DE102014216826A1

DE102014216826A1 - Brennkraftmaschine mit Ventiltriebschmierung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014216826A1
Application number: DE201410216826
Authority: DE
Inventors: Jean-Philippe Pützer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: DE102014216826B4

Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens einem mit einem Kurbelgehäuse verbindbaren Zylinderkopf (7) und – mindestens einem Zylinder (7a), der mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlassöffnung (8a) zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und – einem Ventiltrieb (1) umfassend ein Hubventil (2a) für jede Öffnung (8a) und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Hubventile (2a), die mindestens eine obenliegende Nockenwelle umfasst, bei der – jedes Hubventil (2a) über einen Ventilschaft (4) verfügt, an dessen dem Zylinder (7a) zugewandten Ende ein zur Öffnung (8a) korrespondierender Ventilteller (5) angeordnet ist und dessen anderes Ende der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandt ist und der in einer buchsenartigen Ventilschaftführung (4a) translatorisch verschiebbar gelagert ist, so dass das Hubventil (2a) bei Betätigung und umlaufender Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung in Richtung seiner Längsachse (3) vollzieht, um die Öffnung (8a) freizugeben und zu versperren, wobei – bei mindestens einem Hubventil (2a) ein um den Ventilschaft (4) herum verlaufender Ringkanal (10) vorgesehen ist, der via einer Leitung (9) mit einer Entlüftungsleitung (12) zumindest verbindbar ist, wobei die Entlüftungsleitung (12) von dem Kurbelgehäuse abzweigt, so dass dem Ringkanal (10) bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal (10) ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom druckgetrieben zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem mit einem Kurbelgehäuse verbindbaren Zylinderkopf und

– mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlassöffnung zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und
– einem Ventiltrieb umfassend ein Hubventil für jede Öffnung und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Hubventile, die mindestens eine obenliegende Nockenwelle umfasst, bei der
– jedes Hubventil über einen Ventilschaft verfügt, an dessen dem Zylinder zugewandten Ende ein zur Öffnung korrespondierender Ventilteller angeordnet ist und dessen anderes Ende der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandt ist und der in einer buchsenartigen Ventilschaftführung translatorisch verschiebbar gelagert ist, so dass das Hubventil bei Betätigung und umlaufender Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung in Richtung seiner Längsachse vollzieht, um die Öffnung freizugeben und zu versperren.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, bzw. Brennkraftmaschinen, die über eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine verfügen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder, d. h. der Brennräume, miteinander verbunden werden, wozu im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen sind. Der Zylinderblock dient als obere Kurbelgehäusehälfte der Aufnahme des Kolbens bzw. des Zylinderrohres jedes Zylinders. Der Zylinderkopf dient üblicherweise der Aufnahme des für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebs. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Abführen der Verbrennungsgase via Abgasleitung über die mindestens eine Auslassöffnung und das Zuführen der Ladeluft via Ansaugleitung über die mindestens eine Einlassöffnung des Zylinders. Dabei sind zumindest Teilstücke der mindestens einen Ansaugleitung bzw. der mindestens einen Abgasleitung im Zylinderkopf integriert. Nach dem Stand der Technik werden bei Viertaktmotoren zur Steuerung des Ladungswechsels nahezu ausschließlich Hubventile verwendet, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar sind und während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen, um die Einlass- und Auslassöffnungen freizugeben bzw. zu versperren.
Der erforderliche Betätigungsmechanismus einschließlich der Ventile wird als Ventiltrieb bezeichnet. Dabei ist es die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlass- und Auslassöffnungen der Zylinder rechtzeitig freizugeben bzw. zu versperren, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Ausschieben der Verbrennungsgase zu gewährleisten.
Zur Betätigung eines Ventils wird einerseits eine Ventilfeder vorgesehen, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und andererseits, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft dieser Ventilfeder zu öffnen, eine Ventilbetätigungseinrichtung.
Die Ventilbetätigungseinrichtung umfasst mindestens eine Nockenwelle mit einem Nocken für jedes Ventil und für jedes Ventil mindestens ein Nockenfolgeelement, das im Kraftfluss zwischen der Nockenwelle und dem dazugehörigen Ventil angeordnet ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Zwischenelemente der Ventilbetätigungseinrichtung, d. h. Ventiltriebsbauteile, die im Kraftfluss zwischen Nocken und Ventil liegen, d. h. angeordnet sind, als Nockenfolgeelement bezeichnet, d. h. unter diesem Begriff zusammengefasst.
In der Regel wird für die Einlassventile und die Auslassventile jeweils eine Nockenwelle vorgesehen, die beispielsweise mittels eines Zugmitteltriebes von der Kurbelwelle in der Art in Drehung versetzt wird, dass die Nockenwelle und mit dieser die Nocken mit der halben Kurbelwellendrehzahl umlaufen. Grundsätzlich wird dabei zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden, wobei auf die Trennebene zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf Bezug genommen wird.
Häufig werden obenliegende Nockenwellen zur Betätigung hängender Ventile verwendet. Eine obenliegende Nockenwelle wird vom Zylinderkopf aufgenommen, wozu Lager bzw. Lagerblöcke vorzusehen sind.
Der Ventiltrieb bzw. eine Ventilschaftführung des Ventiltriebs wird in der Kontaktfläche zwischen Ventilschaftführung und Ventilschaft zwecks Schmierung mit Öl versorgt, wobei dies nach dem Stand der Technik in der Regel von Seiten der Ventilbetätigungseinrichtung her erfolgt.
So sind, insbesondere bei obenliegenden Nockenwellen, im Zylinderkopf Versorgungsbohrungen für die Schmierung des Ventiltriebs vorgesehen, mit denen die Lager der mindestens einen Nockenwelle mit Öl versorgt werden. Dieses Öl dient üblicherweise auch der Schmierung der Ventilschaftführungen, wobei die Förderung des Öls von den Nockenwellenlagern hin zu den Ventilschaftführungen nach dem Stand der Technik schwerkraftgetrieben erfolgt. D. h. es handelt sich um eine passive Schmierung.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird beispielsweise beschrieben in der US 2,865,354 A , bei der ein unerwünschter Öleintrag in einen Zylinder entlang des Ventilschaftes eines Einlassventils via Ansaugsystem und Einlassöffnung dadurch vermieden werden soll, dass ein um den Ventilschaft herum ausgebildeter Arbeitsraum via Leitung mit Umgebungsdruck beaufschlagt wird. Diese Maßnahme verhindert, dass bei Unterdruck im Ansaugsystem Öl aus einer Kammer, die an dem vom Zylinder abgewandten Ende des Ventils vorgesehen ist, in das Ansaugsystem gesaugt wird. Die Schmierung des Ventiltriebs wird dadurch verbessert.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird auch beschrieben in der US 1,876,160 A , bei der ein Ventilschaft eines Auslassventils mit Öl versorgt wird, indem ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom verwendet wird, der aus dem Kurbelgehäuse stammt und mittels Luftpumpe gefördert wird.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Schmierung des Ventiltriebs optimiert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem mit einem Kurbelgehäuse verbindbaren Zylinderkopf und

– mindestens einem Zylinder, der mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlassöffnung zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und
– einem Ventiltrieb umfassend ein Hubventil für jede Öffnung und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Hubventile, die mindestens eine obenliegende Nockenwelle umfasst, bei der
– jedes Hubventil über einen Ventilschaft verfügt, an dessen dem Zylinder zugewandten Ende ein zur Öffnung korrespondierender Ventilteller angeordnet ist und dessen anderes Ende der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandt ist und der in einer buchsenartigen Ventilschaftführung translatorisch verschiebbar gelagert ist, so dass das Hubventil bei Betätigung und umlaufender Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung in Richtung seiner Längsachse vollzieht, um die Öffnung freizugeben und zu versperren, und

– bei mindestens einem Hubventil ein um den Ventilschaft herum verlaufender Ringkanal vorgesehen ist, der via einer Leitung mit einer Entlüftungsleitung zumindest verbindbar ist, wobei die Entlüftungsleitung von dem Kurbelgehäuse abzweigt, so dass dem Ringkanal bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom druckgetrieben zuführbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann auf eine Schmierung der Ventilschaftführung seitens der Ventilbetätigungseinrichtung vollständig verzichtet werden.
Erfindungsgemäß ist eine separate Leitung vorgesehen, mit der ölhaltige Luft in einen um den Ventilschaft herum verlaufenden Ringkanal eingebracht werden kann, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Ventilschaftführung und dem dazugehörigen Ventilschaft eines Ventils mit Öl versorgt und geschmiert wird. Der Ringkanal ist via eingangs erwähnter Leitung mit einer Entlüftungsleitung verbunden bzw. verbindbar.
Das Öl in der Luft stammt erfindungsgemäß aus der Entlüftung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine und wird via Entlüftungsleitung in den Ringkanal eingespeist.
Eine im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf und transformiert die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle. Im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die obere Kurbelgehäusehälfte durch den Zylinderblock gebildet. Ergänzt wird das Kurbelgehäuse durch die an die obere Kurbelgehäusehälfte montierbare und als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte. Die Ölwanne dient dem Sammeln und Bevorraten des Motoröls und ist Teil des Ölkreislaufs. Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen, die in der Regel zweiteilig ausgeführt sind und jeweils einen Lagersattel und einen mit dem Lagersattel verbindbaren Lagerdeckel umfassen. Die Lager werden üblicherweise mit Motoröl, d. h. Schmieröl, versorgt. Zur Versorgung der Lager mit Öl ist eine Pumpe zur Förderung von Motoröl zu den mindestens zwei Lagern vorgesehen, wobei die Pumpe via Versorgungsleitung eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den mindestens zwei Lagern führen, mit Motoröl versorgt. Die vorgesehene Pumpe selbst wird nach dem Stand der Technik via Saugleitung, die von der Ölwanne zur Pumpe führt, mit aus der Ölwanne stammendem Motoröl versorgt. Auch die Nockenwellenaufnahme wird – wie bereits erwähnt – üblicherweise mit Schmieröl versorgt, wozu ein Versorgungskanal vorgesehen wird, der nach dem Stand der Technik bei obenliegender Nockenwelle bis in den Zylinderkopf reichen kann.
Um den Druck im Kurbelgehäuse abzubauen, ist es vorteilhaft, zur Entlüftung des Kurbelgehäuses eine Entlüftungsleitung vorzusehen. Der Hintergrund dieser Maßnahme ist, dass ein Teil der Verbrennungsgase bzw. der Verbrennungsluft aus den Zylindern in das Kurbelgehäuse gelangt und dort für eine Druckerhöhung sorgt. Neben diesem sogenannten Blow-by gelangt auch ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes in das Kurbelgehäuse.
Ein Teil des im Kurbelgehäuse befindlichen Öls vermischt sich in Form eines feinen Ölnebels mit den im Kurbelgehäuse befindlichen Gasen, weshalb der dem Kurbelgehäuse entnommene Entlüftungsstrom mit Öl kontaminiert ist. Nach dem Stand der Technik wird der Entlüftungsstrom häufig einem Ölabscheider zugeführt, wobei das abgeschiedene Öl in das Kurbelgehäuse zurückgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird der mit Öl kontaminierte Entlüftungsstrom oder aber der im Abscheider gereinigte Entlüftungsstrom mittels Entlüftungsleitung dem Ringkanal mindestens eines Ventils druckgetrieben zugeführt.
Zumindest ein Teil des Entlüftungsstromes gelangt via der Leitung in den Ringkanal, wobei die im Entlüftungsstrom enthaltenen Ölpartikel die Ventilschaftführung schmieren. Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Schmierung seitens der Ventilbetätigungseinrichtung, die schwerkraftgetrieben und daher passiv ist, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schmierung der Ventilschaftführung mit im Entlüftungsstrom enthaltenen Ölpartikeln um eine aktive Schmierung, wobei zur Förderung des Entlüftungsstroms das Druckgefälle zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal dient.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, die hinsichtlich der Schmierung des Ventiltriebs optimiert ist.
Eine obenliegende Nockenwelle ist vorteilhaft, weil bei durch den Wegfall der Stoßstange die bewegte Masse des Ventiltriebes reduziert wird und der Ventiltrieb starrer, d. h. weniger elastisch ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sowohl eine Einlassnockenwelle für das mindestens eine Einlassventil als auch eine Auslassnockenwelle für das mindestens eine Auslassventil vorgesehen sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ringkanal vollständig im Ventilschaft angeordnet ist. Dann ist in der buchsenartigen Ventilschaftführung lediglich ein Durchgang vorzusehen, um die Leitung via Durchgang mit dem Ringkanal zu verbinden. Dies hätte den Vorteil, dass die Ventilschaftführung einteilig ausgebildet werden kann, um den Ringkanal mit ölhaltiger Luft aus der Leitung bzw. aus dem Kurbelgehäuse zu versorgen. Bei kleineren Ventilen bzw. einem schmaleren Ventilschaft können sich aber Probleme bei der Festigkeit des Schafts ergeben, weshalb der Ringkanal vorzugsweise zumindest teilweise in die Ventilschaftführung eingebracht wird.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ringkanal vollständig in der Ventilschaftführung auf einer dem Ventilschaft zugewandten Seite angeordnet ist.
Dabei kann die Ventilschaftführung einteilig ausgebildet sein, wobei sich der Ringkanal in der Mantelfläche der Innenwandung befindet. Dann ist zusätzlich ein Durchgang vorzusehen, der den Ringkanal via Ventilschaftführung mit der Leitung verbindet.
Die buchsenartige Ventilschaftführung kann aber auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei die zwei Ventilschaftführungsteile beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass sich ein um den Ventilschaft verlaufender Ringkanal ausbildet. Die Leitung könnte dann direkt in diesen Ringkanal münden.
Vorteilhaft sind aus den genannten Gründen auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ringkanal zumindest teilweise im Ventilschaft angeordnet ist.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ringkanal zumindest teilweise in der Ventilschaftführung auf einer dem Ventilschaft zugewandten Seite angeordnet ist.
Dann ist in der buchsenartigen Ventilschaftführung gegebenenfalls ein Durchgang vorzusehen, um die Leitung mit dem Ringkanal zu verbinden.
Im Zusammenhang mit der Ölschmierung des Schaftes bzw. der Ventilschaftführung ist zu berücksichtigen, dass das Ventil und mit diesem der Ventilschaft bei Betätigung durch die umlaufende Nockenwelle in der Regel um die Längsachse des Ventils rotiert. Die Gründe sind die Folgenden. Bei Verwendung eines Stößels wird dieser Stößel auf das der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandte Ende des Hubventils aufgesetzt, so dass der Stößel an der oszillierenden Hubbewegung des Ventils teilnimmt, wenn der Nocken sich in Eingriff befindet mit dem Stößel und der Nocken mit seiner Nockenmantelfläche entlang einer Berührungslinie auf der Oberfläche des Stößels abgleitet. Um das Abgleiten zu erleichtern und den Verschleiß beider Bauteile zu minimieren, wird die Kontaktzone zwischen Nocken und Stößel mit Schmieröl versorgt. Der Verschleiß von Nocken und Stößel ist nicht nur nachteilig im Hinblick auf die Lebensdauer dieser Bauteile, sondern auch insbesondere hinsichtlich der Funktionstüchtigkeit des Ventiltriebes, da ein Materialabtrag Einfluss hat auf das Ventilspiel, den Ventilhub und die Steuerzeiten. Um dem Verschleiß von Stößel und Nocken entgegen zu wirken, werden der Nocken und der Stößel in der Weise zueinander angeordnet, dass die Mittelebene des Nockens, die senkrecht zur Drehachse des Nockens verläuft, gegenüber der Längsachse des Stößels um eine Exzentrizität versetzt angeordnet ist. Diese Exzentrizität bewirkt, dass der Stößel um seine Längsachse rotiert, wenn der Nocken sich mit seiner Nockenmantelfläche entlang einer Berührungslinie mit dem Stößel in Eingriff befindet.
Das Rotieren des Ventilschaftes unterstützt die Verteilung des Öls im gesamten Bereich der Ventilschaftführung und des Ringkanals und fördert das Öl bzw. die ölhaltige Luft durch den Ringkanal um den Ventilschaft herum.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Leitung und/oder in der Entlüftungsleitung ein Absperrelement vorgesehen ist. Das Absperrelement dient dazu, die Ölschmierung eines Schaftes zu aktivieren, d. h. die Leitung freizugeben und den Ringkanal mit aus dem Kurbelgehäuse stammender ölhaltiger Luft zu versorgen. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine Schmierung nicht kontinuierlich sinnvoll bzw. erforderlich ist. Darüber hinaus lässt sich mittels Absperrelement die via Leitung in den Ringkanal eingebrachte Luftmenge bzw. Ölmenge steuern, d. h. dosieren.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugsystem eine Drosselklappe angeordnet.
Die Anordnung einer Drosselklappe im Ansaugsystem kann unterschiedliche Gründe haben. Bei Ottomotoren kann die Drosselklappe im Rahmen der Quantitätsregelung Verwendung finden. Durch Verstellen einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die Drosselklappe geschlossen ist, d. h. je mehr die Klappe das Ansaugsystem versperrt desto höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe und vor dem Einlass in den Zylinder. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden.
Aber auch bei Dieselmotoren kann die Anordnung einer Drosselklappe im Ansaugsystem sinnvoll sein, beispielweise um die Luftzufuhr zu drosseln bzw. zu unterbinden.
Ist eine Drosselklappe im Ansaugsystem angeordnet, ist es vorteilhaft, dass die Entlüftungsleitung stromabwärts des Ringkanals und stromabwärts dieser Drosselklappe in das Ansaugsystem mündet, da dann der Unterdruck hinter der Drosselklappe als treibende Kraft zur Förderung des Entlüftungsstromes genutzt werden kann. Eingangs der Leitung herrscht dann Umgebungsdruck bzw. der Druck im Kurbelgehäuse, wohingegen am Ende der Entlüftungsleitung bzw. derselbe Druck vorliegt, wie stromabwärts der Drosselklappe auch.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen im Ansaugsystem ein Filter angeordnet ist. Die angesaugte Ladeluft wird vorzugsweise einer Luftfilterkammer der Brennkraftmaschine zugeführt, in der die Luft zur Reinigung einen Filter durchströmt. Die angesaugte und gereinigte Ladeluft durchströmt anschließend das Ansaugsystem und passiert gegebenenfalls einen Luftmassensensor und eine Drosselklappe bevor die Ladeluft in die einzelnen Zylinder strömt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal keine Pumpe vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird der mit Öl kontaminierte Entlüftungsstrom mittels Druckgefälle zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal gefördert. Insofern ist eine Pumpe zur Förderung des Entlüftungsstroms nicht erforderlich. Das Weglassen der Pumpe senkt die Kosten, das Gewicht und vermindert den Bauraumbedarf, wodurch ein dichteres Packaging der gesamten Antriebseinheit ermöglicht wird.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Entlüftungsleitung stromaufwärts des Ringkanals durch einen Ölabscheider hindurchführt.
Dann gelangt der gereinigte Entlüftungsstrom zusammen mit Luft in die Leitung und den Ringkanal. Insbesondere aber wird dem mindestens einen Zylinder – bei bestimmten Ausführungsformen – kein mit allzu viel Öl kontaminierter Entlüftungsstrom zugeführt, der die Schadstoffemissionen deutlich ansteigen lassen würde.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes Ventil mit einer Ventilfeder ausgestattet ist, die das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorspannt. Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die Ventilfeder eine Schraubenfeder ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen für jedes Ventil mindestens ein Nockenfolgeelement vorgesehen ist, wobei jedes Nockenfolgeelement im Kraftfluss zwischen der Nockenwelle und dem dazugehörigen Ventil angeordnet ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine Nockenfolgeelement für jedes Ventil ein Stößel ist. Ein Stößel kann in einfacher Weise als rotierender Stößel bzw. als hydraulisch zuschaltbares Nockenfolgeelement ausgeführt werden, das mit Öldruck beaufschlagt wird, damit der dann zugeschaltete Stößel als im Kraftfluss befindliches Nockenfolgeelement Kräfte vom Nocken auf das Ventil überträgt, bzw. vom Öldruck getrennt wird, um im abgeschalteten Zustand die Kraftübertragung vom Nocken auf das Ventil zu unterbinden.
Das mindestens eine Nockenfolgeelement kann auch ein Kipphebel oder ein Schwinghebel sein. Durch die Verwendung von Hebeln wird ausreichend Bauraum zur Verfügung gestellt, um den Ventiltrieb im Zylinderkopf anzuordnen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet sind, dass bei mindestens einem Hubventil einer Einlassöffnung ein um den Ventilschaft herum verlaufender Ringkanal vorgesehen ist.
Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der ein Absperrelement vorgesehen ist, aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Absperrelement geöffnet wird, um eine Kontaktfläche zwischen der Ventilschaftführung und dem Ventilschaft eines Ventils mit Öl zu versorgen und zu schmieren, wobei dem Ringkanal bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom druckgetrieben zugeführt wird.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen ein in einem Ölabscheider gereinigter Entlüftungsstrom dem Ringkanal via Entlüftungsleitung zugeführt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch Teile des Ventiltriebs einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten.
1 zeigt schematisch Teile des Ventiltriebs 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten.
Der in einem Zylinderkopf 7 angeordnete Ventiltrieb 1 umfasst einlassseitig als Steuerorgan ein Ventil 2 in Gestalt eines Hubventils 2a, das über einen Ventilschaft 4 verfügt. An dem Ende des Ventilschaftes 4, das dem Zylinder 7a zugewandt ist, ist ein Ventilteller 5 angeordnet, der eine Einlassöffnung 8a des Zylinders 7a freigibt oder versperrt. Das Ventil 2 ist zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar, wobei in der Ventiloffenstellung dem Zylinder 7a via Ansaugleitung 8 und Einlassöffnung 8a Ladeluft zugeführt wird. Im Ansaugsystem ist eine Drosselklappe 11 vorgesehen.
Bei umlaufender Nockenwelle (nicht dargestellt) führt das Hubventil 2a eine oszillierende Hubbewegung in Richtung seiner Längsachse 3 aus. Um das Ventil 2 in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, ist eine Ventilfeder 6 vorgesehen. Bei dem in 1 dargestellten Ventiltrieb 1 wird als Ventilfeder 6 eine Schraubenfeder 6a verwendet.
Der Ventilschaft 4 des Ventils 2 ist in einer buchsenartigen und im Zylinderkopf 7 feststehenden Ventilschaftführung 4a translatorisch verschiebbar gelagert, wobei ein um den Ventilschaft 4 herum verlaufender Ringkanal 10 vorgesehen ist, der via einer Leitung 9 mit einer Entlüftungsleitung 12 verbunden ist bzw. verbindbar ist, um auf diese Weise die Kontaktfläche zwischen dem Ventilschaft 4 und der Ventilschaftführung 4a mit ölhaltiger Luft, d. h. mit Öl zu versorgen. Hierzu mündet eine vom Kurbelgehäuse herkommende und Ölpartikel führende Entlüftungsleitung 12 in die Leitung 9.
Vorliegend ist der Ringkanal 10 vollständig in der Ventilschaftführung 4a auf einer dem Ventilschaft 4 zugewandten Seite angeordnet, wozu die Ventilschaftführung 4a bei der in 1 dargestellten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet ist. Die zwei Ventilschaftführungsteile 4a`, 4a`` sind beabstandet zueinander angeordnet, so dass ein um den Ventilschaft 4 herum verlaufender Ringkanal 10 ausgebildet wird. Die Leitung 9 mündet in diesen Ringkanal 10. Ein rotierendes Ventil 2 stellt eine Verteilung der ölhaltigen Luft im Ringkanal 10 sicher.
Ein Absperrelement 9a in der Leitung 9 dient dazu, die Leitung 9 freizugeben und die Ölschmierung zu aktivieren. Darüber hinaus lässt sich mittels Absperrelement 9a die via Leitung 9 in den Ringkanal 10 eingebrachte Ölmenge dosieren.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Ventil
2a: Hubventil
3: Längsachse des Ventils
4: Ventilschaft
4a: Ventilschaftführung
4a`: oberer Teil der Ventilschaftführung
4a``: unterer Teil der Ventilschaftführung
5: Ventilteller
6: Ventilfeder
6a: Schraubenfeder
7: Zylinderkopf
7a: Zylinder, Brennraum
8: Ansaugleitung
8a: Einlassöffnung
9: Leitung
9a: Absperrelement
10: Ringkanal
11: Drosselklappe
12: Entlüftungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2865354 A [0013]
US 1876160 A [0014]

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens einem mit einem Kurbelgehäuse verbindbaren Zylinderkopf (7) und – mindestens einem Zylinder (7a), der mindestens eine Auslassöffnung zum Abführen der Abgase via Abgasabführsystem und mindestens eine Einlassöffnung (8a) zum Zuführen der Ladeluft via Ansaugsystem aufweist, und – einem Ventiltrieb (1) umfassend ein Hubventil (2a) für jede Öffnung (8a) und eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung der Hubventile (2a), die mindestens eine obenliegende Nockenwelle umfasst, bei der – jedes Hubventil (2a) über einen Ventilschaft (4) verfügt, an dessen dem Zylinder (7a) zugewandten Ende ein zur Öffnung (8a) korrespondierender Ventilteller (5) angeordnet ist und dessen anderes Ende der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandt ist und der in einer buchsenartigen Ventilschaftführung (4a) translatorisch verschiebbar gelagert ist, so dass das Hubventil (2a) bei Betätigung und umlaufender Nockenwelle eine oszillierende Hubbewegung zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung in Richtung seiner Längsachse (3) vollzieht, um die Öffnung (8a) freizugeben und zu versperren, dadurch gekennzeichnet, dass – bei mindestens einem Hubventil (2a) ein um den Ventilschaft (4) herum verlaufender Ringkanal (10) vorgesehen ist, der via einer Leitung (9) mit einer Entlüftungsleitung (12) zumindest verbindbar ist, wobei die Entlüftungsleitung (12) von dem Kurbelgehäuse abzweigt, so dass dem Ringkanal (10) bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal (10) ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom druckgetrieben zuführbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) vollständig im Ventilschaft (4) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) vollständig in der Ventilschaftführung (4a) auf einer dem Ventilschaft (4) zugewandten Seite angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) zumindest teilweise im Ventilschaft (4) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) zumindest teilweise in der Ventilschaftführung (4a) auf einer dem Ventilschaft (4) zugewandten Seite angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (9) und/oder in der Entlüftungsleitung (12) ein Absperrelement (9a) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugsystem eine Drosselklappe (11) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ansaugsystem ein Filter angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal (10) keine Pumpe vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (12) stromaufwärts des Ringkanals (10) durch einen Ölabscheider hindurchführt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hubventil (2a) mit einer Ventilfeder (6) ausgestattet ist, die das Hubventil (2a) in Richtung Ventilschließstellung vorspannt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (6) eine Schraubenfeder (6a) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Hubventil (2a) mindestens ein Nockenfolgeelement vorgesehen ist, wobei jedes Nockenfolgeelement im Kraftfluss zwischen der Nockenwelle und dem dazugehörigen Hubventil (2a) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Hubventil (2a) einer Einlassöffnung (8a) ein um den Ventilschaft (4) herum verlaufender Ringkanal (10) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der ein Absperrelement (9a) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (9a) geöffnet wird, um eine Kontaktfläche zwischen der Ventilschaftführung (4a) und dem Ventilschaft (4) eines Hubventils (2a) mit Öl zu versorgen und zu schmieren, wobei dem Ringkanal (10) bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ringkanal (10) ein mit Öl kontaminierter Entlüftungsstrom druckgetrieben zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Ölabscheider gereinigter Entlüftungsstrom dem Ringkanal (10) via Entlüftungsleitung (12) zugeführt wird.