DE102010011455A1

DE102010011455A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Aufpumpelement

Info

Publication number: DE102010011455A1
Application number: DE102010011455A
Authority: DE
Inventors: Peter Sailer; Oliver Schnell; Oliver Witter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-15
Also published as: US20110220052A1

Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem 4-Takt-Verfahren mit einem Kurbelgehäuse, in dem zumindest eine Zylinder/Kolbeneinheit angeordnet ist, wobei der Kolben mittels eines mit einer Kurbelwelle verbundenen Pleuels geführt ist, mit zumindest einem den Zylinder verschießenden Zylinderkopf (1), dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem Ein- und Auslassventil (2, 2a) beherrscht sind, die durch von einer Nockenwelle (12) mittels Ein- und Auslassnocken angetriebene Schlepp- oder Kipphebel (9) betätigbar sind, wobei die Hebel auf zumindest einer Achse (10) geführt sind und mit zumindest einem Zusatznocken im Bereich des Grundkreises des Auslassnockens zum zusätzlichen Öffnen zumindest eines Auslassventils (2, 2a) und mit einem Steuerelement, das zwischen dem Schlepp- oder Kipphebel (9) und dem oder den Auslassventilen (2, 2a) eingebaut ist, mit einer Druckölquelle verbindbar und in seiner Länge so steuerbar ist, dass beim Dekompressionsbetrieb der Zusatznocken wirksam und beim reinen Motorbetrieb unwirksam ist, wobei das Steuerelement als Aufpumpelement (8) ausgebildet ist und mit einem Arbeitskolben (7) unter Zwischenschaltung eines Distanzstückes mit einer mehreren Auslassventilen (2, 2a) angeordneten Brücke (4) oder einem Ventilschaft eines Auslassventils in Wirkverbindung steht.

Description

Gebiet der Erfindung
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem 4-Takt-Verfahren mit einem Kurbelgehäuse, in dem zumindest eine Zylinder/Kolbeneinheit angeordnet ist, wobei der Kolben mittels eines mit einer Kurbelwelle verbundenen Pleuels geführt ist, mit zumindest einem den Zylinder verschließenden Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem Ein- und Auslassventil beherrscht sind, die durch von einer Nockenwelle mittels Ein- und Auslassnocken angetriebene Schlepp- oder Kipphebel betätigbar sind, wobei die Hebel auf zumindest einer Achse geführt sind, mit zumindest einem Zusatznocken im Bereich des Grundkreises des Auslassnockens zum zusätzlichen Öffnen zumindest eines Auslassventils und mit einem Steuerelement, das zwischen dem Schlepp- oder Kipphebel und dem oder den Auslassventilen eingebaut ist, mit einer Druckölquelle verbindbar und in seiner Länge so steuerbar ist, dass beim Dekompressionsbetrieb der Zusatznocken wirksam und beim reinen Motorbetrieb unwirksam ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige gattungsbildende Hubkolbenbrennkraftmaschine ist aus der US-3,809,033 bekannt. In dem Kipphebel dieser Maschine ist ein Betätigungskolben eingebaut, der mit einer zwei Auslassventilen zugeordneten Brücke in Wirkverbindung steht. Der Druckraum des Betätigungskolbens ist von einem Steuerventil beherrscht, so dass Öldruck zugeführt und abgeführt werden kann und der Betätigungskolben für den Leistungsbetrieb der Brennkraftmaschine eingefahren und für den Bremsbetrieb ausgefahren werden kann. In dem einen Fall ist der Zusatznocken wirksam, im anderen Fall unwirksam. Das Ventilspiel wird mittels einer Schraube am anderen Ende des Kipphebels eingestellt.
Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist, dass der Öldruck direkt zur Betätigung des Kolbens benutzt wird und daher hoher Druck oder ein großer Kolbenquerschnitt erforderlich ist und sich starke Druckschwankungen einstellen können. Weiterhin sind im Motorbetrieb zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um wegen erhöhten Spiels im Grundkreisbereich des Auslassnockens Schwingungen der Übertragungselemente zu vermeiden. Auch wird die zusätzliche Ventilspieleinstellschraube als nachteilig empfunden, weil sie unabhängig von dem Mehraufwand mit Gewinde und dergleichen auch eine zusätzliche unerwünschte Masse darstellt.
Es ist weiterhin eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Dekompressionseinrichtung bekannt ( DE- 30 03 566 A1 ). Bei dieser Brennkraftmaschine ist der Zusatznocken als bewegliches Bauteil ausgebildet, das in die Grundkreiskontur eingeschoben oder aus der Grundkreiskontur nach außen heraus geschoben werden kann. Zu diesem Zweck ist die Nockenwelle hohl ausgebildet und mit einer Betätigungseinrichtung versehen, die den Zusatznocken verschiebt. Die Betätigungseinrichtung muss auch noch außerhalb der Nockenwelle Betätigungselemente aufweisen, durch die die Betätigungseinrichtung gesteuert wird. Das Ventilspiel für den Motorbetrieb muss darüber hinaus getrennt eingestellt werden.
Der erforderliche Bauaufwand, die Zusatznocken ein- und auszufahren, ist erheblich und kostenaufwendig und wird daher als nachteilig empfunden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit eingangs beschriebenen Merkmalen so zu verbessern, dass eine wirksame Motorbremse durch intermittierendes Öffnen eines oder mehrerer Auslassventile im Bereich des oberen Todpunktes der Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Verfügung gestellt wird, die mit einfachen Mitteln und kostengünstig zu realisieren ist. Dies soll darüber hinaus in Verbindung mit Bauteilen eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements erfolgen. Zusätzlich soll das Ventilspiel einfach eingestellt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Steuerelement als Aufpumpelement ausgebildet ist und mit einem Arbeitskolben unter Zwischenschaltung eines Distanzstückes mit einer mehreren Auslassventilen zugeordneten Brücke oder einem Ventilschaft eines Auslassventils in Wirkverbindung steht.
Durch diese Ausgestaltung ist nur ein Steueröldruck von geringer Druckhöhe erforderlich, da das Aufpumpelement selbsttätig Druck aufbaut.
Weiterhin kann durch Verwendung von Distanzstücken, die in ihrer Höhe gestuft ausgebildet sind, durch entsprechendes Wechseln und Einbau des passenden Distanzstückes das Ventilspiel ausgeglichen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Ausbildung zusätzlich zur Dekompressionseinrichtung als Motorbremse auch zur inneren Abgasrückführung oder Hybridisierung zur Anwendung kommen kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Distanzstücke als Kugelpfannen ausgebildet sind, die mit einem Kugelkopf des Arbeitskolbens in Wirkverbindung stehen. Durch die Verwendung einer Kugelpfanne und eines Kugelkopfes werden ungewollte Flächenpressungen vermieden. Weiterhin haben Kugelpfannen den Vorteil, dass sie verliersicher am Kugelkopf des Arbeitskolbens des Aufpumpelements festgelegt werden können und die Brücke oder der Ventilschaft keine zusätzlichen Aufnahmen benötigen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Aufpumpelement die Bauteile eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements (HVA), wie Arbeitskolben, Gehäuse, Rückstellfeder, Kolben und Rückschlagventil am Kolben, aufweist, dass weiterhin ein Steuerkolben vorgesehen ist, der einerseits durch eine Feder belastet und andererseits durch Drucköl beaufschlagbar ist, und dass der Steuerkolben mit dem Ventilkörper des Rückschlagventils im Öffnungssinne in Wirkverbindung steht.
Wird der Steuerkolben mit reduziertem Öldruck beaufschlagt, dann drückt die Feder den Steuerkolben gegen den Ventilkörper des Rückschlagventils, der vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist, und öffnet diesen. Dadurch kann sich das Steuerelement verkürzen, so dass der Zusatznocken unwirksam ist und kein Dekompressionsöffnen des oder der Auslassventile erfolgt. Die Rückstellfeder bleibt aber weiterhin wirksam, so dass kein unkontrolliertes Spiel im Bereich des Grundkreises des Auslassventils entsteht und keine unkontrollierten Schwingungen der Übertragungselemente entstehen. Der Schlepp- oder Kipphebel, ggf. auch ein eingebauter Stößel, kontaktiert den Zusatznocken daher immer. Der Zusatzhub wird durch das Aufpumpelement in diesem Fall aber ausgeblendet.
Wird der Steuerkolben mit Öldruck beaufschlagt, dann kann das Rückschlagventil schließen und es baut sich ein Druck im Hochdruckraum zwischen Gehäuse, Arbeitskolben und Kolben auf. Der ausgebildete Hochdruckraum sorgt für das Wirksamwerden des Zusatznockens, wodurch die Dekompressionseinrichtung, die Abgasrückführeinrichtung oder eine Hybridisiervorrichtung eingeschaltet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Ventiltriebs mit Teilschnitt durch einen Zylinderkopf, eine Nockenwelle, eine Achse für die Kipphebel und eine Brücke und
2: einen Schnitt durch das Ende eines Kipphebels, eines Aufpumpelements und einer Brücke.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, deren Auslasskanäle von zwei Auslassventilen 2 und 2a beherrscht sind, die im Zylinderkopf 1 geführt und mittels Ventilfedern 3 und 3a in Schließstellung beaufschlagt sind. Den Ventilschäften der Auslassventile 2, 2a ist eine Brücke 4 zugeordnet, die die Enden der Ventilschäfte umgreift und mit einer Kugelpfanne 5 in Wirkverbindung steht, die sich an einem Kugelkopf 6 eines Arbeitskolbens 7 abstützt, der Bestandteil eines allgemein mit 8 bezeichneten Aufpumpelements ist. Das Aufpumpelement 8 ist in einer Ausnehmung eines Kipphebels 9 eingebaut und wird, nicht näher dargestellt, von einer Ölbohrung im Kipphebel 9 mit Öl versorgt. Der Kipphebel 9 ist auf einer Achse 10 gelagert, die Ölkanäle 11 und 11a aufweist, die an den Ölkreislauf der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeschlossen sind. Durch ein nicht dargestelltes Schaltventil kann der zum Aufpumpelement 8 gelangende Öldruck variiert werden. Der Kipphebel 9 steht mit seinem anderen Ende, nicht näher dargestellt, mit einem Auslassnocken einer Nockenwelle 12, vorzugsweise über eine Rolle, in Wirkverbindung. Der Auslassnocken hat im Grundkreisbereich zumindest einen Zusatznocken zum zusätzlichen Öffnen der Auslassventile, getrennt von den Auslassventilerhebungen entsprechend dem Betrieb der Brennkraftmaschine. Das Aufpumpelement 8 weist ein Gehäuse 13 auf, das im Kipphebel 9 eingesetzt ist und den Arbeitskolben führt. Durch das Gehäuse 13 und den Arbeitskolben 7 wird ein Druckraum gebildet, der von einem Rückschlagventil 14 beherrscht wird, das an einem Kolben 15 angeordnet ist. Zwischen Kolben 15 und Arbeitskolben 7 ist eine Rückstellfeder 16 eingebaut, die den Arbeitskolben in Richtung Kugelkopf 6 belastet. Der Hub des Arbeitskolbens 7 ist begrenzt, so dass sich der Druckraum auch nach Druckaufbau nicht beliebig ausdehnen kann. An den Kolben 15 und das Rückschlagventil 16 schließt sich ein Steuerkolben 17 an, der von einer Feder 18 in Richtung des Kolbens 15 belastet ist, wobei sich die Feder 18 am Gehäuse 13 abstützt. An den Raum zwischen Steuerkolben 17 und Kolben 15 ist im Gehäuse 13 eine Bohrung 19 angebracht, die über einen Zwischenraum zwischen Gehäuse 13 und Kipphebel 9 mit Drucköl versorgt werden kann. Der Einbauraum der Feder 18 ist über eine Entlüftungsbohrung mit dem Umgebungsdruck verbunden, so dass ein Druckaufbau vermieden wird. Die Lagerstellen zwischen Brücke 4 und Kugelpfanne 5 bzw. Kugelpfanne 5 und Kugelkopf 6 werden über eine zentrale Ölbohrung 20 im Arbeitskolben 7 mit Öl zur Schmierung versorgt.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2, 2a: Auslassventile
3, 3a: Ventilfedern
4: Brücke
5: Kugelpfanne
6: Kugelkopf
7: Arbeitskolben
8: Aufpumpelement
9: Kipphebel
10: Achse
11, 11a: Ölkanäle
12: Nockenwelle
13: Gehäuse
14: Rückschlagventil
15: Kolben
16: Rückstellfeder
17: Steuerkolben
18: Feder
19: Bohrung
20: Ölbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3809033 [0002]
DE 3003566 A1 [0004]

Claims

Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem 4-Takt-Verfahren mit einem Kurbelgehäuse, in dem zumindest eine Zylinder/Kolbeneinheit angeordnet ist, wobei der Kolben mittels eines mit einer Kurbelwelle verbundenen Pleuels geführt ist, mit zumindest einem den Zylinder verschließenden Zylinderkopf (1), dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem Ein- und Auslassventil (2, 2a) beherrscht sind, die durch von einer Nockenwelle (12) mittels Ein- und Auslassnocken angetriebene Schlepp- oder Kipphebel (9) betätigbar sind, wobei die Hebel auf zumindest einer Achse (10) geführt sind und mit zumindest einem Zusatznocken im Bereich des Grundkreises des Auslassnockens zum zusätzlichen Öffnen zumindest eines Auslassventils (2, 2a) und mit einem Steuerelement, das zwischen dem Schlepp- oder Kipphebel (9) und dem oder den Auslassventilen (2, 2a) eingebaut ist, mit einer Druckölquelle verbindbar und in seiner Länge so steuerbar ist, dass beim Dekompressionsbetrieb der Zusatznocken wirksam und beim reinen Motorbetrieb unwirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement als Aufpumpelement (8) ausgebildet ist und mit einem Arbeitskolben (7) unter Zwischenschaltung eines Distanzstückes mit einer mehreren Auslassventilen (2, 2a) zugeordneten Brücke (4) oder einem Ventilschaft eines Auslassventils in Wirkverbindung steht.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in ihrer Höhe gestufte Distanzstücke zur Ventilspieleinstellung zur Anwendung kommen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzstücke als Kugelpfannen (5) ausgebildet sind, die mit je einem Kugelkopf (6) des Arbeitskolbens (7) in Verbindung stehen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufpumpelement (8) die Bauteile eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements, wie Arbeitskolben (7), Gehäuse (13), Rückstellfeder (16), Kolben (15) und Rückschlagventil (14) am Kolben (15) aufweist, dass weiterhin ein Steuerkolben (17) vorgesehen ist, der einerseits durch eine Feder (18) belastet und andererseits durch Drucköl beaufschlagbar ist, und dass der Steuerkolben (17) mit dem Ventilkörper des Rückschlagventils (14) im Öffnungssinne in Wirkverbindung bringbar ist.