DE102012214438B4

DE102012214438B4 - Motorbaugruppe mit ventiltrieb-schmiersystem

Info

Publication number: DE102012214438B4
Application number: DE102012214438.2A
Authority: DE
Inventors: Jason C. Melecosky; Timothy L. Neal
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2032-08-15
Also published as: US8667940B2; CN102953783A; US20130042826A1; CN102953783B; DE102012214438A1

Abstract

Motorbaugruppe (10), umfassend:einen Motorblock (24);einen Zylinderkopf (28), der mit dem Motorblock (24) gekoppelt ist;ein erstes Schmiersystem (20), das eine erste Pumpe (54) in Kommunikation mit dem Motorblock (24) aufweist und ein erstes Fluid an den Motorblock (24) liefert;ein zweites Schmiersystem (22), das von dem ersten Schmiersystem (20) getrennt ist und eine zweite Pumpe (62) in Kommunikation mit dem Zylinderkopf (28) aufweist und ein zweites Fluid an den Zylinderkopf (28) liefert,ein erstes Ventil (32), das von dem Zylinderkopf (28) gelagert ist,ein zweites Ventil (36), das von dem Zylinderkopf (28) gelagert ist,einen hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) in Kommunikation mit dem zweiten Schmiersystem (22), der mit dem ersten Ventil (32) in Eingriff steht und dazu dient, das erste Ventil (32) zwischen einer offenen und geschlossenen Position zu verstellen,eine Nockenwelle (35), die an dem Zylinderkopf (28) gelagert ist, undeinen mechanischen Ventilhubmechanismus (34), der mit dem zweiten Ventil (36) und der Nockenwelle (35) in Eingriff steht und dazu dient, das zweite Ventil (36) zwischen einer offenen und geschlossenen Position zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dassdie zweite Pumpe (62) in Kommunikation mit einem Fluideinlass (46) zu dem hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) steht und der mechanische Ventilhubmechanismus (34) in Kommunikation mit einem Fluidauslass (50) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) steht.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorbaugruppen, die Ventiltrieb-Schmiersysteme aufweisen.
Verbrennungsmotoren können ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern verbrennen und dadurch Antriebsmoment erzeugen. Ansaug- und Abgasventile steuern eine Luftströmung zu und von den Motorzylindern. Öl kann an den Zylinderkopf von dem Motorblock geliefert werden, um die Ventiltriebkomponenten zu schmieren.
Die DE 692 00 153 T2 offenbart ein Ölzufuhrsystem für eine Brennkraftmaschine, das eine Ventilbetätigungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Ändern der Ventilbetätigungscharakteristik aufweist, mit der entsprechend einer Änderung des Hydraulikdrucks in einer Hydraulikdruckkammer die Betätigungscharakteristik eines Motorventils im Zylinderkopf geändert werden kann.
Die DE 697 03 511 T2 beschreibt einen Verbrennungsmotor, der zwei Einlassventile für jeden Zylinder aufweist, die von den jeweiligen Ventilstößeln entkoppelbar sind, indem unter Druck stehendes Fluid aus einer Kammer abgezogen wird, die zwischen jedem Ventilstößel und dem jeweiligen Ventil angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorbaugruppe zu schaffen, die eine effiziente und zuverlässige Schmierung verschiedenere Motorkomponenten bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

1 ist eine teilweise schematische Schnittansicht einer Motorbaugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Motorbaugruppe von 1;
3 ist eine Draufsicht der in 2 gezeigten Motorbaugruppe, die den Fluidströmungspfad zu Zylinderkopf- und Ventiltriebkomponenten zeigt;
4 ist eine zusätzliche teilweise schematische Schnittansicht des in 1 gezeigten Zylinderkopfs; und
5 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht einer alternativen Ventiltriebanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einem magnetischen Nockenphasensteller

Eine Motorbaugruppe 10 ist in den 1 bis 4 gezeigt und kann einen Motoraufbau 12, Kolben 14, eine Kurbelwelle 16, die mit dem Kolben 14 gekoppelt ist, eine Ventiltriebbaugruppe 18 und ein erstes und zweites Schmiersystem 20, 22 aufweisen. Der Motoraufbau 12 kann einen Motorblock 24, der Zylinderbohrungen 26, die die Kolben 14 aufnehmen, definiert, und einen Zylinderkopf 28 aufweisen, der mit dem Motorblock 24 gekoppelt ist. Die Ventiltriebbaugruppe 18 wird der Einfachheit halber mit Bezug auf eine einzelne Zylinderbohrung 26 der Motorbaugruppe 10 beschrieben. Die Ventiltriebbaugruppe 18 kann einen hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus 30, der an dem Zylinderkopf 28 gelagert ist und mit einem ersten Ventil 32 in Eingriff steht, und einen mechanischen Ventilhubmechanismus 34 aufweisen, der an dem Zylinderkopf 28 gelagert ist und mit dem zweiten Ventil 36 in Eingriff steht. Die Ventiltriebbaugruppe 18 kann zusätzlich eine Nockenwelle 35, die zur Rotation an einem Nockenlagergebiet 37 des Zylinderkopfs 28 gelagert ist und mit dem mechanischen Ventilhubmechanismus 34 in Eingriff steht, und einen Nockenphasensteller 39 aufweisen, der mit der Nockenwelle 35 gekoppelt und durch die Kurbelwelle 16 rotierend angetrieben ist. Bei dem nicht beschränkenden Beispiel, das in den 1 bis 4 gezeigt ist, ist der Nockenphasensteller 39 ein hydraulisch betätigter Nockenphasensteller. Es sei jedoch zu verstehen, dass eine Vielzahl alternativer Nockenphasensteller verwendet werden kann, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, ein magnetischer Nockenphasensteller 39, wie in 5 gezeigt ist.
Bei dem vorliegenden nicht beschränkenden Beispiel ist das erste Ventil 32 ein Ansaugventil, das zweite Ventil 36 ist ein Abgasventil und der mechanische Ventilhubmechanismus 34 ist ein Kipphebel 38, der zur Schwenkverstellung an einer hydraulischen Spieleinstelleinrichtung 40 gelagert ist. Die Nockenwelle 35, der Kipphebel 38 und die hydraulische Spieleinstelleinrichtung 40 bilden eine mechanische Ventiltriebbaugruppe. Ein vereinfachter hydraulischer Ventilbetätigungsmechanismus 30 ist der Einfachheit halber schematisch gezeigt und umfasst ein Gehäuse, das eine Fluidkammer 42, die einen Kolben 44, der mit dem ersten Ventil 32 in Eingriff steht, aufnimmt, einen Fluideinlass 46, der selektiv mit der Fluidkammer 42 über ein erstes Steuerventil 48 in Kommunikation steht, und einen Fluidauslass 50 definiert, der selektiv in Kommunikation mit der Fluidkammer 42 über ein zweites Steuerventil 52 steht.
Das erste Schmiersystem 20 kann eine erste Pumpe 54 in Kommunikation mit einem Fluidreservoir 56, das ein erstes Fluid enthält, und Durchgängen aufweisen, die durch den Motorblock 24 definiert sind. Genauer kann das Fluidreservoir 56 eine Motorölwanne 58 aufweisen und das erste Fluid kann ein Motoröl aufweisen. Die erste Pumpe 54 kann das Motoröl an Hauptlager 60 liefern, die die Kurbelwelle 16 rotierend lagern. Das zweite Schmiersystem 22 kann ein zweites Fluid an die Ventiltriebbaugruppe 18 liefern. Das zweite Schmiersystem 22 kann von dem ersten Schmiersystem 20 getrennt sein, und das zweite Fluid kann von dem ersten Fluid verschieden sein. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels kann das zweite Fluid Motoröl aufweisen, das eine größere Dichte als das erste Fluid besitzt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, kann das zweite Schmiersystem 22 eine zweite Pumpe 62, eine Lieferleitung 64, ein Lieferrohr 66 (1 und 4) in Kommunikation mit dem Fluideinlass 46 des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus 30, eine erste Rückführleitung 68, eine zweite Rückführleitung 70, einen Ölkühler 72, einen Ölfilter 74, einen Fluidverteiler 76, eine Hubpumpe 78, ein Fluidreservoir 80 und eine erste und zweite Hubpumpenleitung 82, 84 aufweisen. Die zweite Pumpe 62 kann eine Hochdruckölpumpe in Kommunikation mit dem Zylinderkopf 28 bilden.
Das zweite Schmiersystem 22 kann ein System mit geschlossenem Kreislauf bilden, wobei ein Pumpenauslass der zweiten Pumpe 62 druckbeaufschlagtes Fluid (zweites Fluid) an das Lieferrohr 66 über die Lieferleitung 64 und den Fluidverteiler 76 bereitstellt. Ein Pumpeneinlass der zweiten Pumpe 62 kann das zweite Fluid aufnehmen, nachdem das zweite Fluid durch die Ventiltriebbaugruppe 18 gelangt ist.
Während des Motorbetriebs kann das erste Steuerventil 48 eine Kommunikation zwischen dem druckbeaufschlagten zweiten Fluid von dem Lieferrohr 66 über den Fluideinlass 46 und der Fluidkammer 42 ermöglichen, um das erste Ventil 32 selektiv in eine offene Position zu verstellen. Das erste Ventil 32 kann durch Schließen des ersten Steuerventils 48 und Öffnen des zweiten Steuerventils 52 in eine geschlossene Position verstellt werden.
Der Fluidauslass 50 kann in Kommunikation mit einem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid stehen, das in dem Zylinderkopf definiert ist. Wenn das zweite Steuerventil 52 in der offenen Position ist, kann die Fluidkammer 42 in Kommunikation mit dem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid über den Fluidauslass 50 stehen, und die Ventilfeder 88 kann das erste Ventil 32 in eine geschlossene Position verstellen, wobei das zweite Fluid in der Fluidkammer 42 an das Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid über einen ersten Durchgang 90, der in dem Zylinderkopf 28 definiert ist, ausgetragen wird. Das zweite Fluid in dem Lieferrohr 66 kann sich bei einem ersten Betriebsdruck befinden, und das zweite Fluid in dem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid kann sich bei einem zweiten Betriebsdruck befinden, der kleiner als der erste Betriebsdruck ist. Der erste Betriebsdruck kann das zumindest Zehnfache des zweiten Betriebsdrucks ausmachen. Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels kann der zweite Betriebsdruck bei zumindest fünfhundert Kilopascal (500 kPa) innerhalb des Reservoirs 86 für druckbeaufschlagtes Fluid bleiben, und der erste Betriebsdruck kann größer als fünftausend Kilopascal (5000 kPa) sein.
Der Zylinderkopf 28 kann einen zweiten Durchgang 92 von dem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid zu einer Bohrung 94 der hydraulischen Spieleinstelleinrichtung, die die hydraulische Spieleinstelleinrichtung 40 enthält, und einen dritten Durchgang 96 in Kommunikation mit dem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid (über den zweiten Durchgang 92) und dem Nockenlagergebiet 37 definieren. Das zweite Fluid, das den zweiten und dritten Durchgang 92, 96 verlässt, kann schließlich in dem Fluidreservoir 80 gesammelt werden. Das Fluidreservoir 80 kann das zweite Fluid bei etwa atmosphärischem Druck halten.
Wie in 4 zu sehen ist, kann der Zylinderkopf 28 zusätzlich einen vierten Durchgang 98 in Kommunikation mit einem Ölsteuerventil (OCV) 100 definieren, das in dem Zylinderkopf 28 angeordnet ist. Das OCV 100 kann in Kommunikation mit dem Nockenphasensteller 39 stehen und kann selektiv das zweite Fluid von dem Reservoir 86 für druckbeaufschlagtes Fluid bereitstellen, um die Rotationsposition der Nockenwelle 35 nach Früh oder nach Spät zu verstellen. Das OCV 100 kann zusätzlich in Kommunikation mit dem Fluidreservoir 80 stehen und kann das zweite Fluid von dem Nockenphasensteller 39 an das Fluidreservoir während der Betätigung des Nockenphasenstellers 39 austragen.
Die Hubpumpe 78 kann das zweite Fluid von dem Fluidreservoir 80 ziehen und das zweite Fluid an den Fluidverteiler 76 pumpen und schließlich das zweite Fluid an die zweite Pumpe 62 rückführen. Der Rückführströmungspfad von dem Fluidverteiler 76 zu der zweiten Pumpe 62 kann das zweite Fluid umfassen, das von dem Fluidverteiler 76 zu dem Ölkühler 72 und Ölfilter 74 über die erste Rückführleitung 68 und dann zu der zweiten Pumpe 62 über die zweite Rückführleitung 70 strömt.
Wie oben angegeben und in 5 gezeigt ist, kann der magnetische Nockenphasensteller 139 mit der Nockenwelle 35 anstelle des hydraulischen Nockenphasenstellers 39 gekoppelt sein. In jeder Anordnung kann der Nockenphasensteller 139 (oder Nockenphasensteller 39) in einem Kettentriebhohlraum 102 angeordnet sein, der dem ersten Schmiersystem 20 ausgesetzt ist. Daher kann der Nockenphasensteller 139 (oder Nockenphasensteller 39) außerhalb eines Gebietes des Zylinderkopfs 28 in Kommunikation mit dem zweiten Schmiersystem 22 angeordnet sein.
Wie schematisch in 3 gezeigt ist, kann eine erste Dichtung 104 mit dem Zylinderkopf 28 und einer Nockenabdeckung 106 (2) an einem Gebiet in Eingriff stehen, das die Nockenwelle 35 umgibt, und eine zweite Dichtung 108 kann mit dem Zylinderkopf 28 und der Nockenabdeckung 106 an einem Gebiet in Eingriff stehen, das den Kettentriebhohlraum 102 umgibt, um das erste und zweite Schmiersystem 20, 22 voneinander zu trennen.
5 zeigt eine teilweise Schnittansicht, die einen Abschnitt des Nockenphasenstellers 139 aufweist, der weggeschnitten ist, um eine dritte Dichtung 110 darzustellen, die das erste und zweite Schmiersystem 20, 22 weiter voneinander trennt.
Die dritte Dichtung 110 kann eine Ringlippendichtung bilden, die in einer Ringausnehmung angeordnet ist, die durch den Zylinderkopf 28 und eine Nockenlagerkappe 112 definiert ist. Ein L-förmiger Bügel 114 kann in der Ringausnehmung angebracht sein, die durch den Zylinderkopf 28 und die Nockenlagerkappe 112 definiert ist, und die dritte Dichtung 110 kann mit dem Bügel 114 und einem Außenumfang der Nockenwelle 35 in Eingriff stehen, um das erste und zweite Schmiersystem 20, 22 weiter voneinander zu trennen. Ein Durchgang 116 kann in dem Zylinderkopf 28 angeordnet sein und kann sich von der Ringausnehmung, die durch den Zylinderkopf 28 und die Nockenlagerkappe 112 definiert ist, zu einem Gebiet des zweiten Schmiersystems 22 erstrecken, um ein Rücklaufen von abgefangenem Öl zu dem zweiten Schmiersystem 22 zuzulassen.

Claims

Motorbaugruppe (10), umfassend: einen Motorblock (24); einen Zylinderkopf (28), der mit dem Motorblock (24) gekoppelt ist; ein erstes Schmiersystem (20), das eine erste Pumpe (54) in Kommunikation mit dem Motorblock (24) aufweist und ein erstes Fluid an den Motorblock (24) liefert; ein zweites Schmiersystem (22), das von dem ersten Schmiersystem (20) getrennt ist und eine zweite Pumpe (62) in Kommunikation mit dem Zylinderkopf (28) aufweist und ein zweites Fluid an den Zylinderkopf (28) liefert, ein erstes Ventil (32), das von dem Zylinderkopf (28) gelagert ist, ein zweites Ventil (36), das von dem Zylinderkopf (28) gelagert ist, einen hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) in Kommunikation mit dem zweiten Schmiersystem (22), der mit dem ersten Ventil (32) in Eingriff steht und dazu dient, das erste Ventil (32) zwischen einer offenen und geschlossenen Position zu verstellen, eine Nockenwelle (35), die an dem Zylinderkopf (28) gelagert ist, und einen mechanischen Ventilhubmechanismus (34), der mit dem zweiten Ventil (36) und der Nockenwelle (35) in Eingriff steht und dazu dient, das zweite Ventil (36) zwischen einer offenen und geschlossenen Position zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (62) in Kommunikation mit einem Fluideinlass (46) zu dem hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) steht und der mechanische Ventilhubmechanismus (34) in Kommunikation mit einem Fluidauslass (50) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) steht.
Motorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkopf (28) ein erstes Fluidreservoir (86) in Kommunikation mit dem Fluidauslass (50) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) und des mechanischen Ventilhubmechanismus (34) definiert, um den mechanischen Ventilhubmechanismus (34) mit dem zweiten Fluid, das den hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) verlässt, zu schmieren.
Motorbaugruppe (10) nach Anspruch 2, wobei das sich zweite Fluid, das an den Fluideinlass (46) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) geliefert wird, bei einem ersten Betriebsdruck befindet, und sich das zweite Fluid, das von dem Fluidauslass (50) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30) ausgetragen wird und in dem ersten Fluidreservoir (86) enthalten ist, bei einem zweiten Betriebsdruck befindet, wobei der erste Betriebsdruck zumindest das Zehnfache des zweiten Betriebsdrucks ausmacht.
Motorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem hydraulisch betätigten Nockenphasensteller (39) in Kommunikation mit einem Fluidauslass (50) des hydraulischen Ventilbetätigungsmechanismus (30).
Motorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Kurbelwelle (16), die rotierend an dem Motorblock (24) gelagert ist, und einem Nockenphasensteller (39), der mit der Nockenwelle (35) gekoppelt und durch die Kurbelwelle (16) rotierend angetrieben ist, wobei der Nockenphasensteller (39) außerhalb eines Gebiets des Zylinderkopfs (28) in Kommunikation mit dem zweiten Schmiersystem (22) angeordnet und in einem Gebiet der Motorbaugruppe (10) angeordnet ist, das dem ersten Schmiersystem (20) ausgesetzt ist, wobei das erste und zweite Schmiersystem (20, 22) voneinander durch eine Dichtung (104) getrennt sind, die mit der Nockenwelle (35) und dem Zylinderkopf (28) in Eingriff steht.
Motorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei das erste Fluid von dem zweiten Fluid verschieden ist.