-
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
-
Aus der
DE 10 2008 027 649 A1 ist ein Ventiltrieb für eine Schiffsdieselbrennkraftmaschine bekannt. Der dort offenbarte Ventiltrieb verfügt über einen Volllastschwinghebel zur Betätigung eines Ventilstößels eines Ventils der Brennkraftmaschine in einem Volllastbetriebsbereich derselben und einen Teillastschwinghebel zur Betätigung des Ventilstößels in einem Teillastbetriebsbereich der Brennkraftmaschine, wobei der Volllastschwinghebel durch eine erste Nocke einer Nockenwelle um eine Hebelachse drehbar ist, und wobei der Teillastschwinghebel durch eine zweite Nocke der Nockenwelle um die Hebelachse drehbar ist. Die erste Nocke der ersten Nockenwelle zur Betätigung des Volllastschwinghebels verfügt über einen gegenüber einem Nockengrundkreis radial außen vorstehenden ersten Nockenvorsprung. Die zweite Nocke der Nockenwelle, die der Betätigung des Teillastschwinghebels dient, verfügt über einen gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehenden zweiten Nockenvorsprung. Der dort offenbarte Ventiltrieb verfügt weiterhin über ein Schaltelement. Das Schaltelement trennt in einem ersten Zustand den Teillastschwinghebel und den Volllastschwinghebel voneinander. In einem zweiten Zustand des Schaltelements koppelt dasselbe den Teillastschwinghebel und den Volllastschwinghebel aneinander. Mit einem solchen Ventiltrieb kann eine Ventilöffnungszeit von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine verändert werden, um Abgasemissionen der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Das Schaltelement dieses Ventiltriebs verfügt über einen hydraulisch betätigbaren Schaltkolben bzw. Schaltbolzen, wobei der hydraulisch betätigbare Schaltkolben bzw. Schaltbolzen mechanisch über einen Anschlag verriegelbar ist. Daraus folgt, dass der Schaltkolben bzw. Schaltbolzen innerhalb einer Nockgrundkreisphase verlagert und verriegelt werden muss.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Ventiltrieb und eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der oder jeder hydraulisch betätigbare Schaltkolben des Schaltelements hydraulisch verriegelbar. Bedingt dadurch, dass der oder jeder Schaltkolben des Schaltelements nicht nur hydraulisch betätigbar sondern auch hydraulisch verriegelbar ist, muss dessen Verlagerung und Verriegelung nicht wie im Stand der Technik innerhalb einer Nockengrundkreisphase erfolgen und abgeschlossen sein, vielmehr kann sich die Betätigung des Schaltkolbens über mehrere Nockengrundkreisphasen erstrecken. Fehlschaltungen des Schaltelements, die sich nach dem Stand der Technik dann ergeben, wenn eine Verlagerung und Verriegelung des jeweiligen Schaltkolbens nicht innerhalb einer Nockengrundkreisphase abgeschlossen werden kann, können vermieden werden. Eine unvollständige Verriegelung des jeweiligen Schaltkolbens wird demnach dadurch vermieden, dass die aus dem Stand der Technik bekannte mechanische Verriegelung durch die erfindungsgemäße hydraulische Verriegelung des jeweiligen Schaltkolbens ersetzt wird.
-
Vorzugsweise ist einer der Schwinghebel, insbesondere der Volllastschwinghebel, als Innenschwinghebel und der andere Schwinghebel, insbesondere der Teilastschwinghebel, als Außenschwinghebel ausgeführt, wobei der Innenschwinghebel zwischen zwei Schenkeln des Außenschwinghebels positioniert ist. Der Innenschwinghebel trägt vorzugsweise eine einzige Rolle, die von der ersten Nocke der Nockenwelle, die einen einzigen gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehenden ersten Nockenvorsprung aufweist, betätigbar ist. Der Außenschwinghebel trägt vorzugsweise zwei axial beabstandete Rollen, die von der zweiten Nocke der Nockenwelle die zwei gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehende, axial beabstandete zweite Nockenvorsprünge aufweist, betätigbar sind. Der zu betätigende Ventilstößel greift vorzugsweise am Innenschwinghebel in einer Flucht zu der von dem Innenschwinghebel getragenen Rolle an, wobei die beiden vom Außenschwinghebel getragenen Rollen symmetrisch zu beiden Seiten des Ventilstößels angeordnet sind.
-
Die Ausgestaltung von Volllastschwinghebel und Teillastschwinghebel als Innenschwinghebel und Außenschwinghebel sowie die symmetrische Anordnung der Rollen und damit letztendlich Nocken zum zu betätigenden Ventilstößel vermeidet die Ausbildung von Kippmomenten im Betrieb. Hierdurch kann die Funktion des Ventiltriebs erheblich verbessert werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung trägt der der Innenschwinghebel oder der Außenschwinghebel mindestens einen Schaltzylinder mit einem im Schaltzylinder verschiebbar geführten Schaltkolben, wobei der oder jeder Schaltkolben hydraulisch betätigbar und hydraulisch verriegelbar ist. Der Innenschwinghebel oder der Außenschwinghebel trägt ein erstes, nicht entsperrbares Rückschlagventil und ein zweites, entsperrbares Rückschlagventil, wobei der oder jeder Schaltkolben bei gesperrtem zweiten Rückschlagventil hydraulisch verriegelt und bei entsperrtem Rückschlagventil hydraulisch entriegelt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt eine besonders vorteilhafte hydraulische Betätigung und hydraulische Verriegelung des oder jedes Schaltkolbens.
-
Eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb ist in Anspruch 10 definiert.
-
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1: eine perspektivische Ansicht eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine;
-
2: ein Detail des Ventiltriebs der 1, nämlich eine Anordnung aus einem Innenschwinghebel und einem Außenschwinghebel;
-
3: den Außenschwinghebel der 2 in Alleindarstellung;
-
4: den Innenschwinghebel der 2 in Alleindarstellung;
-
5: einen ersten Querschnitt in Schnittrichtung II-II durch die Anordnung der 2, nämlich durch den Innenschwinghebel des Ventiltriebs;
-
6: einen zweiten Querschnitt in Schnittrichtung I-I durch die Anordnung der 2 bei verriegelten Schaltkolben; und
-
7: den Querschnitt der 6 bei entriegelten Schaltkolben.
-
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
-
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ventiltrieb 10 zum Ansteuern von Gaswechselventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb einerseits der Betätigung von Ventilstößeln 11 für Einlassventile und andererseits der Betätigung von Ventilstößeln 12 für Auslassventile der Brennkraftmaschine dient.
-
Im konkreten Anwendungsfall dient jeder Ventilstößel 11 der Betätigung von zwei Einlassventilen eines Zylinders der Brennkraftmaschine und jeder Ventilstößel 12 der Betätigung von zwei Auslassventilen eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Über die Einlassventile eines Zylinders gelangt verdichtete Ladeluft in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders und über die Auslassventile gelangt Abgas aus dem Brennraum des jeweiligen Zylinders, wobei Kraftstoff über separate Injektoren in den Brennraum des jeweiligen Zylinders eingebracht werden kann.
-
Die hier vorliegende Erfindung betrifft solche Details des Ventiltriebs 10, die der Betätigung der Ventilstößel 11 für die Einlassventile der Zylinder einer Brennkraftmaschine dienen.
-
Zur Betätigung jedes Ventilstößels 11 für die Einlassventile eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine umfasst der Ventiltrieb 10 im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Schwinghebel, nämlich einen Volllastschwinghebel 13 zur Betätigung des jeweiligen Ventilstößels 11 in einem Volllastbetriebsbereich der Brennkraftmaschine und einen Teillastschwinghebel 14 zur Betätigung des jeweiligen Ventilstößels 11 in einem Teillastbetriebsbereich der Brennkraftmaschine, wobei der Volllastschwinghebel 13 und der Teillastschwinghebel 14 jeweils um eine Hebelachse 15 drehbar sind. Zur Betätigung jedes Ventilstößels 12 für die Auslassventile eines jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine umfasst der Ventiltrieb 10 im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen einzigen Schwinghebel 16, der ebenfalls um die Hebelachse 15 drehbar ist.
-
Jeder Volllastschwinghebel 13 ist durch eine nicht gezeigte erste Nocke einer nicht gezeigten Nockenwelle, die einen gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehenden ersten Nockenvorsprung aufweist, betätigbar. Jeder Teillastschwinghebel 14 ist durch eine zweite Nocke der Nockenwelle betätigbar, die einen gegenüber einem Grundkreis ebenfalls nach radial außen vorstehenden zweiten Nockenvorsprung aufweist.
-
Zur Umschaltung zwischen einem Volllastbetriebsbereich der Brennkraftmaschine und einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine, nämlich zur Einstellung angepasster Ventilöffnungszeiten für die Einlassventile der Brennkraftmaschine, sind die beiden der Betätigung der Einlassventile des jeweiligen Zylinder dienenden Schwinghebel, nämlich der jeweilige Volllastschwinghebel 13 und der jeweilige Teillastschwinghebel 14, über ein Schaltelement 17 aneinander koppelbar bzw. voneinander trennbar, nämlich derart, dass in einem ersten Zustand des Schaltelements 17 der jeweilige Volllastschwinghebel 13 und der jeweilige Teillastschwinghebel 14 voneinander getrennt sind, wohingegen in einem zweiten Zustand des Schaltelements 17 der Teillastschwinghebel 14 und der Volllastschwinghebel 13 einander gekoppelt sind.
-
Im ersten Zustand, in welchem der jeweilige Teillastschwinghebel 14 und der jeweilige Volllastschwinghebel 13 voneinander getrennt sind, sind diese beiden Schwinghebel 13, 14 unabhängig voneinander beweglich, wobei dann in einem Volllastbetriebsbereich angepasste Ventilöffnungszeiten für die Einlassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
-
Dann hingegen, wenn die beiden Schwinghebel 13, 14 über das Schaltelement 17 im zweiten Zustand desselben aneinander gekoppelt sind, sind Volllastschwinghebel 13 und Teillastschwinghebel 14 nur abhängig bzw. gemeinsam beweglich bzw. drehbar, wobei dann an einen Teillastbetriebsbereich angepasste Ventilöffnungszeiten für die Einlassventile des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
-
Im Bereich jedes Zylinders werden demnach die Einlassventile des jeweiligen Zylinders über einen entsprechenden Ventilstößel 11 betätigt, wobei jedem Ventilstößel 11 ein Volllastschwinghebel 13 und ein Teillastschwinghebel 14 zugeordnet ist, die abhängig vom Zustand des jeweiligen Schaltelements 17 entweder voneinander getrennt sind oder aneinander gekoppelt sind, um entweder an einen Volllastbetriebsbereich oder an einen Teillastbetriebsbereich angepasste Ventilöffnungszeiten für die Einlassventile des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine bereitzustellen.
-
Das Schaltelement 17, welches der Trennung bzw. Kopplung eines Volllastschwinghebels 13 und eines Teillastschwinghebels 14 dient, verfügt über mindestens einen hydraulisch betätigbaren Schaltkolben 23, der im zweiten Zustand des Schaltelements 17 zur Bereitstellung von Ventilöffnungszeiten für den Teillastbetriebsbereich den Volllastschwinghebel 13 und den Teillastschwinghebel 14 aneinander koppelt. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist der oder jeder hydraulisch betätigbare Schaltkolben 23 nicht nur hydraulisch betätigbar, sondern darüber hinaus auch hydraulisch verriegelbar.
-
Auf eine nach dem Stand der Technik erforderliche mechanische Verriegelung des jeweiligen Schaltkolbens kann demnach mit der hier vorliegenden Erfindung verzichtet werden, wodurch es möglich ist, das Ausfahren und Verriegeln des oder jedes Schaltkolbens 23 über mehrere Nockengrundkreisphasen auszuführen, so dass demnach nicht wie im Stand der Technik üblich, ein Betätigen und Verriegeln eines Schaltkolbens in einer einzigen Nockengrundkreisphase abgeschlossen sein muss. Daher können mit der Erfindung Fehlschaltungen, die nach dem Stand der Technik bei einer unvollständigen Verlagerung und Verriegelung eines Schaltkolbens in einer einzigen Nockengrundkreisphase auftreten können, vermieden werden. Die hydraulische Verriegelung bei Bereitstellung des Teillastbetriebsbereichs beruht auf den Prinzip eines hydraulischen Ventilspielausgleichs.
-
Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist einer der Schwinghebel, vorzugsweise der Volllastschwinghebel 13, als Innenschwinghebel und der andere Schwinghebel, insbesondere der Teillastschwinghebel 14, als Außenschwinghebel ausgeführt, wobei in montiertem Zustand der Innenschwinghebel, insbesondere der Volllastschwinghebel 13, zwischen zwei Schenkeln 19, 20 des Außenschwinghebels 14, insbesondere des Teillastschwinghebels, positioniert ist.
-
Dabei trägt, wie am besten 4 entnommen werden kann, der insbesondere als Volllastschwinghebel 13 dienende Innenschwinghebel eine einzige Rolle 21, die mit einer nicht gezeigten ersten Nocke der nicht gezeigten Nockenwelle zusammenwirkt, nämlich derart, dass die erste Nocke der Nockenwelle einen einzigen gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehenden ersten Nockenvorsprung aufweist, welcher der Betätigung des als Volllastschwinghebel 13 dienenden Innenschwinghebels 13 dient. Demgegenüber trägt der als Teillastschwinghebel 14 dienende Außenschwinghebel gemäß 3 zwei Rollen 22, die axial voneinander beabstandet sind. Jeder Schenkel 19, 20 des Außenschwinghebels 14 trägt dabei eine Rolle 22. Mit jeder dieser beiden Rollen 22 wirkt ein gegenüber einem Nockengrundkreis nach radial außen vorstehender, zweiter Nockenvorsprung eines nicht gezeigten zweiten Nockes der nicht gezeigten Nockenwelle zusammen.
-
Der abhängig vom Schaltzustand des Schaltelements 17 zu betätigende Ventilstößel 11 greift am Innenschwinghebel 13 in einer Flucht zu der von demselben getragenen Rolle 21 an (siehe 6 und 7). Die beiden von dem Außenschwinghebel 14 getragenen Rollen 22 sind symmetrisch zu beiden Seiten des Ventilstößels 11 angeordnet. Daher können im Betrieb, sowohl im Teillastbetrieb als auch im Volllastbetrieb sowie bei der Umschaltung, Kippmomente, die auf den Ventilstößel 11 nach dem Stand der Technik einwirken, vermieden werden. Der gesamte Ventiltrieb 10 ist demnach kippmomentfrei. Dies bewirkt einen besonders vorteilhaften Betrieb desselben.
-
Wie bereits ausgeführt, umfasst das Schaltelement 17, welches abhängig von dessen Schaltzustand entweder den Volllastschwinghebel 13 und den Teillastschwinghebel 14 aneinander gekoppelt oder voneinander trennt, mindestens einen hydraulisch betätigbaren und hydraulisch verriegelbaren Schaltkolben 23, wobei im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedes Schaltelements 17 zwei derartige Schaltkolben 23 umfasst, die mit einem entsprechenden Schaltzylinder 24 zusammenwirken. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel trägt jeder als Innenschwinghebel ausgeführte Volllastschwinghebel 13 zwei derartige Schaltzylinder 24, in welchen jeweils ein hydraulisch betätigbarer und hydraulisch verriegelbarer Schaltkolben 23 geführt ist, wobei die von dem als Volllastschwinghebel 13 fungierenden Innenschwinghebel getragenen Schaltkolben 23 zur Kopplung von Volllastschwinghebel 13 und Teillastschwinghebel 14 mit Auflageflächen 25, die von den Schenkeln 19 und 20 des als Teillastschwinghebel dienenden Außenschwinghebels 14 bereitgestellt sind, zusammenwirken.
-
Im ersten Zustand des Schaltelements 17, in welchem Teillastschwinghebel 14 und Volllastschwinghebel 13 voneinander getrennt sind, sind die Schaltzylinder 24, in welchen die Schaltkolben 23 geführt sind, drucklos, so dass dann Volllastschwinghebel 13 und Teillastschwinghebel 14 unabhängig voneinander beweglich sind. In diesem Fall sind die Schaltkolben 23 entriegelt.
-
Im zweiten Zustand des Schaltelements 17 hingegen ist in den Schaltzylindern 24 ein entsprechender hydraulischer Druck aufgebaut, der die Schaltkolben 23 gegen die Auflageflächen 25 drückt, so dass dann die Schaltkolben 23 hydraulisch verriegelt sind und Teillastschwinghebel 14 sowie Volllastschwinghebel 13 derart aneinandergekoppelt sind, dass dieselben nur abhängig beweglich sind.
-
Die Befüllung der Schaltzylinder 24 mit Öl und Betätigung der Schaltkolben 23 sowie die hydraulische Verriegelung und Entriegelung der Schaltkolben 23 erfolgt über vorzugsweise dem Innenschwinghebel 13 zugeordnete bzw. von demselben aufgenommene Rückschlagventile 26 und 27. Beim Rückschlagventil 26 handelt es sich um ein nicht schaltbares Rückschlagventil, wohingegen es sich beim Rückschlagventil 27 um ein hydraulisch schaltbares bzw. hydraulisch sperrbares Rückschlagventil handelt. Abhängig von einem Hydraulikdruck in einer Schaltölleitung 28 ist das schaltbare Rückschlagventil 27 entweder gesperrt oder entsperrt. Dann, wenn das Rückschlagventil 27 gesperrt und damit geschlossen ist, ist den Schaltzylindern 24 und damit den Schaltkolben 23 über Ölzuführleitungen 18 Öl ausgehend vom Schmierölsystem der Schwinghebel 13, 14 zur Betätigung und Verriegelung der Schaltkolben 23 zuführbar. Dann hingegen, wenn das Rückschlagventil 27 entsperrt und geöffnet ist, wird in den Hydraulikzylindern 24 befindliches Öl aus denselben abführbar, wobei dann die Schaltkolben 23 hydraulisch entriegelt sind.
-
Soll demnach ein Volllastbetriebsbereich für die Brennkraftmaschine unter Bereitstellung von für den Volllastbetriebsbereich angepassten Öffnungszeiten der Einlassventile der Zylinder der Brennkraftmaschine gewährleistet werden, so nimmt das jeweilige Schaltelement 17 den ersten Zustand ein, um den Teillastschwinghebel 14 und den Volllastschwinghebel 13 voneinander zu trennen, wobei in diesem Zustand das Rückschlagventil 27 entsperrt bzw. geöffnet ist, sodass Volllastschwinghebel 13 und Teillastschwinghebel 14 unabhängig voneinander beweglich sind. In diesem Zustand wird dann der Ventilstößel 11 ausschließlich ausgehend vom Volllastschwinghebel 13 betätigt.
-
Zur Bereitstellung von für einen Teillastbetriebsbereich angepassten Ventilöffnungszeiten der Einlassventile der Brennkraftmaschine sind hingegen im zweiten Zustand des jeweiligen Schaltelements 17 Volllastschwinghebel 13 und Teillastschwinghebel 14 aneinander gekoppelt, wobei dieselben dann nur abhängig voneinander bzw. gemeinsam beweglich sind, wobei in diesem Zustand das Rückschlagventil 27 gesperrt bzw. geschlossen ist. In diesem Zustand sind dann die Schaltkolben 23 hydraulisch verriegelt, indem dieselben gegen die korrespondierenden Auflageflächen 25 des Außenschwinghebels bzw. Teillastschwinghebels 14 drücken. Ein zur Betätigung und Verriegelung erforderlicher Systemdruck entspricht dem Schmieröldruck des Schmierölsystems der Schwinghebel 13, 14.
-
Obwohl die Ausgestaltung des Innenschwinghebels als Volllastschwinghebel und die Ausgestaltung des Außenschwinghebels als Teillastschwinghebel bevorzugt ist, ist es auch möglich, den Innenschwinghebel als Teillastschwinghebel und den Außenschwinghebel als Volllastschwinghebel zu nutzen. Ebenso ist es möglich, die Schaltzylinder 24 und Schaltkolben 23 nicht dem Innenschwinghebel 13 sondern dem Außenschwinghebel 14 zuzuordnen, wobei dann Auflageflächen für die Schaltkolben vom Innenschwinghebel bereitgestellt sind.
-
Der beschriebene Schaltschwinghebel ist im Einsatz als Einlaßschwinghebel und/oder Auslaßschwinghebel denkbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ventiltrieb
- 11
- Ventilstößel
- 12
- Ventilstößel
- 13
- Volllastschwinghebel
- 14
- Teillastschwinghebel
- 15
- Hebelachse
- 16
- Schwinghebel
- 17
- Schaltelement
- 18
- Ölleitung
- 19
- Schenkel
- 20
- Schenkel
- 21
- Rolle
- 22
- Rolle
- 23
- Schaltkolben
- 24
- Schaltzylinder
- 25
- Auflagefläche
- 26
- Rückschlagventil
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Schaltölleitung
-
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
-
- DE 102008027649 A1 [0002]
