhubumschaltung auch Schmieröl zur Schmierung der Steuerkette liefert. Zu diesem Zwecke verläuft vom Drosselventil aus ein Steigkanal durch das Führungselement, der an der Steuerketten-Kontaktfläche ausmündet. An dieser Stelle kann Schmieröl ausgehend vom Drosselventil an die Steuerkette gelangen, welche hierüber geschmiert wird. Das elektromagnetische Drosselventil dient somit neben der Begrenzung des Öldrucks im Rahmen der hydraulischen Ventilhubumschaltung auch dem Verzweigen des Ölstroms zu Schmierungszwecken.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung des Teils eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors mit in einen Führungselement für die Steuerkette integrierten Drosselventil zur hydraulischen Ventilhubumschaltung,
2 einen teilweise Querschnitt durch den Zylinderkopf nach 1 im Bereich des hier anzubringenden Führungselements, und
3 einen Querschnitt durch ein im Führungselement nach 1 integriertes Drosselventil zur Montage auf den Zylinderkopf nach 2.
Gemäß 1 weist ein Zylinderkopf 1 eines – nicht weiter dargestellten – Verbrennungsmotors zwei obenliegende Nockenwellen auf, von welchen hier nur die eine Nockenwelle 2 zeichnerisch dargestellt ist. Die Nockenwelle 2 wird mittels Steuerkette 3 (hier schematisch angedeutet) in an sich bekannter Weise in Drehbewegung versetzt, um über deren Nocken das Schaltelement 4 zu betätigen. Zur hydraulischen Ventilhubumschaltung weist der Zylinderkopf 1 eine umlaufende Ölgalerie 5 auf. Über die Ölgalerie 5 werden den Schaltelementen 4 je zugeordnete – hier nicht weiter dargestellte – Hydrolifter betätigt, die innerhalb einer Aufnahme 6 am Zylinderkopf 1 angeordnet sind.
Zwischen den Nockenwellen 2 (nur eine dargestellt) ist oberhalb des Zylinderkopfes 1 ein Führungselement 7, für die Steuerkette 3 vorgesehen. Das Führungselement 7 besteht aus einem Leichtmetall und ist an dessen Steuerketten-Kontaktfläche mit einem Gleitbelag 8 versehen. Der Gleitbelag 8 dient zum Verschleißschutz des Führungselements 7. Zur Einstellung unterschiedlicher Ventilhübe dient ein mit der Ölgalerie 5 in Wirkverbindung stehendes elektromagnetisch betätigbares Drosselventil 9, welches teilweise in dem am Zylinderkopf 1 angebrachten Führungselement 7 für die Steuerkette 3 integriert ist.
Gemäß 2 umfasst die im Zylinderkopf 1 integrierte Ölgalerie 5 eine Ölversorgungssteigbohrung 10, die mit einem eingesteckten Verlängerungsrohr 11 ausgestattet ist. Das eingesteckte Verlängerungsrohr 11 dient der Ölversorgung des – in dieser Figur nicht dargestellten – Drosselventils. Um das Verlängerungsrohr 11 herum befindet sich ein Syphonraum 12 der Ölgalerie 5, der ein Leerlaufen verhindert.
Im Hinblick auf 3 ist das elektromagnetische Drosselventil 9 zur Ventilhubumschaltung ausgehend von einem Ölversorgungskanal 13 mit Schmieröl gespeist, welcher durch das Führungselement 7 hindurch verläuft. In den Ölversorgungskanal 13 ragt – das hier nicht weiter dargestellte – Verlängerungsrohr 11 hinein. Der die Ventilmechanik des Drosselventils 9 enthaltende Ventilkörper 14 ist teilweise in einer korrespondierenden Ausnehmung des Führungselements 7 untergebracht. Das elektromagnetische Drosselventil 9 umfasst ferner eine elektromagnetische Betätigungseinheit 15, mit welcher die Ventilmechanik schaltbar ist. Die elektromagnetische Betätigungseinheit 15 ist samt eines äußeren elektrischen Anschlusses 16 außerhalb des Führungselements 7 angeordnet. Der vom Ölversorgungskanal 13 der anstehende Öldruck wird je nach Schaltstellung der Ventilmechanik mehr oder weniger gedrosselt zum Ölablasskanal 17 weitergeleitet und gelangt von hier aus in den – hier nicht weiter dargestellten – Syphonraum 12 der Ölgalerie 5.
Die im elektromagnetischen Drosselventil 9 integrierte Ventilmechanik verzweigt den Ölfluss, so dass ein Teil des Ölflusses über einen ebenfalls im Führungselement 7 ausgebildeten Steigkanal 18 im Bereich des Gleitbelages 8 zur – hier nicht weiter dargestellten – Steuerkette hinaus mündet. Das elektromagnetische Drosselventil 9 ist über eine Befestigungsschraube 19 lösbar am Führungselement 7 befestigt.

1: Zylinderkopf
2: Nockenwelle
3: Steuerkette
4: Schaltelement
5: Ölgalerie
6: Ausnehmung
7: Führungselement
8: Gleitbelag
9: Drosselventil
10: Ölversorgungssteigbohrung
11: Verlängerungsrohr
12: Syphonraum
13: Ölversorgungskanal
14: Ventilkörper
15: Betätigungseinheit
16: elektrischer Anschluss
17: Ölauslasskanal
18: Steigkanal
19: Befestigungsschraube

Claims

Einrichtung zur hydraulischen Ventilhubumschaltung bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Schaltelementen (3), deren Betätigung durch mindestens eine am Zylinderkopf (1) drehbar gelagerte und durch eine Steuerkette (3) angetriebene Nockenwelle (2) erfolgt, um ein jeweils zugeordnetes Einlass-/Auslassventil zu schalten, wobei das Schaltelement (4) zur Einstellung mindestens zweier unterschiedlicher Ventilhübe hydraulisch über ein Drosselventil (9) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetisch betätigbare Drosselventil (9) zumindest teilweise in einem am Zylinderkopf (1) angebrachten Führungselement (7) für die Steuerkette (3) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölversorgungskanal (13) des Drosselventils (9) zumindest teilweise durch ein in eine Ölversorgungssteigbohrung (10) des Zylinderkopfes (1) eingestecktes Verlängerungsrohr (11) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Syphonraum (12) einer Ölgalerie (5) konzentrisch um die Ölversorgungssteigbohrung (10) im Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7) aus einem Metall oder Kunststoff besteht, wobei dessen Steuerketten-Kontaktfläche mit einem zusätzlichen Gleitbelag (8) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölversorgungskanal (13) mit dem aus der Ölgalerie (5) des Zylinderkopfs (1) stammenden Schmieröl gespeist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Drosselventil (9) zur Ventilhubumschaltung zwischen mindestens zwei Drosselstellungen schaltbar ist, wobei der die Ventilmechanik enthaltende Ventilkörper (14) zumindest teilweise in einer korrespondierenden Ausnehmung des Führungselements (7) untergebracht ist, wobei ferner die elektromagnetische Betätigungseinheit (15) der Ventilmechanik samt elektrischem Anschluss (16) außerhalb des Führungselements (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Drosselventil (9) daneben auch Schmieröl zur Schmierung der Steuerkette liefert, das an einem am Gleitbelag (8) ausmündenden Steigkanal (18) austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Drosselventil (9) mit nur einer Befestigungsschraube (19) lösbar am Führungselement (7) befestigt ist.