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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllungsgrades der Zylinder von Verbrennungsmotoren mit mehreren hebelartigen Nockenfolgern zur Betätigung von den Zylindern zugehörigen Gaswechselventilen sowie mit einer entsprechenden Anzahl die Nockenfolger für die Ventilbetätigung abstützenden hydraulischen Ventilspielausgleichselementen.
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Nockenfolger, wie Schlepphebel, Schwinghebel oder Kipphebel zur Betätigung von Gaswechselventilen an Ventiltrieben von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen werden in der Regel mit hydraulischen Ventilspielausgleichselementen verbaut. Die Ventilspielausgleichselemente dienen zum Ausgleich eines Ventilspiels, welches sich durch Wärmeausdehnung, Fertigungstoleranzen und Verschleiß in der mechanischen Übertragungskette zwischen den Nocken einer Nockenwelle, den Nockenfolgern zur Betätigung der Gaswechselventile und den Gaswechselventilen selbst ergibt.
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Bei einem als Abstützelement ausgebildeten üblichen Ventilspielausgleichselement, an dem sich ein Nockenfolger bei der Übertragung der Bewegung einer Nockenerhebung eines Nockens auf ein Gaswechselventil abstützt, ist ein Kolben in einem zylindrischen Gehäuse beweglich geführt, wobei zwischen dem Außenmantel des Kolbens und der Innenwand des Gehäuses ein Leckspalt ausgebildet ist. Der Kolben stützt sich mit einem axialen Ende mittels einer Rückstellfeder elastisch gegen das Gehäuse ab, so dass durch eine Spannung der Rückstellfeder kein Spiel am Gaswechselventil entsteht. Die Kraftübertragung wird dabei durch ein Steuerventil geregelt, das den Fluss eines Hydraulikfluids über eine axiale Öffnung zwischen einem als Ölreservoir dienenden Niederdruckraum im Kolben und einem Hochdruckraum, welcher von dem Kolben und dem Gehäuse umschlossen ist, steuert. Das Steuerventil umfasst einen Schließkörper, meistens eine Steuerventilkugel, die an einer Kolbenunterseite im Hochdruckraum angeordnet ist, sowie eine Steuerventilfeder, die je nach Bauweise in Öffnungs- oder Schließrichtung auf die Steuerventilkugel wirkt.
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Beim Absinken des Abstützelements beziehungsweise beim axialen Einsinken des Kolbens in das Gehäuse, welches durch einen Nockenhub verursacht wird, verkürzt sich der axiale Abstand zwischen dem Kolben und dem Gehäuse, wobei eine geringe Hydraulikfluidmenge aus dem Hochdruckraum über den Leckspalt in den Vorratsraum geführt wird. Beim Spielausgleich nach einer Weiterdrehung des Nockens in dessen Grundkreis drückt die Rückstellfeder den Kolben und das Gehäuse solange axial auseinander, bis das Ventilspiel ausgeglichen ist, wobei über das Steuerventil druckdifferenzbedingt Hydraulikfluid von dem Vorratsraum in den Hochdruckraum strömt.
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Eine wesentliches Merkmal von hydraulischen Abstützelementen ist deren Absinkzeit, welche durch diejenige Zeitdauer definiert sein kann, in der sich das Abstützelement unter Beaufschlagung mit einer bestimmten Kraft um eine bestimmte Strecke axial verkürzt beziehungsweise der Kolben um eine bestimmte Strecke in dem Gehäuse absinkt. Die Absinkzeit beeinflusst eine sogenannte Hubkurve, die bei der Nockenablaufbewegung auf das Gaswechselventil übertragen wird. Durch eine der Hubkurve entsprechende Betätigung beziehungsweise Öffnung des Gaswechselventils wird eine Zylinderfüllung eines in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugt, wobei eine maximale Zylinderfüllung durch den Hubraum des Zylinders und bei aufgeladenen Motoren durch einen erreichbaren Ladedruck vorgegeben ist. Vom Flächenintegral unter der Hubkurve hängt ein jeweiliger Füllungsgrad des betreffenden Zylinders ab.
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Es ist bekannt, dass durch unterschiedliche Absinkzeiten der an einem Ventiltrieb verbauten Abstützelemente unterschiedliche Füllungsgrade in den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors entstehen können. Werden Abstützelemente mit stark unterschiedlichen oder gänzlich falschen Absinkzeiten in Kombination mit Nockenfolgern verbaut, können erhebliche Funktionsstörungen im Ventiltrieb des Motors auftreten, bis hin zum Motorschaden.
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Weiterhin hat sich herausgestellt, dass Toleranzen bei als Schlepphebel, Schwinghebel oder Kipphebel ausgebildeten Nockenfolgern ebenfalls die Ursache für unterschiedliche Füllungsgrade in den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors sein können. Die verschiedenen Ventile des Verbrennungsmotors sollen jedoch möglichst den gleichen Hub beziehungsweise den gleichen Flächeninhalt der Hubkurve umsetzen, um einen möglichst gleichen Zylinderfüllungsgrad der einzelnen Zylinder zu erreichen, damit eine exakte Steuerung und ein ruhiger Lauf des Motors gewährleistet werden kann. Insbesondere bei modernen Ventiltrieben, die zur effizienten Nutzung der Motorleistung bei gleichzeitiger Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen mit variablen, teils sehr kleinen Ventilhüben, variablen Ventilsteuerzeiten und/oder Nockenumschaltungen oder Ventilabschaltungen arbeiten, können sich relativ große Unterschiede beim Füllungsgrad der einzelnen Zylinder aufgrund von Toleranzen der den Ventilhub übertragenden Komponenten ergeben, die einen einwandfreien und effizienten Motorlauf gefährden. Zudem können aufgrund von Füllungsgradunterschieden Einbußen beim Wirkungsgrad variabler und schaltbarer Ventiltriebe entstehen. Die Fertigung von Ventilspielausgleichelementen und Nockenfolgern mit sehr geringen Fertigungstoleranzen ist allerdings sehr kostenaufwendig.
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Aus der
DE 44 42 376 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit hydraulischen Ventilspielausgleichselementen bekannt, bei dem an den Ventilspielausgleichselementen ein Leckspalt zwischen der Innenwand eines Druckzylinders und der Außenwand eines Druckkolbens durch eine geeignete Zuordnung von vorhandenen Kolben und Zylindern möglichst soweit vergrößert wird, wie es bestimmte Betriebsbedingungen des Ventiltriebs am Verbrennungsmotor zulassen, um die Absinkzeit des Kolben in den Zylinder soweit wie möglich zu verringern. Dabei wird die Auswahl eines Motoröls mit niedriger Viskosität bei hoher Öltemperatur und geringer Temperaturabhängigkeit der Viskosität berücksichtigt. Außerdem wird die Toleranzbreite des Leckspalts bei den Ausgleichelementen des Ventiltriebs möglichst weit eingeengt. Die Absinkzeit der Ausgleichelemente soll kurz genug sein, damit thermisch bedingte, zeitlich schnell ablaufende Längen- beziehungsweise Formänderungen an den Gaswechselventilen kompensiert werden, um jederzeit eine einwandfreie Schließfunktion der Ventile sicherzustellen.
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Die
DE 199 49 497 A1 beschreibt ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb, bei dem ein Kolben in einem Zylinder beweglich geführt ist, wobei zwischen Zylinderinnenwandung und Kolbenaußenmantel ein Leckspalt ausgebildet ist. Außerdem weisen die Zylinderinnenwandung und der Kolbenaußenmantel unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass sich mit steigender Betriebstemperatur der Leckspalt verringert, um die Absinkzeit des Kolbens zu vergrößern, sowie mit fallender Betriebstemperatur der Leckspalt vergrößert, um die Absinkzeit des Kolbens zu verringern. Durch die mit der Temperatur variierende Absinkzeit der Ventilspielausgleichselemente soll im Betrieb eine störende Geräuschbildung am Ventiltrieb vermieden werden.
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Aus der
DE 10 2011 003 022 A1 ist ein Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllungsgrades der Zylinder eines Verbrennungsmotors bekannt. Der Verbrennungsmotor weist einen Ventiltrieb mit Kipphebeln als Nockenfolger zur Betätigung der Gaswechselventile auf. Den Kipphebeln sind hydraulische Ventilspielausgleichselemente zugeordnet, auf denen sie sich bei der Ventilbetätigung jeweils abstützen. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die Absinkzeiten der zu verbauenden Ventilspielausgleichselemente gemessen und aus der Menge der gemessenen Elemente jeweils eine der Anzahl der Gaswechselventile eines jeweiligen Verbrennungsmotors entsprechende Anzahl von Ventilspielausgleichselementen mit im Wesentlichen gleichen Absinkzeiten ausgewählt und verbaut. Die Menge der gemessenen Elemente kann in Gruppen mit relativ engen Absinkzeitbereichen sortiert werden, welche durch verschiedene untere und obere Grenzwerte festgelegt sind, um eine möglichst große Ausbeute an verwendbaren Ventilspielausgleichselementen aus der Menge der gemessenen Ventilspielausgleichselemente zu erhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllungsgrades bei den einzelnen Zylindern eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches Toleranzen der einen Ventilhub übertragenden zu verbauenden Komponenten am Ventiltrieb berücksichtigt, kostengünstig ist und eine genaue Steuerung des Ventiltriebs ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Erreichung eines gleichmäßigen Zylinderfüllungsgrades der einzelnen Zylinder und damit eines störungsfrei sowie laufruhig arbeitenden Verbrennungsmotors eine komplementäre beziehungsweise kompensierende Berücksichtigung der Toleranzen der hydraulischen Ventilspielausgleichselemente und der Toleranzen der durch sie abgestützten Nockenfolger selbst, sowie eine daraus folgende geeignete Zuordnung und Auswahl von Nockenfolger-Abstützelement-Kombinationen beim Einbau des Ventiltriebs zur Betätigung der Gaswechselventile am Motor wesentlich ist.
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Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllungsgrades der Zylinder von Brennkraftmaschinen mit mehreren hebelartigen Nockenfolgern zur Betätigung von den Zylindern zugehörigen Gaswechselventilen, und mit einer entsprechenden Anzahl die Nockenfolger für die Ventilbetätigung abstützenden hydraulischen Ventilspielausgleichselementen. Dabei ist vorgesehen, dass Absinkzeiten oder damit zusammenhängende Größen zu verbauender Ventilspielausgleichselemente ermittelt werden, dass Hebelarmlängen, Hebelverhältnisse oder damit zusammenhängende Größen zu verbauender Nockenfolger ermittelt werden, und dass aus der Menge von derart betrachteten Ventilspielausgleichselementen und Nockenfolgern eine der Anzahl der Gaswechselventile einer individuellen Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von zugeordneten Paaren von Ventilspielausgleichselementen und Nockenfolgern mit in ihrer resultierenden Ventilhubwirkung zumindest annähernd gleichen Kombinationen von Absinkzeiten oder damit zusammenhängenden Größen und Hebelarmlängen, Hebelverhältnissen oder damit zusammenhängenden Größen ausgewählt sowie an der Brennkraftmaschine verbaut werden.
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Es werden folgende Begriffsdefinitionen verwendet: Unter einer Zylinderfüllung wird die Füllung eines Zylinders mit einem darin zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisch verstanden. Unter einem Füllungsgrad eines Zylinders wird der Anteil einer Zylinderfüllung im Verhältnis zu einer von motorspezifischen Parametern wie Hubraum und Ladedruck abhängigen maximal möglichen Zylinderfüllung verstanden.
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Unter einem Ventilhub wird der Weg verstanden, den ein Gaswechselventil bei einer Öffnungsbewegung zurücklegt. Eine Hubkurve ist eine grafische Darstellung des Ventilhubs zwischen Einlassöffnung und Einlassschließung. Das Flächenintegral unter der Hubkurve ist ein Maß für einen zu erzeugenden Zylinderfüllungsgrad.
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Unter einer Absinkzeit eines Ventilspielausgleichselements wird ein Zeitraum verstanden, in dem sich ein solches hydraulisches Abstützelement unter Beaufschlagung mit einer bestimmten Kraft um eine bestimmte Strecke axial verkürzt beziehungsweise ein Zeitraum, in dem ein Kolben um eine bestimmte Strecke in einem ihn aufnehmenden Gehäuse absinkt. Die Absinkzeit ist umgekehrt abhängig von der Breite eines ringförmigen Leckspalts, der sich radial zwischen dem Kolben und dem Gehäuse erstreckt. Die Absinkzeit des Kolbens vergrößert sich, wenn sich der Leckspalt verringert und Absinkzeit des Kolbens vergrößert sich verkleinert sich, wenn sich der Leckspalt vergrößert. Als Randbedingungen bei einer Vergleichsmessung der Absinkzeiten von hydraulischen Abstützelementen sind die Viskosität des verwendeten Hydraulikfluids des Ventilspielausgleichselements und weitere, insbesondere temperaturabhängige Einflüsse zu beachten.
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Unter einer Hebelarmlänge oder einem aus mindestens zwei Hebelarmlängen gebildeten Hebelarmverhältnis wird eine einen Ventilschafthub beeinflussende geometrische Länge oder ein Längenverhältnis eines um einen Angelpunkt verschwenkbar angeordneten hebelartigen Nockenfolgers verstanden.
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Ein Ventiltrieb mit einem Ventilspielausgleichselement mit einer relativ kurzen Absinkzeit führt zu einem kleineren Hubkurvenflächenintegral, als ein Ventilspielausgleichselement mit einer vergleichsweise langen Absinkzeit. Ein Nockenfolger mit einem relativ großen Hebelverhältnis führt zu einem größeren Ventilhub als ein Nockenfolger mit einem vergleichsweise kleinen Hebelverhältnis. Daher wird bei dem Verfahren jeweils ein Ventilspielausgleichselement mit einer vergleichsweise kurzen Absinkzeit kombiniert mit einem Nockenfolger mit einem vergleichsweise großen Hebelverhältnis und entsprechend umgekehrt.
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Demnach werden Toleranzen an einer der beiden Komponenten Nockenfolger und Ventilspielausgleichselement, welche in Richtung einer größeren oder kleineren Hubübertragung wirken, durch Toleranzen an der anderen der beiden Komponenten Nockenfolger und Ventilspielausgleichselement, welche in Richtung einer kleineren beziehungsweise größeren Hubübertragung wirken, zumindest teilweise kompensiert. Die Zuordnung der Nockenfolger-Ausgleichelement-Paare erfolgt aus einem vorhandenen Kontingent an Nockenfolgern und Ventilspielausgleichselementen derart, dass die für eine individuelle Brennkraftmaschine gebildeten Kombinationen jeweils die gleiche oder annähernd gleiche Ventilhubwirkung verursachen.
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Dadurch wird ein zumindest annähernd gleicher Ventilhub beziehungsweise Flächeninhalt unter der Hubkurve auf die einzelnen Zylinder übertragen, wodurch eine sehr gleichmäßige Füllung der Zylinder der Brennkraftmaschine erreicht wird. Dies ermöglicht bei Hebelventiltrieben von Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Schlepphebelventiltrieben, eine genauere Steuerung. Insbesondere wird eine genauere Steuerung des Frischgasanteils erreicht, also der Füllung der Zylinder mit Frischluft und dem darin mitgeführten oder nachgeführten Kraftstoff im Verhältnis zum Restgasanteil, oder der bei der Auslassöffnung im Zylinder verbleibenden Abgasmasse sowie gegebenenfalls des zurückgeführten Abgases. Bei variablen und/oder schaltbaren Ventiltrieben können dadurch die zunehmend strengeren Emissionsvorschriften leichter erfüllt werden.
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Das angestrebte, Toleranzen kompensierende Zusammenwirken von Absinkzeiten oder damit zusammenhängenden Größen einerseits und Hebelarmlängen, Hebelverhältnisse oder damit zusammenhängenden Größen andererseits kann manifestiert werden, dass Paare von Ventilspielausgleichselementen und Nockenfolgern ausgewählt und verbaut werden, bei denen ein mathematisches Produkt aus einer aus der Absinkzeit resultierenden Hubwirkung auf den Ventilschaft und aus einer aus der Hebelarmlänge, dem Hebelverhältnis oder einer damit zusammenhängenden Größe resultierenden Hubwirkung auf den Ventilschaft jeweils den gleichen Wert haben oder zumindest innerhalb eines vorgegebenen Wertebereiches liegen.
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Demnach kann ein erstes Maß für die Hubwirkung einer Absinkzeit und ein zweites Maß für die Hubwirkung einer Hebelgröße gebildet werden, um die Einflüsse von vorhandenen Toleranzen von Absinkzeiten und Hebelgrößen direkt miteinander zu vergleichen. Aus diesen Hubmaßen kann eine absolute resultierende Hubwirkung einer jeweiligen Kombination von Hebel und Abstützelement abgeleitet werden. Diese Betrachtung kann eine quantitative paarweise Zuordnung von Nockenfolgern und Abstützelementen für eine individuelle Brennkraftmaschine ermöglichen. Insbesondere können dadurch vorgegebene Betriebsparameter und zulässige Grenzwerte besser berücksichtigt werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Paare von Ventilspielausgleichselementen und Nockenfolgern, welche ausgewählt und verbaut werden, gruppenweise zugeordnet werden. Dabei wird die Menge der betrachteten Ventilspielausgleichselemente in Gruppen mit unterschiedlichen Wertebereichen sortiert, welche jeweils durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert der Absinkzeit oder einer damit zusammenhängende Größe festgelegt sind. Außerdem wird die Menge der betrachteten Nockenfolger in Gruppen mit unterschiedlichen Wertebereichen sortiert wird, welche jeweils durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert der Hebelarmlänge, des Hebelverhältnisses oder einer damit zusammenhängende Größe festgelegt sind.
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Vorzugsweise sollen die Nockenfolger nach einem durch ihre Hebel verursachten Ventilhub gruppiert werden. Entsprechend sollen die hydraulischen Ventilspielausgleichselemente nach einem durch ihre Absinkzeit verursachten Ventilhub gruppiert werden. Demnach werden Absinkzeiten zu verbauender Ventilspielausgleichselemente gemessen und die gemessenen Ventilspielausgleichselemente in Gruppen mit annähernd gleichen Absinkzeiten sortiert. Weiterhin werden Hebelarmlängen zu verbauender Schlepphebel oder Kipphebel gemessen und die gemessenen Schlepphebel oder Kipphebel in Gruppen mit annähernd gleichen Hebelarmlängen oder daraus abgeleiteten geometrischen Bezugsgrößen sortiert. Als annähernd gleich werden Absinkzeiten beziehungsweise Hebelgrößen angenommen, die innerhalb des durch die Grenzwerte der jeweiligen Gruppen definierten Wertebereichs liegen.
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Aus den Gruppen von Ventilspielausgleichselementen und Schlepphebeln oder Kipphebeln wird eine der Anzahl der Gaswechselventile des zu bestückenden Verbrennungsmotors entsprechende Anzahl von Ventilspielausgleichselementen und Schlepphebel oder Kipphebeln paarweise einander zugeordnet, die im Ergebnis einen annähernd gleichen Ventilhub an den einzelnen Zylindern übertragen. Die Gruppierung ermöglicht bei der Ventiltriebherstellung eine einfache und zweckmäßige Kombinierung von Nockenfolgern und Ventilspielausgleichselementen zu Paaren mit annähernd gleicher resultierender Hubwirkung, wobei eine Toleranzbreite durch die jeweiligen Grenzwerte der Gruppen bestimmt werden kann.
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Als eine relevante Hebelgröße ist die Verwendung eines Hebelarmverhältnisses für einen hebelartigen Nockenfolger, insbesondere für einen Schlepphebel oder Kipphebel vorteilhaft. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass bei den Nockenfolgern jeweils eine erste und zweite Hebelarmlänge gemessen wird, wobei sich die erste Hebelarmlänge aus dem Abstand zwischen einem Drehpunkt einer Kalotte oder dergleichen zur beweglichen Aufnahme und Abstützung eines Ventilspielausgleichelements in dem Nockenfolger und einer Drehachse einer Nockenanlaufeinrichtung des Nockenfolgers, wie einem Rollenabgriff oder dergleichen, für eine Nockenanordnung einer Nockenwelle ergibt.
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Die zweite Hebelarmlänge ergibt sich aus dem Abstand zwischen einer den Drehpunkt schneidenden Längsachse des Ventilspielausgleichselements und einer gedachten Linie, die einen Anlagepunkt des Nockenfolgers zur Beaufschlagung eines Gaswechselventils schneidet und die parallel zu einer Längsachse des Gaswechselventils ausgerichtet ist.
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Aus den beiden Hebelarmlängen wird ein Hebelverhältnis gebildet, welches als Kriterium zu der Paarbildung von Ventilspielausgleichselementen und Nockenfolgern herangezogen wird. Ein solches Hebelverhältnis ist eine besonders hubempfindliche Vergleichsgröße. Grundsätzlich können jedoch auch andere Hebelarmlängen beziehungsweise andere Hebelgrößen verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform weiter erläutert. Darin zeigt
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1 eine Teilansicht eines Ventiltriebs mit einem Rollenschlepphebel und einem Ventilspielausgleichselement im Längsschnitt,
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2 das Ventilspielausgleichselement gemäß 1 im halben Längsschnitt, und
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3 ein vergrößerter Ausschnitt A des Ventilspielausgleichselements gemäß den 1 und 2 mit einem Leckspalt.
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Die 1 zeigt einen Ventiltrieb 1 zum Betätigen eines Gaswechselventils 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, bei dem ein Nocken 3 einer Nockenwelle 4 über eine als wälzgelagerte Nockenanlaufrolle ausgebildete Nockenanlaufeinrichtung 5 eines als Rollenschlepphebel ausgebildeten Nockenfolgers 6 einen Ventilschaft 7 des Gaswechselventils 2 gegen die Kraft einer nicht dargestellten Ventilfeder in eine Öffnungsstellung bewegt. Dabei stützt sich der Nockenfolger 6 auf einem Ventilspielausgleichelement 8 ab. Der Ventiltrieb 1 wird je nach Anforderung mehrere solche Nockenfolger 6 und zugeordnete Ventilspielausgleichselemente 8 zur Beaufschlagung mehrere Gaswechselventile 2 mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine aufweisen.
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Das Ventilspielausgleichselement 8 ist als ein hydraulisches Abstützelement ausgebildet und weist einen Kolben 9 auf, der in einem feststehenden Gehäuse 10 axial beweglich geführt ist und sich gegen dieses mittels einer als Rückstellfeder 11 elastisch abstützt. Wie insbesondere die Ausschnittsvergrößerung A aus 2 in 3 zeigt, ist radial zwischen dem Gehäuse 10 und dem Kolben 9 ein ringförmiger Leckspalt 19 ausgebildet.
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Der Rollenschlepphebel 6 weist an seinem einen Ende eine nach innen gerichtete Kalotte 17 zur beweglichen Aufnahme des gehäusefernen Endes des Abstützelements 8 und an seinem anderen Ende eine Anlagefläche 18 für das Gaswechselventil 2 beziehungsweise dessen Ventilschaft 7 auf.
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Die Kraftübertragung des Ventilspielausgleichs über das Ventilspielausgleichselement 8 auf das Gaswechselventil 2 wird bei der Nockenbeaufschlagung durch ein Steuerventil 12 geregelt, das einen Fluss eines Hydraulikfluids über eine axiale Öffnung zwischen einem als Ölreservoir dienenden Niederdruckraum 13 des Kolbens 9 und einem Hochdruckraum 14, der von dem Koben 9 und dem Gehäuse 10 umschlossen ist, steuert. Das Steuerventil 12 besitzt einen als Steuerventilkugel ausgebildeten Schließkörper 15, der an der Unterseite des Kolbens 9 im Hochdruckraum 14 angeordnet ist, sowie eine Steuerventilfeder 16, welche in bekannter Weise die Steuerventilkugel 15 in Schließrichtung gegen einen Ventilsitz vorspannt.
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Im Motorbetrieb dreht sich die Nockenwelle 4 mit einer bestimmten Drehzahl. Entsprechend werden die Einlassventile und die Auslassventile der Brennkraftmaschine zyklisch geöffnet und geschlossen. Bei dem dargestellten Gaswechselventil 2 ist das Steuerventil 12 beim Überfahren des Nockens 3 im Endbereich des Nockengrundkreises durch die Kraft der Steuerventilfeder 16 geschlossen (1). Bei einer folgenden Auslenkung, verursacht durch die Nockenerhebung 20, wird ein Hub des Ventilschafts 7 auf das Gaswechselventil 2 übertragen und dieses geöffnet. Dabei sinkt der Kolben 9 zunächst im Gehäuse 10 ab, wobei die Absinkzeit t von der Größe des Leckspalts 19 abhängt. Bei einem relativ großen Leckspalt 19 sinkt der Kolben 9 schneller ab als bei einem relativ kleinen Leckspalt 19. Die Absinkzeit t verkürzt sich also mit zunehmender Vergrößerung des Leckspalts 19 und verlängert sich mit abnehmendem Leckspalt 19.
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Da das Hydraulikfluid im Hochdruckraum 14 des Ausgleichelements 8 inkompressibel ist, wirkt das Ausgleichselement 8 wie ein starres Stellglied zum Öffnen des Gaswechselventils 2. Da die Inkompressibilität des Hydraulikfluids jedoch erst nach dem Absinken des Kolbens 9 wirksam wird, die Nockenwelle 4 aber kontinuierlich weiterdreht, beeinflusst die Absinkzeit t den Ventilhub durch einen resultierenden Ventilhubverlust.
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Wenn durch ein Weiterdrehen des Nockens 3 wieder sein Grundkreisdurchmesser wirksam wird, führt das Ventilspielausgleichselement 8 eine expandierende Ausgleichsbewegung aus. Das Herausbewegen des Kolbens 9 aus dem Gehäuse 10 wird durch die Rückstellfeder 11 vorangetrieben. Dabei sinkt der Druck im Hochdruckraum 14 und das Steuerventil 12 öffnet gegen die Kraft der Steuerventilfeder 16 zum Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 13, 14 bis die Steuerventilfeder 16 das Steuerventil 12 erneut schließt. Durch die Spannung der Rückstellfeder 11 entsteht kein Spiel am Gaswechselventil 2.
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Für ein Verfahren zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllungsgrades der Zylinder der Brennkraftmaschine werden eine Absinkzeit des Ventilspielausgleichselements 8 und ein Hebelverhältnis HV/HN des Rollenschlepphebels 6 definiert.
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Die Absinkzeit kann durch diejenige Zeitdauer definiert werden, in welcher der Kolben
9 bei Beaufschlagung mit einer Prüfkraft um einen vorgegebenen Prüfweg in dem Gehäuse
10 axial einsinkt. Ein beispielhafter Messaufbau dazu und eine weitergehende Betrachtung zum Zusammenhang von Absinkzeit, Ventilhub und Ventilhubverlust kann aus der eingangs erwähnten
DE 10 2011 003 022 A1 entnommen werden.
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Zur Bestimmung des Hebelverhältnis HV/HN sind in 1 durch vergleichsweise dicke punktförmige Markierungen hervorgehobene Bezugspunkte vorgesehen. Demnach ist das Hebelverhältnis HV/HN des Nockenfolgers 6 beziehungsweise des Rollenschlepphebels durch eine erste Hebelarmlänge HN und eine zweite Hebelarmlänge HV bestimmt. Die erste Hebelarmlänge HN bezieht sich auf den Nocken 3 beziehungsweise die Nockenwelle 4 und ergibt sich aus dem Abstand zwischen einem Drehpunkt des Nockenfolgers 6 in seiner Kalotte 17, in welcher das Ventilspielausgleichselement 8 aufgenommen ist, und der Drehachse 22 der Nockenanlaufrolle 5. Die zweite Hebelarmlänge HV bezieht sich auf das Gaswechselventil 2 beziehungsweise auf dessen Ventilschaft 7 und ergibt sich aus dem Abstand zwischen der den Drehpunkt des Nockenfolgers 6 schneidenden Längsachse 21 des Ventilspielausgleichselements 8 und einer zur Längsachse 23 des Ventilschafts 7 parallelen Linie 24, die durch den Anlagepunkt des Ventilschafts 7 an der Anlagefläche 18 des Nockenfolgers 6 verläuft.
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Durch unterschiedliche Hebelverhältnisse HV/HN ergeben sich unterschiedliche Ventilhübe. Toleranzen bei den Nockenfolgern 6 beziehungsweise Rollenschlepphebeln, die an den Gaswechselventilen 2 der Zylinder einer Brennkraftmaschine verbaut werden sollen, führen somit zu unterschiedlichen Ventilhüben an den Zylindern, wobei sich der Ventilhub zu größeren Hebelverhältnissen hin vergrößert und umgekehrt zu kleineren Hebelverhältnissen hin verkleinert.
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Durch ein schnelles Absinken und damit kleine Absinkzeiten ergibt sich ein relativ großer Ventilhubverlust, also ein kleinerer resultierender Ventilhub. Durch ein langsames Absinken und damit große Absinkzeiten ergibt sich ein relativ kleiner Ventilhubverlust, also ein größerer resultierender Ventilhub.
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Dies wird bei einem Verfahren gemäß der Erfindung ausgenutzt, um Paare von Ventilspielausgleichselementen 8 und Nockenfolgern 6 zu bilden, deren Hubwirkung entgegengerichtet ist. Demnach wird ein Ventilspielausgleichselement 8 mit kurzer Absinkzeit mit einem Nockenfolger 6 mit großem Ventilhub kombiniert und umgekehrt. Toleranzen der Ventilspielausgleichselemente 8 und Toleranzen der Nockenfolger 6 gleichen sich somit zumindest teilweise aus, so dass im Ergebnis ein Sollhub und ein Isthub dicht beieinander liegen.
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Das Ziel des Verfahrens ist es, gleichmäßige Zylinderfüllungsgrade an der Brennkraftmaschine zu erreichen. Dafür müssen die Ventilhübe beziehungsweise die Flächenintegrale unter der Hubkurve an den Zylindern gleich sein. Daher werden zur Bestückung einer Brennkraftmaschine Nockenfolger-Ausgleichselement-Kombinationen gesucht, deren Hubwirkungen zumindest annähernd gleich sind. Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass zunächst die Absinkzeiten einer Menge von Ventilspielausgleichselementen 8 und die Hebelverhältnisse HV/HN einer Menge von Nockenfolgern 6 beziehungsweise Rollenschlepphebeln gemessen oder anders bestimmt werden. Die Mengen von Ventilspielausgleichselementen 8 und Nockenfolger 6 werden nach Absinkzeiten beziehungsweise Hebelverhältnissen HV/HN in Gruppen mit unteren und oberen Grenzwerten sortiert. Durch die Feinheit der Gruppeneinteilung lassen sich zulässige Streubereiche vorgeben. Anschließend wird die für die Brennkraftmaschine benötigte Anzahl von Nockenfolger-Ausgleichselement-Paaren gruppenweise zugeordnet. Idealerweise wird eine der Anzahl der Gaswechselventile 2 des Verbrennungsmotors entsprechende Anzahl von Nockenfolger-Ausgleichselement-Paaren gefunden, die eine nahezu gleiche Ventilhubwirkung verursachen, wobei der absolute Ventilhubverlust sehr gering ist. Dadurch wird ein sehr gleichmäßiger und hoher Füllungsgrad der Zylinder des Verbrennungsmotors erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Gaswechselventil
- 3
- Nockenanordnung, Nocken
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Nockenanlaufeinrichtung, Nockenanlaufrolle
- 6
- Nockenfolger, Rollenschlepphebel
- 7
- Ventilschaft
- 8
- Ventilspielausgleichselement
- 9
- Kolben
- 10
- Gehäuse
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Steuerventil
- 13
- Niederdruckraum, Ölreservoir
- 14
- Hochdruckraum
- 15
- Steuerventilschließkörper, Steuerventilkugel
- 16
- Steuerventilfeder
- 17
- Kalotte, Abstützelement-Aufnahme
- 18
- Anlagefläche für den Ventilschaft
- 19
- Leckspalt
- 20
- Nockenerhebung
- 21
- Längsachse des Ventilspielausgleichselements
- 22
- Drehachse der Nockenanlaufrolle
- 23
- Längsachse des Ventilschafts
- 24
- Zur Längsachse 23 parallele Linie
- A
- Ausschnittsvergrößerung
- HN
- Erste Hebelarmlänge
- HV
- Zweite Hebelarmlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4442376 A1 [0008]
- DE 19949497 A1 [0009]
- DE 102011003022 A1 [0010, 0041]