DE102009034805A1

DE102009034805A1 - Schaltbarer Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102009034805A1
Application number: DE102009034805A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schleeh
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-25
Filing date: 2009-07-25
Publication date: 2011-01-27
Also published as: WO2011012383A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbares Ventiltriebelement (1) für ein Ventil (3) einer Brennkraftmaschine, mit einem inneren Hochdruckraum, der durch einen im Inneren des Ventiltriebelementes (1) angeordneten Schaltverschluss (7) verschließbar ist, wobei durch das Ventiltriebelement (1) ein Hub eines Nockens (9) auf das Ventil (3) hydraulisch mittels in dem Hochdruckraum (5) eingeschlossenem Öl übertrasses (7) und Freigabe des Öls im Hochdruckraum ein Leerhubzustand einstellbar ist, in dem der Hub des Nockens (9) im Ventiltriebelement (1) leer läuft und somit kein Ventilhub erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement geht aus der DE 44 92 633 C1 hervor und weist einen Koppelmechanismus zum Ab- und Anschalten eines Ventilhubes auf. Der Koppelmechanismus ist unmittelbar unterhalb des Bodenbereichs angeordnet. Es sind aus dem Stand der Technik auch Lösungen vorbekannt, bei denen der oder die Koppelkolben im Koppelfall in eine stirnseitig angrenzende, allumlaufende Ringnut des jeweils anderen Bauteils einfahren. Die Ringnut schwächt zum einen das Material und erhöht zum anderen den Fertigungsaufwand. Ggf. ist auch mit unnötig langen Ölwegen zu rechen, was sich nachteilig auf die Schaltzeiten auswirken kann.
Aus der DE 10 2008 013 566 A1 ist ein schaltbares Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, wie z. B. ein Rollenstößel, mit einem Gehäuse, in dessen Bohrung ein demgegenüber relativ axial bewegliches Innenelement verläuft, wobei dem Innenelement wenigstens ein Koppelmittel zugeordnet ist, das im Entkoppelfall mit seiner Außenstirn unmittelbar vor einer Ringfläche zwischen beiden Bauteilen liegt und im Koppelfall abschnittsweise mit einer Mitnehmerfläche in der Bohrung des Gehäuses in Eingriff ist und wobei zwischen den Bauteilen ein diese axial voneinander weg beaufschlagendes Lost-Motion-Federmittel appliziert ist, wobei als Koppelmittel wenigstens eine sichelähnliche, radial ausschwenkbare Klinke vorgesehen ist, die in einer Aussparung im Außenmantel wenigstens mittelbar des Innenelements sitzt und an einem Ende gelenkig mit dem Innenelement verbunden ist, wobei als Mitnehmerfläche in der Bohrung des Gehäuses eine Ringnut vorliegt und wobei das Koppelmittel in Koppelrichtung über die Kraft eines mechanischen Federmittels aus- sowie in Entkoppelrichtung über in die Mitnehmerfläche vor dessen Außenstirn leitbares Hydraulikmittel einschwenkbar ist.
In der DE 10 2005 056 238 A1 wird ein variabler Nockenfolger zur veränderbaren Übertragung einer Hubbewegung eines Nockens auf dem Nockenfolger zugeordnete Ventiltriebselemente einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Der Nockenfolger weist eine hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung mit einem längenveränderlichen Druckraum auf, der von einer hohlzylindrischen Ausnehmung eines ersten Nockenfolgerteils und von einem in der hohlzylindrischen Ausnehmung geführten Dom eines zum ersten Nockenfolgerteil teleskopierbaren zweiten Nockenfolgerteils begrenzt wird. Der Druckraum soll durch einen innerhalb des Nockenfolgers angeordneten und von einem mit einstellbarem Steuerdruck beaufschlagten Schieber verschließbar sein, wobei in einem Boden der hohlzylindrischen Ausnehmung eine Öffnung ausgebildet ist, die vom Druckraum ausgeht und in einen Kanal mündet, in dem der Schieber verläuft.
In der DE 10 2008 035 231 A1 ist ein schaltbares Ventiltriebsystem vorgesehen, das eine Steuereinheit und ein Druckregelventil, das auf Steuersignale von der Steuereinheit anspricht, aufweist. Eine Druckfluidquelle ist mit dem Druckregelventil verbunden vorgesehen. Es ist auch eine schaltbare Ventiltriebkomponente mit einem Sperrmechanismus und einem Schmierkreis in selektiver Verbindung mit der Druckfluidquelle über das Druckregelventil vorgesehen. Das Druckregelventil dient dazu, einen Fluiddruck in Ansprechen auf Steuersignale von der Steuereinheit selektiv und variabel von der Druckfluidquelle an den Sperrmechanismus und den Schmierkreis zu übertragen. Es ist auch ein Verfahren zum Betreiben des schaltbaren Ventiltriebsystems vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein schaltbares Ventiltriebselement anzugeben, welches besonders betriebssicher ist und kostengünstig herstellbar ist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines besonders betriebssicheren Verfahrens zum Abschalten eines Ventilhubes.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die auf ein Ventiltriebelement gerichtete Aufgabe gelöst durch Angabe eines schaltbaren Ventiltriebelementes für ein Ventil einer Brennkraftmaschine, mit einem inneren Hochdruckraum, der durch einen im Inneren des Ventiltriebelementes angeordneten Schaltverschluss verschließbar ist, wobei durch das Ventiltriebelement ein Hub eines Nockens auf das Ventil hydraulisch mittels in dem Hochdruckraum eingeschlossenem Öl übertragbar ist und wobei durch Öffnen des Schaltverschlusses und Freigabe des Öls im Hochdruckraum ein Leerhubzustand einstellbar ist, in dem der Hub des Nockens im Ventiltriebelement leer läuft und somit kein Ventilhub erfolgt.
Die Erfindung geht somit erstmals den Weg, durch einen im Ventiltriebelement ausgebildeten, schaltbaren Hochdruckraum eine schaltbare hydraulische Übertragung des Nockenhubs auf das Ventil bereitzustellen. Bisherige Schaltmechanismen basierten auf mechanischen Koppelelementen. Diese können grundsätzlich zu Verklemmungen oder Eingriffsfehlern führen, was bei einer hydraulischen Kopplung gemäß der Erfindung entfällt. Andere bisher bekannte Ansätze, die eine hydraulische Kraftübertragung vom Nocken auf das Ventil vorsehen, basierten auf dem Zu- oder Abschalten einer Ölsäule im Ventiltriebselement mittels eines externen Schaltventils, dass heißt ein solches außerhalb des Ventiltriebselementes angeordnetes Schaltventil sperrt die Zu- oder Abfuhr von Öl aus dem Ventiltriebselement. Demgegenüber ist bei der Erfindung ein interner Schaltmechanismus im Ventiltriebselement vorgesehen. Dieser kann ebenfalls durch ein externes Schaltventil durch Zu- oder Abfuhr von Öl betätigt werden. Das Schaltventil sperrt aber dabei nicht selbst den Hochdruckraum oder gibt diesen frei, sondern steuert den Schaltmechanismus, welcher den Hochdruckraum verschließt bzw. öffnet. Hierdurch können Schaltventile zum Einsatz kommen, die schon in konventionellen mechanischen Kopplungen verwendet werden. Ein Absteuern von Öl aus dem Hochdruckraum zur Einstellung des Leerhubs ist zudem intern im Ventiltriebselement möglich, so dass – anders als bei Konstruktionen, die auf einer externen Schaltung der Ölsäule beruhen – eine Kommunikation des Ölflusses zwischen dem Ventiltriebelement und seiner Umgebung sehr viel einfacher gestaltet werden kann.
Vorzugsweise ist der Schaltverschluss durch eine Schaltverschlussfeder in einer Grundstellung positionierbar, wobei durch ein Schaltventil Öl unter Schaltdruck dem Ventiltriebelement so zuführbar ist, dass der Schaltverschluss gegen die Kraft der Schaltverschlussfeder in eine Schaltstellung positionierbar ist. Der Schaltverschluss wird also durch ein Zusammenwirken einer hydraulischen und einer Federkraft betätigt.
Bevorzugt ist ein Ausgleichselement vorgesehen, welches bei einer Freigabe des Hochdruckraumes durch aus dem Hochdruckraum austretendes Öl gegen die Kraft der Schaltverschlussfeder verschiebbar ist, und damit einen Ausgleichsraum schafft, wodurch über eine gleichzeitige Verkleinerung des Hochdruckraumes der Leerhub ermöglicht wird. Der Leerhub wird also dadurch ermöglicht, dass ein Kompensationsraum zur Verfügung gestellt wird, der das verdrängte Öl aus dem Hochdruckraum aufnimmt was zu einer Lösung der starren hydraulischen Übertragung führt.
Bevorzugtermaßen ist in der Grundstellung der Hochdruckraum geschlossen. Somit geschieht das Schließen des Hochdruckraumes mittels der Federkraft. Bei fehlendem Öldruck z. B. durch eine Störung würde somit eine Betriebsstellung eines zugeschalteten Ventilhubes vorliegen. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, dass in der Grundstellung der Hochdruckraum geöffnet ist, d. h. ein Verschließen des Hochdruckraumes würde mittels Öldruck erfolgen.
Bevorzugtermaßen ist das Ventiltriebelement ausgebildet als Tassenstößel oder als Rollenstößel.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch Angabe eines Verfahrens zum Abschalten eines Ventilhubes eines Ventils einer Brennkraftmaschine, wobei durch ein Ventiltriebelement ein Hub eines Nockens auf das Ventil hydraulisch mittels Öl, welches in einem im Inneren des Ventiltriebelementes angeordneten Hochdruckraum eingeschlossene ist, übertragen wird und wobei durch Öffnen eines im Inneren des Ventiltriebelementes angeordneten, den Hochdruckraum verschließenden Schaltverschlusses das Öl im Hochdruckraum freigegeben wird, wodurch ein Leerhub entsteht, so dass der Hub des Nockens im Ventiltriebelement leer läuft und kein Ventilhub auf das Ventil übertragen wird.
Die Vorteile eines solchen Verfahrens entsprechen den oben ausgeführten Vorteilen des Ventiltriebelementes.
Vorzugsweise wird kurz vor einem maximalen Nockenhub der Schaltverschluss geöffnet. Hierdurch wird ein auch als Early Intake Valve Closing, EIVC bezeichnetes und der Fachwelt als solches geläufiges Verbrennungsverfahren erreicht. Bevorzugt kann ebenso ein Öffnen des Schaltverschlusses kurz nach einem maximalen Nockenhub erfolgen. Dies entspricht einem als Late Intake Valve Opening, LIVO, bekanntem Verbrennungsverfahren. Mittels des besonders schnell reagierenden internen Schaltmechanismus kann somit nicht nur ein Ventilhub vollständig abschaltet werden, sondern der Schaltvorgang kann hochdynamisch so gesteuert erfolgen, dass je nach Betriebsanforderung vorteilhafte Verbrennungsverfahren realisiert werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird beispielhaft und teilweise schematisch anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1A–1C Ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement mit zugeschaltetem Ventilhub
2A–2B Ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement mit abgeschaltetem Ventilhub
3A–2D Ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement in einem LIVO Verfahren
4A–2D Ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement in einem LIVO Verfahren
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A–1C zeigen ein als Tassenstößel ausgebildetes Ventiltriebselement 1. Ein auf einer nicht näher dargestellten Nockenwelle ausgebildeter Nocken 9 ist in Kontakt mit einem Gehäuse 2 des Ventiltriebselementes 1. Im Gehäuse 2 ist ein Kolben 10 angeordnet. Im Kolben 10 ist ein Hochdruckraum 5 gebildet. Eine stirnseitige Ölergänzungsöffnung 4 im Kolben 10 zum Hochdruckraum 5 ist durch ein Rückschlagventil 17 im Zusammenwirken mit einer Rückschlagventilfeder 13 verschließbar. In der Seitenwand des Kolbens 10 angeordnete Öffnungen 11 zum Hochdruckraum 5 sind durch einen Schaltverschluss 7 verschließbar, welcher außerhalb des Kolbens 10 aber innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist und mit einer Schaltverschlussfeder 21 zusammenwirkt. Zwischen der Schaltverschlussfeder 21 und dem Schaltverschluss 7 ist ein Ausgleichselement 19 angeordnet. Das Rückschlagventil 17 und die Rückschlagventilfeder 13 dienen zur Nachführung von Öl über die Ölergänzungsöffnung 4 für einen Verlust von Leckageöl aus dem Hochdruckraum 5.
Der Ölergänzungsöffnung 4 gegenüberliegend ist in der anderen Stirnseite des Kolbens 10 ein Ventilschaft 6 eines Ventils 3 angeordnet, welches durch den Nocken 9 über das Ventiltriebselement 1 gegen eine Ventilfeder 15 betätigbar ist. Das Ventil 3 öffnet und verschließt einen Einlass eines nicht näher dargestellten Brennraumes eines Verbrennungsmotorzylinders. Das Ventiltriebselement 1 ist im nicht dargestellten Zylinderkopf 1 angeordnet, wo das Gehäuse 2 eine Ölversorgungsöffnung 12 aufweist, welche durch einen Kanal im Zylinderkopf mit Öl versorgbar ist. Hierzu ist ein nicht dargestelltes Schnellschaltventil vorgesehen, welches über die Ölversorgungsöffnung 12 Öl ins Innere des Gehäuses 2 leiten kann bzw. durch welches Öl aus dem Inneren ableitbar ist.
Ein Zu- oder Abschalten eines Ventilhubes des Ventils 3 ist nunmehr wie folgt möglich: Im Inneren des Gehäuses 2 ist über das Schnellschaltventil ein Öldruck aufgebaut, durch den der Schaltverschluss 7 über das Ausgleichselement 19 gegen die Schaltverschlussfeder 21 so verschoben ist, dass er die Öffnungen 11 des Kolbens 10 verschließt. Hierdurch ist der Hochdruckraum 5 verschlossen und Öl im Hochdruckraum 5 ist eingeschlossen. Verlässt der Nocken 9 wie in 1B dargestellt an der Kontaktstelle mit dem Ventiltriebselement 1 seine Grundkreisposition und übt eine zunehmende Kraft auf das Ventiltriebselement 1 aus, so steigt der Druck im Hochdruckraum 5. Durch die Inkompressibilität des Öls im Hochdruckraum 5 wird diese Kraft auf das Ventil 3 weitergegeben, welches hierdurch einen Ventilhub bis zu einer Maximalposition gemäß 1C erfährt und damit den Brennraumeinlass vollständig öffnet.
Die 2A und 2B zeigen demgegenüber einen abschalteten Zustand: Im inneren des Gehäuses 2 ist jetzt ein druckloser Zustand, so dass die Schaltverschlussfeder 21 den Schaltverschluss 7 von den Öffnungen 11 wegschiebt. Der Hochduckraum 5 ist geöffnet und Öl aus dem Hochdruckraum 5 wird bei einem Druckanstieg aufgrund der Kraft des Nockens 9 aus dem Hochdruckraum herausgedrängt. Dabei verschiebt sich das Ausgleichselement 19 gegen die Kraft der Schaltverschlussfeder 21 derart, dass das Öl aus dem Hochdruckraum 5 in den zwischen Schaltverschluss 7 und Ausgleichselement 19 gebildeten Ausgleichsraum 23 fließt. Die Kraft des Nockens 9 wird somit nicht mehr auf das Ventil 3 übertragen, es findet ein Leerhub im Ventiltriebselement 1 statt.
Die 3A bis 3D zeigen eine Variante des Ventiltriebselementes 1, bei dem im drucklosen Zustand der Hochdruckraum 5 durch den Schaltverschluss 7 über die Kraft der Schaltverschlussfeder 21 verschlossenen ist. Die Grundstellung ist also gegenüber der oben beschriebenen Variante umgekehrt. Außerdem ist kein Ausgleichselement 19 vorgesehen. Hier wird bei Druckölzufuhr durch das Schnellschaltventil der Hochdruckraum 5 durch Verschiebung des Schaltverschlusses 7 freigegeben und Öl aus dem Hochdruckraum 5 kann in das Innere des Gehäuses 2 austreten.
Im hier gezeigten Fall ist ein LIVO-Verfahren (Late Intake Valve Opening) abgebildet, dass heißt die Zugabe von Drucköl vom Schnellschaltventil erfolgt in einem Zustand kurz vor Erreichen des maximalen Ventilhubes. Somit wird der Ventilhub des Ventils 3 durch ein Abschalten gegenüber dem normalen Nockenprofilverlauf abgeflacht.
Die 4A bis 4D zeigen eine weitere Verfahrensvariante. Beim EIVC (Early Intake Valve Closing) wird die Zugabe von Drucköl vom Schnellschaltventil bei einem Zustand kurz nach Erreichen des maximalen Ventilhubes eingestellt. Das Ventil 3 schließt somit durch eine hierdurch erreichte Ventilhubabschaltung gegenüber einem normalen Nockenprofilverlauf früher.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltriebselement
2: Gehäuse
3: Ventil
4: Ölergänzungsöffnung
5: Hochdruckraum
6: Ventilschaft
7: Schaltverschluss
8
9: Nocken
10: Kolben
11: Öffnungen
12: Ölversorgungsöffnung
13: Rückschlag
14
15: Ventilfeder
16
17: Rückschlagventil
18
19: Ausgleichselement
20
21: Schaltverschlussfeder
22
23: Ausgleichselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4492633 C1 [0001]
- DE 102008013566 A1 [0002]
- DE 102005056238 A1 [0003]
- DE 102008035231 A1 [0004]

Claims

Schaltbares Ventiltriebelement (1) für ein Ventil (3) einer Brennkraftmaschine, mit einem inneren Hochdruckraum, der durch einen im Inneren des Ventiltriebelementes (1) angeordneten Schaltverschluss (7) verschließbar ist, wobei durch das Ventiltriebelement (1) ein Hub eines Nockens (9) auf das Ventil (3) hydraulisch mittels in dem Hochdruckraum (5) eingeschlossenem Öl übertragbar ist und wobei durch Öffnen des Schaltverschlusses (7) und Freigabe des Öls im Hochdruckraum ein Leerhubzustand einstellbar ist, in dem der Hub des Nockens (9) im Ventiltriebelement (1) leer läuft und somit kein Ventilhub erfolgt.
Ventiltriebelement (1) nach Anspruch 1, bei dem der Schaltverschluss (7) durch eine Schaltverschlussfeder (21) in einer Grundstellung positionierbar ist und wobei durch ein Schaltventil Öl unter Schaltdruck dem Ventiltriebelement (1) so zuführbar ist, dass der Schaltverschluss (7) gegen die Kraft der Schaltverschlussfeder (21) in eine Schaltstellung positionierbar ist.
Ventiltriebelement nach Anspruch 2, mit einem Ausgleichselement (19), welches bei einer Freigabe des Hochdruckraumes (5) durch aus dem Hochdruckraum austretendes Öl gegen die Kraft der Schaltverschlussfeder (21) verschiebbar ist, und damit einen Ausgleichsraum (23) schafft, wodurch über eine gleichzeitige Verkleinerung des Hochdruckraumes der Leerhub ermöglicht wird.
Ventiltriebelement (1) nach Anspruch 2, bei dem in der Grundstellung der Hochdruckraum (5) geschlossen ist.
Ventiltriebelement nach Anspruch 2, bei dem in der Grundstellung der Hochdruckraum (5) geöffnet ist.
Ventiltriebelement (1) nach Anspruch 2, ausgebildet als Tassenstößel.
Ventiltriebelement (1) nach Anspruch 2, ausgebildet als Rollenstößel.
Verfahren zum Abschalten eines Ventilhubes eines Ventils (3) einer Brennkraftmaschine, wobei durch ein Ventiltriebelement (1) ein Hub eines Nockens (9) auf das Ventil (3) hydraulisch mittels Öl, welches in einem im Inneren des Ventiltriebelementes (1) angeordneten Hochdruckraum eingeschlossen ist, übertragen wird und wobei durch Öffnen eines im Inneren des Ventiltriebelementes (1) angeordneten, den Hochdruckraum verschließenden Schaltverschlusses (7) das Öl im Hochdruckraum freigegeben wird, wodurch ein Leerhub entsteht, so dass der Hub des Nockens (9) im Ventiltriebelement (1) leer läuft und kein Ventilhub auf das Ventil (3) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem kurz vor einem maximalen Nockenhub der Schaltverschluss (7) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem kurz nach einem maximalen Nockenhub der Schaltverschluss (7) geöffnet wird.