DE102012212048A1 - Variable stroke valve drive for cylinder head of internal combustion engine, has pivot lever, which has cam track on side facing cam, where intermediate element is arranged between cam and cam track and is displaced along cam track - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen hubvariablen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 10.The invention relates to a variable-stroke valve drive for a cylinder head of an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1 and an internal combustion engine with a variable-stroke valve drive with the features of
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Patentschrift
Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass das Druckeinlassventil eine vollkommen separate Funktionseinheit darstellt mit vollkommen separater Betätigung, was den baulichen Aufwand sowie die Herstellkosten erhöht.A disadvantage of the known prior art is that the pressure inlet valve is a completely separate functional unit with completely separate operation, which increases the structural complexity and the production costs.
Weiter wird zum technischen Umfeld beispielsweise auf die internationale Patentanmeldung
Weiter ist in der
Diesen Veröffentlichungen ist gemein, dass die Ein- und Auslassventile für den Gaswechsel nockenwellengesteuert, d. h. konventionell betrieben werden, während die Ladeventile für die Druckluft jeweils voll- oder teilvariabel ansteuerbar sind. Dies macht in nachteiliger Weise jeweils einen separaten voll- oder teilvariablen Antrieb, beispielsweise einen elektromagnetischen Ventiltrieb, für das Ladeventil notwendig, was bauaufwendig ist und hohe Herstellkosten verursacht.These publications have in common that the intake and exhaust valves for the gas exchange camshaft controlled, d. H. Conventionally operated, while the charging valves for the compressed air are each fully or partially variable controllable. This disadvantageously makes each a separate fully or partially variable drive, such as an electromagnetic valve train, necessary for the charging valve, which is expensive to build and high production costs.
Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Nachteilig an diesem bekannten, hubvariablen Ventiltrieb ist jedoch der begrenzte Verstellwinkel der Nockenwelle zur Lage der Kurbelwelle, so dass die Ansteuerung eines Ladeventils für die Druckluft nur in begrenzten Winkelbereichen und somit nur in begrenztem Umfang möglich ist.A disadvantage of this known, variable stroke valve drive, however, is the limited adjustment angle of the camshaft to the position of the crankshaft, so that the control of a charging valve for the compressed air only in limited angular ranges and thus only to a limited extent possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem auch ein gattungsgemäßes Ladeventil für Druckluft aus einem Drucktank in vollem Umfang, d. h. über einen weiten Winkelverstellbereich betreibbar ist sowie eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb.Object of the present invention is to show a valve train for a cylinder head of an internal combustion engine with which a generic charging valve for compressed air from a pressure tank in full, d. H. can be operated over a wide Winkelverstellbereich and an internal combustion engine with a variable-stroke valve train.
Diese Aufgabe wird mit einem Ventiltrieb mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 10 gelöst.This object is achieved with a valve train with the features of the characterizing part of patent claim 1 and with an internal combustion engine with a variable-stroke valve drive with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung beschreibt, wie zumindest der sog. Boost-Modus für eine Brennkraftmaschine, die konventionelle Verbrennung und der Viertaktpump-Modus, kostengünstig und einfach realisiert werden können. Eine weitere Variante der Erfindung bezieht sich darauf, dass man auch einen druckluftunterstützten Start der Brennkraftmaschine darstellen kann, der dann ein modifizierter Direktstart ist oder aber ein rein pneumatischer Start der Brennkraftmaschine, sowie pneumatisches Fahren in bestimmten Betriebsbereichen. Alle diese zusätzlichen Betriebsmodi der Brennkraftmaschine könnten prinzipiell mit einem vollvariablen Ventil, wie aus dem Stand der Technik bekannt, erfüllt werden, dies wäre aber viel zu aufwendig und zu teuer. Ziel der Erfindung ist es, ein nockenwellenbasiertes System für das Ladeventil für die Druckluft aus einem Drucktank zu benutzen, welches ein Maximum an Funktionalität bietet aber ein Minimum an Zusatzkosten verursacht. Das Systemdesign richtet sich nach den priorisierten Anforderungen für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, die im Vier-Takt-Betrieb betreibbar ist, die nachfolgend in Tabelle 1 aufgelistet sind (siehe auch
Hieraus ergeben sich folgende Anforderungen an den Ventiltrieb:
- • Das Ladeventil für die Druckluft aus dem Drucktank muss deaktivierbar sein (konventioneller Brennkraftmaschinen-Modus), der Ventiltrieb soll dabei einen möglichst geringen Energieverbrauch aufweisen;
- • Das Ladeventil für die Druckluft aus dem Drucktank soll ein Boost-Profil ermöglichen, das Aktivieren und Deaktivieren soll sehr schnell sein;
- • Das Boost-Profil soll reduziert werden können (geringerer Hub des Ladeventils und späteres Öffnen, Schließen etwa zum gleichen Zeitpunkt wie beim normalen Boost-Modus);
- • Das Ladeventil für die Druckluft aus dem Drucktank soll ein Pump-Profil ermöglichen (Schließen des Ladeventils kurz nach dem Zünd-OT);
- • Das Pump-Profil soll reduziert werden können, das Ladeventil schließt weiterhin kurz nach dem Zünd-OT, öffnet jedoch später und hat einen geringeren Hub. Dies dient dazu, auch bei höherem Druck im Drucktank noch effizient pumpen zu können;
- • Das Ladeventil für die Druckluft aus dem Drucktank soll ein Start-Profil ermöglichen derart, dass dieses bei Stillstand der Brennkraftmaschine aktiviert werden kann. Idealerweise kann bei dem Aktivierungsvorgang oder dem Deaktivierungsvorgang eine Kollision des Ladeventils mit dem Kolben geometrisch ausgeschlossen werden;
- • Das Start-Profil soll verändert werden können, so dass das Ladeventil früher oder später schließen kann.
- • Der Hub des Ladeventils soll bei der ersten Zylinderfüllung zeitlich variiert werden können.
- • The charge valve for the compressed air from the pressure tank must be deactivatable (conventional engine mode), the valve train should have the lowest possible energy consumption;
- • The charge valve for the compressed air from the pressure tank should allow a boost profile, the activation and deactivation should be very fast;
- • The boost profile should be able to be reduced (lower stroke of the charging valve and later opening, closing at approximately the same time as in normal boost mode);
- • The charge valve for the compressed air from the pressure tank should enable a pump profile (closing of the charge valve shortly after the ignition TDC);
- • The pump profile should be able to be reduced, the charging valve continues to close shortly after the ignition TDC, but opens later and has a lower stroke. This serves to be able to pump efficiently even at higher pressure in the pressure tank;
- • The charging valve for the compressed air from the pressure tank should allow a start-up profile such that it can be activated when the internal combustion engine is at a standstill. Ideally, in the activation process or the deactivation process, a collision of the charging valve with the piston can be geometrically excluded;
- • The start profile should be able to be changed so that the loading valve can close sooner or later.
- • The stroke of the charging valve should be able to be varied in time with the first cylinder filling.
Maßgebend für die Funktionalität des Ventiltriebs sind die Konturgestaltung des Nockens der Nockenwelle, der Verstelleinrichtung, des Zwischenhebels im Schnittstellenbereich zum Nocken sowie dessen geometrische Ausprägung und der Steuerbahn sowie die oszillierende Lagerung im Bereich der Kulisse. Mit der Ausgestaltung dieser Parameter ist der Ventiltrieb, insbesondere als Ladeventiltrieb für die Druckluft aus dem Drucktank in Hub- und Phasenlage in einem sehr breiten Spektrum veränderbar darstellbar.Decisive for the functionality of the valve train are the contour design of the cam of the camshaft, the adjustment of the intermediate lever in the interface area to the cam and its geometric shape and the control track and the oscillating storage in the backdrop. With the configuration of these parameters, the valve train, in particular as a loading valve drive for the compressed air from the pressure tank in stroke and phase position in a very wide range changeable represented.
Die Lagerstelle der Rollenführung im Bereich der Kulisse und des Exzenters kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer einfachen Gelenkverschiebung auch einfacher dargestellt werden. Kulisse und Exzenterwelle sind für die grundsätzliche Funktionalität des Ventiltriebs zwar nicht zwingend erforderlich, erhöhen jedoch die Variabilität des Ventiltriebs.The bearing point of the roller guide in the region of the slide and the eccentric can be represented in a further embodiment with a simple joint displacement also easier. Backlash and eccentric shaft are not necessarily required for the basic functionality of the valve train, but increase the variability of the valve train.
In nachfolgenden
Zusammenfassung der Vorteile des erfindungsgemäßen Ventiltriebs:
Durch den Entfall der zwei Nockenwellenverstelleinheiten (VANOS-Einheiten) sinkt die Leistungsanforderung an die Schmiermittelpumpe der Brennkraftmaschine. Die Schmiermittelpumpe kann an den geringeren Leistungsbedarf angepasst werden und öffnet dadurch neues Potential zur Senkung der Herstellkosten. Unabhängig von der Dimensionierung der Schmiermittelpumpe steigt durch deren geringeren Leistungsbedarf der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Dies kann in vorteilhafter Weise zur Steigerung der Leistung der Brennkraftmaschine, wie auch zur Reduzierung der Abgasemissionen verwendet werden.Summary of the advantages of the valve drive according to the invention:
The elimination of the two camshaft adjusting units (VANOS units) reduces the power requirement to the lubricant pump of the internal combustion engine. The lubricant pump can be adapted to the lower power requirement and thereby opens up new potential for reducing the manufacturing costs. Regardless of the dimensioning of the lubricant pump increases due to their lower power consumption, the efficiency of the internal combustion engine. This can be used advantageously to increase the performance of the internal combustion engine, as well as to reduce the exhaust emissions.
Weiter ergibt sich eine Kostenersparnis durch den Entfall beispielsweise einer zusätzlichen Nockenwelle oder eines zusätzlichen elektromagnetischen Ventieltriebs. Zum Erreichen der vollen Ein- und Auslassvariabilität des Ventiltriebs sind gewöhnlich zwei Nockenwellen verbaut (DOHC: double overhead cam). Bei dem erfindungsgemäßen Funktionsprinzip kann die Phasenverstellung jedoch nicht nur nockenwellen- sondern ventilspezifisch umgesetzt werden. Die Gaswechselein- und Gaswechselauslassventile werden dabei voneinander unabhängig mit einer einzigen Nockenwelle in der Phase verstellt.Furthermore, there is a cost savings through the elimination of, for example, an additional camshaft or an additional electromagnetic valve drive. To achieve the full input and Auslaßvariabilität the valve train usually two camshafts are installed (DOHC: double overhead cam). In the operating principle according to the invention, however, the phase adjustment can be implemented not only camshaft but valve-specific. The Gaswechselein- and Gaswechselauslassventile be adjusted independently of each other with a single camshaft in the phase.
Die Zylinderkopfbreite kann durch das Ersetzen der Nockenwellenverstelleinheiten (VANOS-Einheiten) und den Entfall beispielsweise einer Nockenwelle signifikant reduziert werden. Dies steigert nicht nur die Leistungsdichte der Brennkraftmaschine sondern spart Gewichts- und Materialkosten.The cylinder head width can be significantly reduced by replacing the camshaft adjusting units (VANOS units) and eliminating, for example, a camshaft. This not only increases the power density of the internal combustion engine but also saves weight and material costs.
Der Phasenwinkel der Ein- und Auslassventile kann bei vorhandener Brennkraftmaschinen-Start-Stopp-Funktion funktionsgerecht appliziert werden. Bisher ist die Phasenverstellung an den Schmiermitteldruck gebunden und somit kann die Phasenlage bei Stillstand der Brennkraftmaschine nicht variiert werden. Eine elektrische Verstellung des Getriebes und damit des Phasenwinkels ermöglichen eine funktionsgerechte Phasenabstelllage und Phasenverstellung des Ventiltriebs bei Stillstand der Brennkraftmaschine.The phase angle of the intake and exhaust valves can be applied functionally in the presence of an internal combustion engine start-stop function. So far, the phase adjustment is bound to the lubricant pressure and thus the phase position can not be varied at standstill of the internal combustion engine. An electrical adjustment of the transmission and thus the phase angle allow a functionally correct Phasenabstelllage and phase adjustment of the valve train at standstill of the internal combustion engine.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von acht Figuren näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to eight figures.
Pneumatische Modi:
- • Viertakt-Pneumatik-Motor-Modus
- • Viertakt-Pneumatik-Pump-Modus, sowie folgende gefeuerte Modi:
- • Konventionelle Verbrennung,
- • Boost-Modus.
Pneumatic modes:
- • Four-stroke pneumatic engine mode
- • Four-stroke pneumatic pump mode, as well as the following fired modes:
- • conventional combustion,
- • Boost mode.
Der Betrieb der Ein- und Auslassventile (EV, AV) sowie des Ladeventils (LV) ist für jeden Betriebsmodus in jeweils einer Zeile über die Kolbenstellung dargestellt. UT bezeichnet den unteren Totpunkt und OT bezeichnet den oberen Totpunkt des Kolbens. Zwischen dem ersten UT und dem ersten OT findet für die gefeuerten Modi eine Zündung statt, der erste OT nach der schematisch dargestellten Zündung ist der sog. Zünd-OT des Kolbens.The operation of the inlet and outlet valves (EV, AV) and of the charging valve (LV) is shown for each operating mode in one line in each case via the piston position. UT is the bottom dead center and OT is the top dead center of the piston. Between the first UT and the first TDC firing takes place for the fired modes, the first TDC after the ignition shown schematically is the so-called ignition TDC of the piston.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem auch ein gattungsgemäßes Ladeventil für Druckluft in vollem Umfang betreibbar ist.Based on this known prior art, it is an object of the invention to provide a valve train for a cylinder head of an internal combustion engine, with a generic charging valve for compressed air is fully operable.
Erfindungsgemäß weist der Schwenkhebel
Eine gepunktet dargestellte Ventilhubkurve entspricht einer Hubkurve eines Gaswechseleinlassventils.A spotted valve lift curve corresponds to a lift curve of a gas exchange intake valve.
Eine mit Dreiecken dargestellte Ventilhubkurve entspricht einer Hubkurve eines Ladeventils im Boost-Modus.A valve lift curve represented by triangles corresponds to a lift curve of a charge valve in boost mode.
Eine mit Vierecken dargestellt Ventilhubkurve entspricht einer Hubkurve eines Ladeventils im Pump-Modus.A valve lift curve represented by squares corresponds to a lift curve of a charge valve in pump mode.
Eine mit nur einer Linie dargestellte Ventilhubkurve entspricht einer Hubkurve eines Ladeventils im Start-Modus.A valve lift curve represented by a single line corresponds to a lift curve of a charge valve in the start mode.
Eine mit Kreuzen dargestellte Ventilhubkurve entspricht einer Hubkurve eines Gaswechselauslassventils.A valve lift curve represented by crosses corresponds to a lift curve of a gas exchange outlet valve.
In
Die folgenden
Aus den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hubvariabler VentiltriebHubvariabler valve drive
- 22
- Schwenkhebelpivoting lever
- 33
- Rollenelementroller element
- 44
- SchwingdrehpunktSwing fulcrum
- 55
- Kulissenbahnlink path
- 66
- Kulissescenery
- 77
- Steuerbahncontrol track
- 88th
- Zwischenelementintermediate element
- 99
- GaswechselventilGas exchange valve
- 1010
- Nockencam
- 1111
- Nockenwellecamshaft
- 1212
- Federfeather
- 1313
- Verstelleinrichtungadjustment
- 1414
- Ventilsitzvalve seat
- 1515
- Kurvenbahncam track
- 1616
- Zwischenelementintermediate element
- 1717
- Getriebetransmission
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Motortechnischen Zeitschrift MTZ, Januar 2010/71. Jahrgang, Seiten 52 bis 58 der aktuelle Stand der pneumatischen Hybridisierung in dem Artikel „Das Downsizing-Boost-Konzept auf Basis der pneumatischen Hybridisierung von Otto-Motoren” [0005] Motortechnische Zeitschrift MTZ, January 2010/71. Volume, pages 52 to 58, the current state of pneumatic hybridization in the article "The downsizing boost concept based on the pneumatic hybridization of gasoline engines" [0005]
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