DE102005049423A1

DE102005049423A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Viertakt-Verfahren, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005049423A1
Application number: DE102005049423A
Authority: DE
Inventors: Toni Kleinschmidt
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2005-10-15
Filing date: 2005-10-15
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Viertakt-Verfahren, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse (1) und zumindest einem Zylinder (2), in dem ein Kolben mittels eines Pleuels von einer Kurbelwelle bewegbar geführt ist, wobei der Zylinder (2) von einem Zylinderkopf (3) verschlossen ist, in dem Ein- und Auslassgaswechselkanäle vorgesehen sind, die von in Schließrichtung mittels Federn (5) belastbaren Gaswechselventilen (Auslassventil 4) beherrscht sind, die mittels am Zylinderkopf (3) gelagerten Kipphebeln (6) und Nocken (15) zumindest einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle betätigbar sind, mit einer Steuereinrichtung, die das oder die Auslassventile (4) unabhängig von dem Öffnen durch die Nocken (15) zu Gaswechselzwecken zur inneren Abgasrückführung öffnet, wobei die Steuereinrichtung zumindest einen in der Drehebene der Nocken (15) versehenen Zusatznocken (16) und in der Kraftübertragungskette zwischen der Nockenwelle und dem oder den Auslassventilen (4) ein längenveränderliches Stellglied (9) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Viertakt-Verfahren, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse und zumindest einem Zylinder, in dem ein Kolben mittels eines Pleuels von einer Kurbelwelle bewegbar geführt ist, wobei der Zylinder von einem Zylinderkopf verschlossen ist, in dem Ein- und Auslassgaswechselkanäle vorgesehen sind, die von in Schließrichtung mittels Federn belastbaren Gaswechselventilen beherrscht sind, die mittels am Zylinderkopf gelagerten Kipphebeln und mittels Nocken zumindest einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle betätigbar sind, mit einer Steuereinrichtung, die das oder die Auslassventile unabhängig von dem Öffnen durch die Nocken zu Gaswechselzwecken zur inneren Abgasrückführung öffnet.

Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist aus dem SAE Technical Paper Nr. 980180 bekannt. Bei dieser Hubkolben-Brennkraftmaschine greift gemäß 15 auf Seite 16 des Papers ein elektromechanischer Aktuator an einem Kipphebel an, so dass bei dessen Betätigung der Schließweg der Auslassventile begrenzt wird und die Auslassventile zusätzlich zum Öffnen durch die Nocken offen gehalten werden.

Zum einen hat sich bei dieser Steuereinrichtung als nachteilig erwiesen, dass die Auslassventile während des gesamten Zeitraums, in dem diese durch die Nocken nicht geöffnet werden, aufgehalten wer den und sich dadurch keine gezielte Steuerungsmöglichkeit für die Abgasrückführung ergibt.

Des Weiteren erhöhen diese Aktoren den Bauraum der Hubkolben-Brennkraftmaschine, da sie außen an den Kipphebeln angreifen und in nicht unerheblichem Ausmaß die Kipphebel überragen und die Bauhöhe der Hubkolben-Brennkraftmaschine vergrößern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die gattungsgemäße Abgasrückführung zu verbessern und die Nachteile zu beheben, wobei insbesondere auch Wert darauf gelegt wird, dass die Steuereinrichtung in die Baueinheit der Brennkraftmaschine integriert ist und einen geringen Kosten- und Bauaufwand erfordert.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, dass die Steuereinrichtung zumindest einen in der Drehebene der Nocken vorgesehenen Zusatznocken und in der Kraftübertragungskette zwischen der Nockenwelle und dem oder den Auslassventilen ein längenveränderliches Stellglied aufweist.

Durch geeignete Lage und Größe des Zusatznockens auf der Nockenwelle kann damit ein beliebiger Öffnungszeitpunkt der Auslassventile definiert werden, der dem Schwingungssystem der Gase im Einlass- und Auslasskanal bzw. in den sich anschließenden Sammelleitungen Rechnung trägt. Durch das längenveränderliche Stellglied kann die Betätigung des Zusatznockens ein- oder ausgeschaltet werden.

Der Zusatznocken kann bei dieser Ausgestaltung fest auf der Nockenwelle angeordnet sein, da das Stellglied das Wirksamwerden des Zusatznockens steuert. Dabei kann die Lage des Zusatznockens auf den einzelnen Nocken einer z. B. mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine variieren, so dass eine optimale Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten des jeweiligen Zylinders in seinem Gaswechselvorgang Rechnung getragen werden kann.

Bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der zwischen der Nockenwelle und den Kipphebeln je ein mit den Nocken und Zusatznocken in Wirkverbindung stehender Stößel, der im Kurbelgehäuse oder im Zylinderkopf gelagert ist, und eine Stößelstange vorgesehen sind, wird vorgeschlagen, dass das längenveränderliche Stellglied im oder am Stößel oder an der Stößelstange oder am kipphebelseitigen Ende der Stößelstange oder im Kipphebel angeordnet ist. Es ergeben sich daher vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, wie und wo das längenveränderliche Stellglied an- oder eingebaut wird.

In vorteilhafter Weise ist die Stößelstange zweigeteilt, so dass das längenveränderliche Stellglied zwischen dem Kipphebelteil und dem Stößelteil der Stößelstange eingebaut werden kann. Dabei ist das längenveränderliche Stellglied in einer Führungshülse gelagert, die mit einer Ölversorgungsleitung verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine exakte Führung der Stößelstangenteile gegenüber den übrigen Bauteilen der Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Die Führungshülse kann mit dem dem Zylinderkopf zugewandten Ende des Kurbelgehäuses oder mit der dem Kurbelgehäuse zugewandten Zylinderkopf-Bodenplatte oder mit der dem Kurbelgehäuse abgewandten Zylinderkopf-Deckplatte fest verbunden sein, wobei es von Vorteil und wichtig ist, dass die Führungshülse bzw. die Führungshülsen und deren Ölversorgungsleitung in der Nähe eines Ölkanals der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnete sind, damit die Ölversorgung erleichtert wird. Ist die Führungshülse an der Zylinderkopf-Deckplatte angeordnet, so kann die Aufteilung der Stößelstange in zwei Teile entfallen, da das Stellglied dann auch mit dem Kipphebel in Wirkverbindung treten kann. Das Stellglied kann auch im oder am Kipphebel gelagert werden, wobei dann die Teilung der Stößelstange entfallen kann.

Das längenveränderliche Stellglied weist in vorteilhafter Weise einen topfförmig geschlossenen Steuerzylinder auf, in dem ein Steuerkolben verschiebbar angeordnet ist, wobei der Druckraum zwischen dem Steuerkolben und dem Steuerzylinder an die Ölversorgungsleitung unter Zwischenschaltung eines Druckventils angeschlossen ist, das den Ölzufluss ab einem vorbestimmten Druck freigibt. Weiterhin ist an dem Druckraum ein Ölabflusskanal angeschlossen, der einen definierten, kalibrierten Querschnitt aufweist.

Der Weg des Steuerkolbens ist in beiden Bewegungsrichtungen begrenzt, wobei der Weg zumindest der Hubhöhe des Zusatznockens entspricht. Darauf abzustellen ist, dass der gesamte kinematische Verschiebungsweg des Ventiltriebes berücksichtigt wird, so dass es nicht auf die exakte Hubhöhe des Zusatznockens ankommt, sondern auf die wirksame Hubhöhe des Zusatznockens an der Stelle, an der der Steuerkolben angeordnet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Druckraum zwischen dem Steuerkolben und dem Steuerzylinder eine Druckfeder eingebaut ist, deren Kraft kleiner ist als die der Feder der Auslassventile, so dass bei Nichtbetätigung der Abgasrückführung, d. h. bei Nichtbetätigung der zusätzlichen Auslassventilerhebung im Sinne eines Öffnens der Auslassventile, die Druckfeder den Weg des Zusatznockens aufnimmt, ohne dass eine Betätigung der Auslassventile erfolgt.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der Nocken zum Betätigen der Gaswechselvorgänge der Auslassventile um das Maß des Zusatznockens erhöht werden sollte, damit die volle Wirksamkeit des Nockens zum Öffnen der Auslassventile zum Tragen kommen kann, da auch an der bzw. den Rampen der Nocken zunächst der Weg des Zusatznockens durch Zusammendrücken der Druckfeder im längenveränderlichen Stellglied überwunden werden muss, ehe eine Öffnung der Auslassventile erfolgt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zwischen der Ölversorgungsleitung und dem Druckventil, vorzugsweise im Steuerkolben, ein Ölraum vorgesehen ist, der mit einem Hohlraum in einem Teil, vorzugsweise dem Kipphebelteil der Stößelstange oder mit dem Kipphebel, verbunden ist. Damit kann die Ölversorgung des Kipphebels, wie allgemein bekannt, sichergestellt werden, auch wenn ein längenveränderliches Stellglied eingebaut ist.

Der Druck in der Ölversorgungsleitung zu dem längenveränderlichen Stellglied kann in zwei Druckstufen verändert werden, wobei die eine Druckstufe dem Ölversorgungsdruck und die zweite Druckstufe dem Steuerdruck zur Längenveränderung des Stellgliedes entspricht. Diese Drucksteuerung ist mittels eines Magnetventils darstellbar, wobei ein Druck von etwas 0,5 bar für die Ölversorgung des Kipphebels als Mindestdruck geschaltet bleibt und in der zweiten Stufe ein Druck von bis zu 5 bar aufgebaut wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: einen Teilschnitt durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem im Bereich der Zylinderkopf-Deckplatte eingebauten längenveränderlichen Stellglied und
2: einen Schnitt durch ein längenveränderliches Stellglied.
In den 1 und 2 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Kurbelgehäuse bezeichnet, in dem ein mit 2 bezeichneter Zylinder angeordnet ist. An das Kurbelgehäuse 1 und den Zylinder 2 schließt sich ein Zylinderkopf 3 an, in dem ein mit 4 bezeichnetes Auslassventil angeordnet ist, das von einer Feder 5 in Schließstellung belastet ist. An das Auslassventil 4 schließt sich ein, nicht näher dargestellt, am Zylinderkopf 3 gelagerter Kipphebel 6 an, der mit seinem dem Auslassventil 4 abgewandten Ende mit einem Kipphebelteil 7 einer Stößelstange 8 in Wirkverbindung steht. Der Kipphebelteil 7 der Stößelstange 8 stützt sich auf ein allgemein mit 9 bezeichnetes längenveränderliches Stellglied ab, das in einer Führungshülse 10 gelagert ist. Die Führungshülse 10 ist einstückig mit dem Zylinderkopf 3 hergestellt und in Höhe der Zylinderkopf-Deckplatte angeordnet. Die Führungshülse 10 steht über eine Ölversorgungsleitung 11 mit einem Ölkanal 12 in Verbindung. An das längenveränderliche Stellglied 9 schließt weiterhin ein Stößelteil 13 der Stößelstange 8 an, das bis zu einem Stößel 14 reicht, der im Kurbelgehäuse 1 geführt ist. Weiterhin ist in dem Kurbelgehäuse 1 eine Nockenwelle mit einem Nocken 15 drehbar gelagert, wobei in der Drehebene des Nockens 15 ein Zusatznocken 16 im Bereich des Grundkreises des Nockens 15 angearbeitet ist.
Gemäß 2 weist das längenveränderliche Stellglied 9 einen einseitig verschlossenen Steuerzylinder 17 auf, der in der Führungshülse 10 gelagert ist. In dem Steuerzylinder 17 ist ein längenbeweglicher Steuerkolben 18 geführt. Der Bewegungsweg des Steuerkolbens 18 wird einerseits durch einen Federring 19 im Steuerzylinder 17 begrenzt und andererseits durch die Stirnfläche des Steuerkolbens 18, die mit der inneren Grundfläche des Steuerzylinders 17 korrespondiert. An die Ölversorgungsleitung 11 schließt sich ein Ringraum 20 an der Außenfläche des Steuerzylinders 17 an, der über Bohrungen 21 mit einem Doppelringraum 22 in Wirkverbindung steht, der vom Steuerzylinder 17 und dem Steuerkolben 18 gebildet wird. Der Doppelringraum 22 seinerseits steht über Öffnungen 23 mit einem Ölraum 24 im Steuerkolben 18 in Wirkverbindung. An den Ölraum 24 im Steuerkolben 18 ist einerseits ein Druckventil 25 angeschlossen, das den Ölzutritt vom Ölraum 24 zu einem Druckraum 26 zwischen Steuerkolben 18 und Steuerzylinder 17 dann freigibt, wenn ein vorgegebener Mindestdruck überschritten wird. Dann gelangt Drucköl von der Ölversorgungsleitung 11 in den Druckraum 26 und verschiebt den Steuerkolben in die in 2 dargestellte Stellung, wobei das längenveränderliche Stellglied 9 seine längste Ausdehnung hat. An den Druckraum 26 ist weiterhin ein Ölabflusskanal 27 angeschlossen, dessen Querschnitt geringer ist als der vom Druckventil 25 freigegebene Zuflussquerschnitt, so dass ein hinreichender Druck im Druckraum 26 erhalten bleibt, wenn die Ölversorgungsleitung 11 einen hinreichend hohen Versorgungsdruck von bis zu 5 bar liefert. Fällt dieser Versorgungsdruck ab auf eine Größe bis etwa 0,5 bar, so schließt das Druckventil 25, der Druckraum 26 kann sich über den Ölabflusskanal 27 leeren und es herrscht nurmehr die Kraft einer Druckfeder 28 zwischen dem Steuerzylinder 17 und dem Steuerkolben 18. Dann kann sich, wenn der Stößel 14 den Zusatznocken 16 passiert, der Steuerzylinder 17 so weit in Richtung des Steuerkolbens 18 gegen die Kraft der Druckfeder 28 bewegen, dass keine Öffnung der Auslassventile 4 erfolgt. An den Ölraum 24 ist weiterhin ein Hohlraum 29 im Kipphebelteil 7 der Stößelstange 8 angeschlossen (1), der zur Ölversorgung des Kipphebels 6 dient.

1: Kurbelgehäuse
2: Zylinder
3: Zylinderkopf
4: Auslassventil
5: Feder
6: Kipphebel
7: Kipphebelteil
8: Stößelstange
9: längenveränderliches Stellglied
10: Führungshülse
11: Ölversorgungsleitung
12: Ölkanal
13: Stößelteil
14: Stößel
15: Nocken
16: Zusatznocken
17: Steuerzylinder
18: Steuerkolben
19: Federring
20: Ringraum
21: Bohrungen
22: Doppelringraum
23: Öffnungen
24: Ölraum
25: Druckventil
26: Druckraum
27: Ölabflusskanal
28: Druckfeder
29: Hohlraum

Claims

Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Viertakt-Verfahren, insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse (1) und zumindest einem Zylinder (2), in dem ein Kolben mittels eines Pleuels von einer Kurbelwelle bewegbar geführt ist, wobei der Zylinder (2) von einem Zylinderkopf (3) verschlossen ist, in dem Ein- und Auslassgaswechselkanäle vorgesehen sind, die von in Schließrichtung mittels Federn (5) belastbaren Gaswechselventilen (Auslassventile (4)) beherrscht sind, die mittels am Zylinderkopf (3) gelagerten Kipphebeln (6) und mittels Nocken (15) zumindest einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle betätigbar sind, mit einer Steuereinrichtung, die das oder die Auslassventile (4) unabhängig von dem Öffnen durch die Nocken (15) zu Gaswechselzwecken zur inneren Abgasrückführung öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zumindest einen in der Drehebene der Nocken (15) versehenen Zusatznocken (16) und in der Kraftübertragungskette zwischen der Nockenwelle und dem oder den Auslassventilen (4) ein längenveränderliches Stellglied (9) aufweist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatznocken (16) fest auf der Nockenwelle angeordnet ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der zwischen der Nockenwelle und dem Kipphebel (6) je ein mit den Nocken (15) und Zusatznocken (16) in Wirkverbindung stehender Stößel (14) und eine Stößelstange (8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das längenveränderliche Stellglied (9) im oder am Stößel (14) oder an der Stößelstange (8) am Kipphebel angeordnet ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstangen (8) zweigeteilt sind und dass zwischen dem Kipphebelteil (7) und dem Stößelteil (13) das längenveränderliche Stellglied (9) eingebaut ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das längenveränderliche Stellglied (9) in einer Führungshülse (10) gelagert ist, die mit einer Ölversorgungsleitung (11) verbunden ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (10) mit dem dem Zylinderkopf (3) zugewandten Ende des Kurbelgehäuses (1) oder mit der dem Kurbelgehäuse (1) zugewandten Zylinderkopf-Bodenplatte oder der dem Kurbelgehäuse (1) abgewandten Zylinderkopf-Deckplatte, vorzugsweise in der Nähe eines Ölkanals (12) der Hubkolben-Brennkraftmaschine, fest verbunden ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das längenveränderliche Stellglied (9) einen topfförmig verschlossenen Steuerzylinder (17) und einen im Steuerzylinder (17) verschiebbaren Steuerkolben (18) aufweist, wobei ein Druckraum (26) zwischen dem Steuerkolben (18) und dem Steuerzylinder (17) an die Ölversorgungsleitung (11) unter Zwischen schaltung eines Druckventils (25), das den Ölzufluss ab einem vorbestimmten Druck freigibt, angeschlossen ist, und am Druckraum (26) ein Ölabflusskanal (27) vorgesehen ist, der zu einem drucklosen Raum führt.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Steuerkolbens (18) in beiden Bewegungsrichtungen begrenzt ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Steuerkolbens (18) zumindest der Hubhöhe des Zusatznockens (16) entspricht.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckraum (26) zwischen dem Steuerkolben (18) und dem Steuerzylinder (17) eine Druckfeder (28) eingebaut ist, deren Kraft kleiner ist als die Kraft der Federn (5) der Auslassventile (4).
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ölversorgungsleitung (11) und dem Druckventil (25), vorzugsweise im Steuerkolben (18), ein Ölraum (24) vorgesehen ist, der mit einem Hohlraum (29) in einem Teil, vorzugsweise dem Kipphebelteil (7), der Stößelstange (8) verbunden ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Ölversorgungsleitung (11) in zwei Druckstufen, einem Ölversorgungsdruck und einem Steuerdruck, mittels eines Magnetventils steuerbar ist.