DE102016210679A1

DE102016210679A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016210679A1
Application number: DE102016210679.1A
Authority: DE
Inventors: Patrick Altherr; Hermann Hoffmann
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US20170362967A1; US10371020B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit zumindest einem Zylinder (102), in welchem ein Brennraum (103) vorhanden ist. Die Brennkraftmaschine (100) umfasst ein erstes Auslassventil (104a) und ein zweites Auslassventil (104b), wobei das erste Auslassventil (104a) eine erste Ventilöffnung (105a) und einen ersten Ventilkörper (106a) umfasst, wobei der erste Ventilkörper (106a) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist. Das zweite Auslassventil (104b) umfasst eine zweite Ventilöffnung (195b) und einen zweiten Ventilkörper (106b), wobei der zweite Ventilkörper (106b) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist. Mittels eines gemeinsamen, um eine Drehachse (D) drehbaren Stellhebels (101) sind die beiden Ventilkörper (106a, 106b) simultan zwischen der jeweiligen Offen- und Schließstellung verstellbar. Die beiden Ventilkörper (106a, 106b) sind derart ausgebildet, dass nach dem Verstellen des ersten Ventilkörpers (105a) um einen vorbestimmten Verstellweg (s) von seiner Schließstellung weg der zweite Ventilkörper (106b) immer noch die zweite Ventilöffnung (105b) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern können für jeden Zylinder mehrere Auslassventile aufweisen, mittels welchen das in dem vom jeweiligen Zylinder begrenzten Brennraum erzeugte Abgas synchronisiert aus dem Brennraum ausgeleitet werden kann. Hierzu sind die vorhandenen Auslassventile jeweils zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar. In der Schließstellung verschließt ein Ventilkörper des jeweiligen Auslassventils eine diesem zugeordnete Ventilöffnung, und in der Offenstellung gibt der Ventilkörper die Ventilöffnung zum Durchströmen mit Abgas frei.
Als problematisch erweist sich dabei oftmals, dass gerade beim Öffnen der Auslassventile aufgrund des hohen Gasdruck des in den Brennräumen erzeugten Abgases auf die Ventilkörper sehr große Kräfte wirken können. Diese Kräfte führen zu einer hohen mechanischen Belastung insbesondere der zur Steuerung der Ventilkörper vorgesehenen Bauteile wie etwa eines Stellhebels zum Verstellen der Ventilkörper oder eines Ventiltriebs zum Steuern besagten Stellhebels.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher die oben genannten Probleme beseitigt sind oder zumindest nur noch in reduzierter Form auftreten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein erstes und ein zweites Auslassventil zum Ausleiten von Abgas aus dem Brennraum einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass nach dem Verstellen eines ersten Ventilkörpers des ersten Auslassventils um einen vorbestimmten Verstellweg von einer Schließstellung weg der zweite Ventilkörper des zweiten Auslassventils immer noch die zweite Ventilöffnung verschließt.
Auf diese Weise können die vom Abgas in der Brennkammer auf die Ventilkörper wirkenden Kräfte reduziert werden. Dies führt auch zu einer Reduzierung der mechanischen Belastung auf die zur Steuerung der Ventilkörper vorgesehenen Bauteile wie etwa des Stellhebels zum Verstellen der Ventilkörper oder des Ventiltriebs zum Steuern des Stellhebels. Im Ergebnis wird somit die Gefahr von Beschädigungen der Brennkraftmaschine, insbesondere der genannten Komponenten, erheblich reduziert.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest einen Zylinder, in welchem ein Brennraum vorhanden ist. Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine ein erstes Auslassventil und ein zweites Auslassventil zum Ausleiten von Abgas aus dem Brennraum des Zylinders. Das erste Auslassventil umfasst eine erste Ventilöffnung und einen ersten Ventilkörper. Dabei ist der erste Ventilkörper verstellbar zwischen einer Schließstellung, in welcher er die Ventilöffnung verschließt, und einer Offenstellung, in welcher er die Ventilöffnung zum Durchströmen mit dem Abgas freigibt. Entsprechend umfasst das zweite Auslassventil eine zweite Ventilöffnung und einen zweiten Ventilkörper. Der zweite Ventilkörper ist verstellbar zwischen einer Schließstellung, in welcher er die zweite Ventilöffnung verschließt, und einer Offenstellung, in welcher er die Ventilöffnung zum Durchströmen mit dem Abgas freigibt. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner einen gemeinsamen, um eine Drehachse drehbaren Stellhebel, mittels welchem die beiden Ventilkörper simultan zwischen ihrer jeweiligen Offenstellung und ihrer jeweiligen Schließstellung verstellbar sind. Erfindungsgemäß sind die beiden Ventilkörper derart ausgebildet, dass nach dem Verstellen des ersten Ventilkörpers um einen vorbestimmten Verstellweg von seiner Schließstellung weg der zweite Ventilkörper immer noch die zweite Ventilöffnung verschließt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Verstellweg zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass auf diese Weise eine besonders hohe Entlastung des Stellhebels und somit auch eines mit dem Stellhebel zusammenwirkenden Ventiltriebs erzielt werden kann, ohne dass damit Leistungseinbußen in der Brennkraftmaschine einhergingen. In Varianten dieser Ausführungsform sind auch andere Werte für den vorbestimmten Verstellweg denkbar.
Für eine besonders einfache technische Realisierung des erfindungswesentlichen zeitversetzten Öffnens der beiden Auslassventile wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, die beiden Auslassventile derart zu realisieren, dass der zweite Ventilkörper in der Schließstellung des ersten Auslassventils tiefer in die zweite Ventilöffnung hineinragt als der erste Ventilkörper in die erste Ventilöffnung. Werden beide Ventilkörper aus den Ventilöffnungen herausbewegt, so ist der zweite Ventilkörper immer noch in der zweiten Ventilöffnung angeordnet, wenn sich der erste Ventilkörper bereits außerhalb der ersten Ventilöffnung befindet, so dass das erfindungswesentliche Prinzip des zeitversetzten Öffnens der beiden Auslassventile umgesetzt ist.
Bei einer alternativen einfache technischen Realisierung des erfindungswesentlichen zeitversetzten Öffnens der beiden Auslassventile wird gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, den zweiten Ventilkörper in der Offenstellung der beiden Auslassventile in einem geringeren Abstand relativ zur zweiten Ventilöffnung anzuordnen als den erste Ventilkörper relativ zur ersten Ventilöffnung. Besagter Abstand kann dabei jeweils entlang einer Richtung senkrecht zu einer durch die jeweilige Ventilöffnung definierte Öffnungsebene gemessen werden. Werden beide Ventilkörper von den Ventilöffnungen weg bewegt, so ist der zweite Ventilkörper immer noch an der zweiten Ventilöffnung angeordnet, wenn sich der erste Ventilkörper bereits im Abstand zur der ersten Ventilöffnung befindet, so dass auch das erfindungswesentliche Prinzip des zeitversetzten Öffnens der beiden Auslassventile umgesetzt ist.
Besonders zweckmäßig entspricht die Abstandsdifferenz der beiden Ventilkörper in der Offenstellung im Wesentlichen dem vorbestimmten Verstellweg. Dies ermöglicht es auf technisch einfache Weise, das erfindungswesentliche, zeitversetzte Öffnen der beiden Auslassventile zu realisieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Ventilkörper eine erste Körperhöhe und der zweite Ventilkörper eine zweite Körperhöhe auf. Bei dieser Variante ist die zweite Körperhöhe größer als die erste Körperhöhe. Auch diese Variante ermöglicht es auf technisch einfache Weise, das erfindungswesentliche, zeitversetzte Öffnen der beiden Auslassventile zu realisieren.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die beiden Ventilkörper jeweils im Wesentlichen die Geometrie eines Zylinders mit einer ersten bzw. einer zweiten Zylinderhöhe auf. Bei dieser Weiterbildung ist die zweite Zylinderhöhe größer als die erste Zylinderhöhe. Auch diese Ausführungsform erlaubt es, das erfindungswesentliche, zeitversetzte Öffnen der beiden Auslassventile zu realisieren.
Besonders bevorzugt entspricht die Differenz der beiden Körperhöhen, insbesondere der beiden Zylinderhöhen, im Wesentlichen dem Betrag des vorbestimmten Verstellwegs.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Ventilkörper jeweils im Wesentlichen identische Körperhöhen, insbesondere im Wesentlichen identische Zylinderhöhen auf. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Ventilkörper, insbesondere die beiden Zylinder, um den vorbestimmten Verstellweg axial versetzt zueinander am Stellhebel angeordnet. Diese Variante erlaubt es, die beiden Ventilkörper als Gleichteile zu fertigen und zu verwenden.
Zweckmäßig kann die Drehachse des Stellhebels parallel zu einer Drehachse der Nockenfolger-Rolle und/oder zu einer Drehachse der Nockenwelle verlaufen. Eine solche Ausführungsform baut besonders kompakt.
Besonders bevorzugt weist der Stellhebel einen ersten Hebelarm auf, an welchem die beiden Ventilkörper angeordnet sind Weiterhin weist der Stellhebel bei dieser Variante einen zweiten Hebelarm auf an welchem der Nockenfolger-Grundkörper angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Brennkraftmaschine einen Ventiltrieb zum Antreiben des Stellhebels auf. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Ventiltrieb eine Nockenwelle und einen mit dem Stellhebel antriebsverbundene Nockenfolger. Weiterhin sind ein drehfest auf der Nockenwelle angebrachter erster Nocken und ein drehfest und axial benachbart zum ersten Nocken angeordneter zweiten Nocken vorgesehen. Dabei ist der Nockenfolger axial verstellbar zwischen einer ersten Position, in welcher er mit dem ersten Nocken antriebsverbunden ist, und einer zweiten Position, in welcher er mit dem zweiten Nocken antriebsverbunden ist.
Besonders zweckmäßig kann der Nockenfolger einen starr mit dem Stellhebel verbundenen Nockenfolger-Grundkörper und eine drehbar auf dem Nockenfolger-Grundkörper gelagerte Rolle aufweisen. Diese Rolle ist in der ersten Position des Nockenfolger mit dem ersten Nocken antriebsverbunden und in der zweiten Position des Nockenfolgers mit dem zweiten Nocken antriebsverbunden. Der Nockenfolger-Grundkörper ist dem einschlägigen Fachmann auch unter dem Begriff „Rollenbolzen” bekannt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
2 die Brennkraftmaschine der 1 in einer Draufsicht,
3–6 die beiden Auslassventile in verschiedenen Positionen zwischen ihrer jeweiligen Offen- und Schließstellung,
7, 8 den Aufbau und die Funktionsweise eines Ventiltriebs der Brennkraftmaschine zum Betätigen der Auslassventile.
1 illustriert in einer grobschematischen Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst einen in 1 grobschematisch angedeuteten Zylinder 102. Die Brennkraftmaschine kann weitere, in den Figuren nicht näher dargestellte Zylinder aufweisen, die in analoger Weise zu dem anhand der Figuren erläuterten Zylinder aufgebaut sein kann. Im Zylinder 102 ist ein Brennraum 103 vorhanden.
Die Brennkraftmaschine 100 umfasst entsprechend 1 weiterhin ein erstes Auslassventil 104a und ein zweites Auslassventil 104b zum Ausleiten von Abgas aus dem Brennraum 103 des Zylinders 102. Das erste Auslassventil 104a umfasst eine erste Ventilöffnung 105a und einen ersten Ventilkörper 106a. Der erste Ventilkörper 106a ist zwischen einer Schließstellung, in welcher er die erste Ventilöffnung 105a verschließt, und einer Offenstellung verstellbar, in welcher er die erste Ventilöffnung 105a zum Durchströmen mit dem Abgas freigibt. Das zweite Auslassventil 104b umfasst eine zweite Ventilöffnung 105b und einen zweiten Ventilkörper 106b. Der zweite Ventilkörper 6b ist zwischen einer Schließstellung, in welcher er die zweite Ventilöffnung 105b verschließt, und einer Offenstellung verstellbar, in welcher er die Ventilöffnung 105b zum Durchströmen mit dem Abgas freigibt.
Weitere technische Details der Brennkraftmaschine 100 wie beispielsweise Einlassventile zum Einleiten von Frisch- bzw. Ladeluft in den Zylinder 102 sowie ein verstellbar im Brennraum 103 angeordneter Kolben sind dem einschlägigen Fachmann bekannt und nicht Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung und daher aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt.
Wie die Darstellung der 1 unmittelbar erkennen lässt, weist die Brennkraftmaschine 100 einen um eine Drehachse D drehbaren Stellhebel 101 auf. Mittels des Stellhebels 101 können die beiden Ventilkörper 106a, 106b simultan zwischen ihrer jeweiligen Offenstellung und ihrer jeweiligen Schließstellung verstellt werden. Durch die Drehachse D des Stellhebels 101 ist dabei eine axiale Richtung a definiert.
Die 2 zeigt die Brennkraftmaschine 100 der 1 in einer Draufsicht entlang der axialen Richtung a. Wie 2 belegt, können die beiden Ventilkörper 106a, 106b jeweils im Wesentlichen die geometrische Formgebung eines Zylinders 107a, 107b aufweisen.
Die beiden Ventilkörper 106a, 106b der Brennkraftmaschine 100 sind derart ausgebildet, dass sich nach dem Verstellen des ersten Ventilkörpers 106a um einen vorbestimmten Verstellweg s von seiner Schließstellung weg der zweite Ventilkörper 106b immer noch die zweite Ventilöffnung 105b verschließt. Diese erfindungswesentliche Eigenschaft der beiden Ventilkörper 106a, 106b wird im Folgenden anhand der 3 bis 6 erläutert:
Die 3 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung die beiden Auslassventile 104a, 104b in ihrer jeweiligen Schließstellung, in welcher die beiden Ventilöffnungen 105a, 105b durch den jeweils zugehörigen Ventilkörper 106a, 106b verschlossen sind. Die beiden Ventilkörper 106a, 106b können, wie in den 3 bis 6 angedeutet, jeweils im Wesentlichen die geometrische Formgebung eines Zylinders 107a, 107b. aufweisen. Die Ventilkörper 106a, 106b können in bekannter Weise einen Ventilschaft aufweisen, der zum Zylinder 102 der Brennkraftmaschine 100 hin in einen Ventilteller mit gegenüber dem Ventilschaft vergrößerten Durchmesser übergeht. Eine solche konstruktive Ausführung der Ventilkörper 106a, 106b ist in den 3 bis 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Durch eine Bewegung des Stellhebels 101 (dieser ist ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 3 bis 6 nicht gezeigt) werden die beiden Ventilkörper 106a, 106b von den Ventilöffnungen 105a, 105b wegbewegt (vgl. Pfeil 108 in 3). Die Bewegung des ersten Ventilkörpers 106a bewirkt eine sofortige Freigabe der ersten Ventilöffnung 105a, wohingegen die zweite Ventilöffnung 105b noch vom zweiten Ventilkörper 106b verschlossen bleibt.
Die 4 zeigt eine Stellung der beiden Auslassventile 104a, 104b, in welcher als Folge dieser Bewegung der erste Ventilkörper 106a des ersten Auslassventils 104a um den vorbestimmten Verstellweg von der in 3 gezeigten Schließstellung weg bewegt wurde. Auch der zweite Ventilkörper 106b des zweiten Auslassventils 104b wurde mittels des Steuerhebels 101 um denselben vorbestimmten Verstellweg s verstellt, verschließt aber in der in 4 gezeigten Stellung – ebenso wie in der Stellung gemäß 3 – immer noch die zweite Ventilöffnung 105b. Dieser vorbestimmte Verstellweg s kann beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm betragen. Denkbar sind aber auch, je nach anwendungsspezifischen Erfordernissen, andere Werte.
In der Stellung der beiden Ventilkörper 106a, 106b gemäß 4 kann also Abgas A durch das erste Auslassventil 104a aus dem Brennraum 103 austreten (vgl. Pfeil 109 in 4), jedoch noch nicht durch das zweite Auslassventil 104b. Erst ein Weiterbewegen des Steuerhebels 101 und eine damit einhergehend Bewegung der beiden Ventilkörper 106a, 106b über den vorbestimmten Verstellweg hinaus bewirkt auch eine Freigabe der zweiten Ventilöffnung 105b durch den zweiten Ventilkörper 106b, so dass nun Abgas A sowohl durch das erste Auslassventil 104a als auch durch das zweite Auslassventil 104b aus dem Brennraum 103 austreten kann (Pfeile 110). Die beiden Ventilkörper 106a, 106b können durch weiteres Verstellen des Steuerhebels 101 in ihre Offenstellung verstellt werden, in welcher sie maximal von ihrer Schließstellung weg verstellt sind. Die Offenstellung der beiden Auslassventile 104a, 104b zeigt die schematische Darstellung der 6.
In der Offenstellung der beiden Auslassventile 104a, 104b ist ein Abstand d₂ des zweiten Ventilkörpers 106b zur zweiten Ventilöffnung 105b kleiner als ein Abstand d₁ des ersten Ventilkörpers 106a zur ersten Ventilöffnung 105a.
Die Abstandsdifferenz Δd = d₁ – d₂ der beiden Ventilkörper 106a, 106b in der Offenstellung zur jeweiligen Ventilöffnung 105a, 105b entspricht im Wesentlichen dem vorbestimmten Verstellweg s, also Δd = s.
Wie die Darstellung der 4 erkennen lässt, kann zur Realisierung der Abstandsdifferenz Δd eine zweite Zylinderhöhe h₂ des zweiten zylindrischen Ventilkörpers 106b größer sei eine erste Zylinderhöhe h₁ des ersten zylindrischen Ventilkörpers 106a. In diesem Fall entspricht die Differenz der beiden Zylinderhöhen h₁, h₂ im Wesentlichen dem Betrag des vorbestimmten Verstellwegs s. Dasselbe Prinzip lässt sich zur Realisierung der Abstandsdifferenz Δd verfolgen, wenn die beiden Ventilkörper 106a, 106b keine zylindrische, sondern eine andere geeignete geometrische Formgebung mit einer ersten und einer zweiten Körperhöhe k1, k2 besitzen, die entlang einer Richtung gemessen wird, die senkrecht zu einer Öffnungsebene der jeweiligen Ventilöffnung 105a, 105b verläuft. In diesem allgemeineren Fall entspricht die Differenz der beiden Körperhöhen k₁, k₂ im Wesentlichen dem Betrag des vorbestimmten Verstellwegs s.
In einer alternativen Variante, die in den 3 bis 6 nicht gezeigt ist, können die beiden Ventilkörper 106a, 106b jeweils im Wesentlichen die Geometrie eines Zylinders mit identischen Zylinderhöhen h₁, h₂ aufweisen, also h₁ = h₂. Um sicherzustellen, dass sich auch in diesem Fall nach dem Verstellen des ersten Ventilkörpers 106a um den vorbestimmten Verstellweg s von seiner Schließstellung weg der zweite Ventilkörper 106b immer noch in seiner Schließstellung befindet, sind die beiden zylindrischen Ventilkörper 106a, 106b mit derselben Zylinderhöhen h₁, h₂ um den vorbestimmten Verstellweg s axial versetzt zueinander am Stellhebel 101 angeordnet.
Das erfindungswesentliche, versetzte Öffnen der beiden Auslassventile 104a, 104b bzw. der beiden Ventilöffnungen 105a, 105b lässt sich in einer weiteren Variante auch mit identisch aufgebauten Ventilkörpern 106a, 106b realisieren, wenn der zweite Ventilkörper 106b in der Schließstellung des ersten Auslassventil 104a tiefer in die zweite Ventilöffnung 105b hineinragt als der erste Ventilkörper 1056a in die erste Ventilöffnung 105a (in den Figuren nicht gezeigt). Bei einer simultanen Bewegung der beiden Ventilkörper 106a, 106b wird die zweite Ventilöffnung 105b erst später freigegeben als die erste Ventilöffnung 105a, so dass auch bei dieser Variante das Öffnen der beiden Auslassventile 104a, 104b versetzt zueinander erfolgt.
Die 7 und 8 illustrieren in schematischer Darstellung ein Beispiel eines Ventiltriebs 1 der Brennkraftmaschine 100 zum Steuern des Stellhebels 101. Der Ventiltrieb 1 umfasst eine Nockenwelle 2 und einen Nockenfolger 3. Auf der Nockenwelle 2 ist drehfest ein erster Nocken 4a angebracht. Axial benachbart zum ersten Nocken 4a ist auf der Nockenwelle 2, ebenfalls drehfest zu dieser, ein zweiter Nocken 4b angeordnet.
Der Nockenfolger 3 ist entlang der axialen Richtung a verstellbar zwischen einer ersten Position, in welcher er mit dem ersten Nocken 4a antriebsverbunden ist, und einer zweiten Position, in welcher er mit dem zweiten Nocken 4b antriebsverbunden ist. 7 zeigt den Nockenfolger 3 in besagter erster Position, die 8 zeigt den Nockenfolger 3 in seiner zweiten Position. Der Nockenfolger 3 kann einen zylindrisch ausgebildeten Nockenfolger-Grundkörper 5 aufweisen, auf dessen Umfangsseite eine hohlzylindrisch ausgebildete Nockenfolger-Rolle 6 drehbar gelagert ist. Der Nockenfolger-Grundkörper 5 ist dem einschlägigen Fachmann auch unter der Bezeichnung ”Rollenbolzen” oder ”Verschiebeachse” bekannt. Über die Nockenfolger-Rolle 6 erfolgt in bekannter Weise die Antriebsverbindung der beiden Nocken 4a, 4b mit dem Nockenfolger 3. Dabei wird die Drehbewegung der Nockenwelle 2 mittels der Nocken 4a, 4b in eine Drehbewegung des Stellhebels 101 um die Drehachse D umgewandelt. Mit der Drehbewegung des Stellhebels 101 geht wiederum eine Bewegung der Auslassventile 104a, 104b zwischen ihrer jeweiligen Offen- bzw. Schließstellung einher.
In der in 7 gezeigten ersten Position des Nockenfolgers 3 ist die Nockenfolger-Rolle 6 mit dem ersten Nocken 4a gekoppelt, in 2 mit dem zweiten Nocken 4b. Die Nockenfolger-Rolle 6 steuert (nicht gezeigt) über eine geeignet ausgebildete mechanische Kopplungseinrichtung, insbesondere in der Art eines Stellglieds, ein Ventil zum Verstellen zwischen einem geöffneten und geschlossenen Zustand ans. Konkrete technische Realisierungsmöglichkeiten einer solchen Kopplung sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, sondern dem einschlägigen Fachmann aus dem Stand der Technik in verschiedenen Formen bekannt, so dass auf eine detailliertere Erläuterung diesbezüglich verzichtet werden kann.
Der Nockenfolger 3 der 7 weist eine mit der Nockenwelle 2 zusammenwirkende mechanische Verstelleinrichtung 7 zur axialen Verstellung des Nockenfolgers 3 zwischen der ersten und der zweiten Position auf. Die mechanische Verstelleinrichtung 7 umfasst hierzu ein erstes verstellbares mechanisches Eingriffselement 8a. Das erste mechanische Eingriffselement 8a wirkt zum axialen Verstellen des Nockenfolgers 3 von der in 7 gezeigten ersten Position in die zweite Position mit einer an der Nockenwelle 2 vorhandenen ersten Kulissenführung 9a zusammen. In analoger Weise weist die mechanische Verstelleinrichtung 7 ein verstellbares zweites mechanisches Eingriffselement 8b auf. Das zweite Eingriffselement 8b wirkt zum axialen Verstellen des Nockenfolgers 3 von seiner zweiten in die erste Position mit einer an der Nockenwelle 3 vorhandenen, zweiten Kulissenführung 9b zusammen.
Die mechanische Verstelleinrichtung 7 umfasst ferner einen ersten Aktuator 10a, mittels welchem das erste Eingriffselement 8a zwischen einer in 7 gezeigten ersten Position, in welcher es in die erste Kulissenführung 9a eingreift, und einer in 8 gezeigten zweiten Position verstellbar ist, in welcher es nicht in die erste Kulissenführung 9a eingreift. Die mechanische Verstelleinrichtung 7 umfasst auch einen zweiten Aktuator 10b, mittels welchem das zweite Eingriffselement 8b zwischen einer ersten Position, in welcher es in die zweite Kulissenführung 9b eingreift, und einer zweiten Position verstellbar ist, in welcher es nicht in besagte zweite Kulissenführung 9b eingreift.
Der erste Aktuator 10a ist zwischen einer Inaktiv-Position und einer Aktiv-Position verstellbar. Zu diesem Zweck können die beiden Aktuatoren 10a, 10b als linear verstellbare, elektrisch angetriebene Aktuatoren ausgebildet sein. Die mechanische Verstelleinrichtung 7 ist in diesem Fall als elektromechanische Verstelleinrichtung realisiert. Mit anderen Worten, elektrisch angetriebene Aktuatoren 10a, 10b sind vorliegend vom Begriff „mechanische Stelleinrichtung” 7 umfasst.
Die beiden Aktuatoren 10a, 10b sind von einer Steuerungseinrichtung 11 des Ventiltriebs 1 zum Verstellen zwischen ihrer Aktiv-Position und ihrer Inaktiv-Position steuerbar. Diese Verstellbarkeit ist derart realisiert, dass der erste Aktuator 10a in der Inaktiv-Position mit dem ersten Eingriffselement 8a außer Kontakt steht. Im Zuge eines Verstellens von seiner Inaktiv-Position in seine Aktiv-Position verstellt der erste Aktuator 10a das erste Eingriffselement 8a durch mechanischen Kontakt von seiner zweiten in seine erste Position.
Die Verstellung des ersten Eingriffselement 8a von der ersten in die zweite Position kann bevorzugt mittels der Hubbewegung des Nockenfolgers 3, insbesondere mittels des Nockenfolger-Grundkörpers 5 bewirkt werden. Dabei wird der Nockenfolger 3 durch die vom ersten oder zweiten Nocken 4a, 4b bewirkte Hubbewegung in Richtung des ersten Aktuators 10a bewegt. Befindet sich dieser in seiner Aktiv-Position, so wird durch die Hubbewegung des Nockenfolgers 3 und damit des ersten Eingriffselements 8a dieses gegen den ersten Aktuator 10a gedrückt und von diesem in seine zweite Position verstellt.
In diesem Zustand greift das erste Eingriffselement 8a in die erste Kulissenführung 9a ein, so dass der Nockenfolger 3 aufgrund der Drehbewegung der Nockenwelle 2 mit Hilfe der auf dieser angeordneten ersten Kulissenführung 9a axial von seiner ersten in die zweite Position bewegt wird. Auch der zweite Aktuator 10b ist zwischen einer Inaktiv-Position und einer Aktiv-Position verstellbar. Diese Verstellbarkeit ist derart realisiert, dass der zweite Aktuator 10b in der Inaktiv-Position mit dem zweiten Eingriffselement 8b außer Kontakt steht. Im Zuge eines Verstellens von seiner Inaktiv-Position in seine Aktiv-Position verstellt der zweite Aktuator 10b das zweite Eingriffselement 8b durch mechanischen Kontakt von seiner zweiten in seine erste Position.
Auch die Verstellung des zweiten Eingriffselements 8b von der ersten in die zweite Position wird bevorzugt mittels der Hubbewegung des Nockenfolgers 3, insbesondere mittels des Nockenfolger-Grundkörpers 5 bewirkt. Dabei wird der Nockenfolger 3 durch die vom ersten oder zweiten Nocken 4a, 4b bewirkte Hubbewegung in Richtung des zweiten Aktuators 8b bewegt. Befindet sich dieser in seiner Aktiv-Position, so wird durch die Hubbewegung des Nockenfolgers 3 und damit des zweiten Eingriffselements 8b dieses gegen den zweiten Aktuator 10b gedrückt und somit von diesem in seine zweite Position verstellt.
In diesem Zustand greift das zweite Eingriffselement 8b in die zweite Kulissenführung 9b ein, so dass der Nockenfolger 3 aufgrund der Drehbewegung der Nockenwelle 2 mit Hilfe der auf dieser angeordneten zweiten Kulissenführung 9a axial von seiner zweiten in die erste Position bewegt wird.
Der erste Aktuator 10a weist ein linear verstellbares (vgl. Pfeil 15a) erstes Stellelement 12a auf. Dieses kann teilweise aus einem ersten Gehäuse 16a des ersten Aktuators 10a herausragen und linear verstellbar relativ zu diesem angeordnet sein. Eine dem ersten Eingriffselement 8a zugewandte Stirnseite 13a des ersten Stellelements 12a, welches stift- oder bolzenartig ausgebildet sein kann, drückt beim Bewegen des ersten Eingriffselements 8a in die erste Kulissenführung 9a gegen eine dem ersten Stellelement 12a gegenüberliegende Stirnseite 14a des ersten Eingriffselements 8a. Der zweite Aktuator 10b weist ein linear verstellbares (vgl. Pfeil 15b) zweites Stellelement 12b auf. Dieses kann teilweise aus einem zweiten Gehäuse 16b des zweiten Aktuators 10b herausragen und linear verstellbar relativ zu diesem angeordnet sein. Eine dem zweiten Eingriffselement 8b zugewandte Stirnseite 13b des zweiten Stellelements 12b, welches stift- oder bolzenartig ausgebildet sein kann, drückt beim Bewegen des zweiten Eingriffselements 8b in die zweite Kulissenführung 9b gegen eine dem zweiten Stellelement 12b gegenüberliegende Stirnseite 14b des zweiten Eingriffselements 8b.
Wie die Darstellung der 8 erkennen lässt, besitzt der Nockenfolger 3 auch eine Nockenfolger-Fixiereinrichtung 17 zum lösbaren Fixieren des Nockenfolgers 3 in der ersten oder zweiten Position. Die Nockenfolger-Fixiereinrichtung 17 umfasst ein federbeaufschlagtes Nockenfolger-Fixierelement 18. Das Nockenfolger-Fixierelement 18 greift in der ersten Position des Nockenfolgers 3 in eine am Nockenfolger 3 vorgesehene erste Aufnahme 19a ein und greift in der zweiten Position des Nockenfolgers 3 in eine am Nockenfolger 3 vorgesehene zweite Aufnahme 19b ein. Vorzugsweise ist die erste Aufnahme 19a wie in 2 dargestellt als erste Umfangsnut 20a realisiert, die auf einer Umfangsseite 21 des Nockenfolgers 3 angeordnet ist. Die zweite Aufnahme ist entsprechend als auf der Umfangsseite 21 axial im Abstand angeordnete, zweite Umfangsnut 20b realisiert.
Wie die 7 und 8 anschaulich belegen, weist der Nockenfolger 3 für die beiden Eingriffselemente 8a, 8b, vorzugsweise für beide Eingriffselemente 8a, 8b, jeweils eine erste bzw. zweite Eingriffselement-Fixiereinrichtung 22a, 22b zum lösbaren Fixieren des ersten bzw. zweiten Eingriffselements 8a, 8b in der ersten oder zweiten Position auf. Erkennbar besitzen die beiden Eingriffselement-Fixiereinrichtungen 22a, 22b jeweils ein federbeaufschlagtes Fixierelement 23a, 23b, welches in der ersten Position des jeweiligen Eingriffselements 8a, 8b in einer am jeweiligen Eingriffselement 8a, 8b vorgesehenen ersten Aufnahme 24a, 24b aufgenommen ist. In der zweiten Position des Nockenfolgers ist das Fixierelement 23a, 23b in einer am Nockenfolger vorgesehenen zweiten Aufnahme 25a, 25b aufgenommen. Das erste und das zweite Eingriffselement 8a, 8b weisen jeweils einen bolzenartig oder stiftartig ausgebildeten Grundkörper 29a, 29b auf. Auf einer Umfangsseite des Grundkörpers 29a, 29b ist die erste Aufnahme 24a, 24b als erste Umfangsnut 27a, 27b und die zweite Aufnahme 25a, 25b als axial im Abstand auf der Umfangsseite angeordnete zweite Umfangsnut 28a, 28b ausgebildet.
Im Folgenden wird anhand der Darstellung der 7 und 8 ein Verstellen des Nockenfolgers 3 von der ersten in die zweite Position erläutert. Im Szenario der 1 befindet sich der Nockenfolger 3 in der ersten Position, in welcher seine Nockenfolger-Rolle 6 mit dem ersten Nocken 4a antriebsverbunden ist.
Soll eine Verstellung des Nockenfolgers 3 von seiner ersten in seine zweite axiale Position erfolgen, so wird das erste Eingriffselement 8a der mechanischen Verstelleinrichtung 7 wie in 7 gezeigt mit der ersten Kulissenführung 9a in Eingriff gebracht. Dies geschieht mit Hilfe des ersten elektrischen Aktuators 10a.
Der erste Aktuator 10a ist, wie bereits erläutert, zwischen einer in 7 gezeigten Inaktiv-Position und einer Aktiv-Position – in 1 gestrichelt angedeutet verstellbar. Der erste Aktuator 10a steht in der Inaktiv-Position mit dem ersten Eingriffselement 8a mechanisch außer Kontakt. Im Zuge eines Verstellens von seiner Inaktiv-Position in seine Aktiv-Position verstellt der erste Aktuator 10a das erste Eingriffselement 8a durch mechanischen Kontakt von seiner zweiten in seine erste Position. In der ersten Position greift das erste Eingriffselement 8a in die erste Kulissenführung 9a ein (vgl. 7), so dass der Nockenfolger 3 durch die Drehbewegung der Nockenwelle 2 mit Hilfe der ersten Kulissenführung 9a axial von seiner ersten in seine zweite Position bewegt wird, die in 2 dargestellt ist. Nach dem In-Eingriff-Bringen des ersten Eingriffselements 8a mit der ersten Kulissenführung 9a kann der erste Aktuator 10a von der Steuerungseinrichtung 11 wieder in seine Inaktiv-Position zurückbewegt werden.
Die erste Kulissenführung 9a kann – ebenso wie die zweite Kulissenführung 9b – eine in den Figuren nicht gezeigte Rampenstruktur aufweisen, derart, dass das erste Eingriffselement 8a außer Eingriff mit der ersten Kulissenführung gebracht wird, sobald der Nockenfolger 3 die zweite axiale Position erreicht hat. In dieser zweiten Position steht der zweite Nocken 4b mit der Nockenfolger-Rolle 6 in Antriebsverbindung. Das Verstellen des Nockenfolgers 3 von der zweiten Position zurück in die erste Position kann mit Hilfe des zweiten Aktuators 10b, des zweiten Eingriffselements 8b und der zweiten Kulissenführung 9b in analoger Weise zum vorangehend erläuterten Übergang von der ersten in die zweite Position des Nockenfolgers 3 erfolgen.

Claims

Brennkraftmaschine (100), – mit zumindest einem Zylinder (102), in welchem ein Brennraum (103) vorhanden ist, – mit einem ersten Auslassventil (104a) und mit einem zweiten Auslassventil (104b) zum Ausleiten von Abgas (A) aus dem Brennraum (103) des Zylinders (102), – wobei das erste Auslassventil (104a) eine erste Ventilöffnung (105a) und einen ersten Ventilkörper (106a) umfasst, wobei der erste Ventilkörper (106a) zwischen einer Schließstellung, in welcher er die Ventilöffnung (105a) verschließt, und einer Offenstellung, in welcher er die Ventilöffnung (105a) zum Durchströmen mit dem Abgas (A) freigibt, verstellbar ist, – wobei das zweite Auslassventil (104b) eine zweite Ventilöffnung (195b) und einen zweiten Ventilkörper (106b) umfasst, wobei der zweite Ventilkörper (106b) zwischen einer Schließstellung, in welcher er die zweite Ventilöffnung (105b) verschließt, und einer Offenstellung, in welcher er die Ventilöffnung (105b) zum Durchströmen mit dem Abgas (A) freigibt, verstellbar ist, – mit einem gemeinsamen, drehbaren Stellhebel (101), mittels welchem die beiden Ventilkörper (106a, 106b) simultan zwischen ihrer jeweiligen Offenstellung und ihrer jeweiligen Schließstellung verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilkörper (106a, 106b) derart ausgebildet sind, dass nach dem Verstellen des ersten Ventilkörpers (105a) um einen vorbestimmten Verstellweg (s) von seiner Schließstellung weg der zweite Ventilkörper (106b) immer noch die zweite Ventilöffnung (105b) verschließt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Verstellweg (s) zwischen 0,1 mm und 0,5 mm beträgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilkörper (106b) in der Schließstellung des ersten Auslassventils (104b) tiefer in die zweite Ventilöffnung (105b) hineinragt als der erste Ventilkörper (106a) in die erste Ventilöffnung (105a).
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Offenstellung der beiden Auslassventile (104a, 104b) der zweite Ventilkörper (106b) in einem geringeren Abstand (d₂) zur zweiten Ventilöffnung (105b) angeordnet ist als der erste Ventilkörper (106a) zur ersten Ventilöffnung (105b).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstandsdifferenz (Δd) der beiden Ventilkörper (106a, 106b) zur jeweiligen Ventilöffnung (105a, 105b) in der Offenstellung im Wesentlichen dem vorbestimmten Verstellweg (s) entspricht.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilkörper (106a) eine erste Körperhöhe (k₁) und der zweite Ventilkörper (106b) eine zweite Körperhöhe (k₂) aufweist, wobei die zweite Körperhöhe (k₂) größer ist als die erste Körperhöhe (k₁).
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilkörper (106a, 106b) jeweils im Wesentlichen die Geometrie eines Zylinders (107a, 107b) mit einer ersten bzw. einer zweiten Zylinderhöhe (h₁, h₂) aufweisen, wobei die zweite Zylinderhöhe größer (h₂) ist als die erste Zylinderhöhe (h₁).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der beiden Körperhöhen (k₁, k₂), insbesondere der beiden Zylinderhöhen (h₁, h₂), im Wesentlichen dem Betrag des vorbestimmten Verstellwegs (s) entspricht.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilkörper (106a, 106b) jeweils im Wesentlichen identische Körperhöhen (k₁, k₂), insbesondere im Wesentlichen identische Zylinderhöhen (h₁, h₂) aufweisen, und dass die beiden Ventilkörper (106a, 106b), insbesondere die beiden Zylinder (107a, 107b), um den vorbestimmten Verstellweg (s) axial versetzt zueinander am Stellhebel (101) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellhebel (101) einen ersten Hebelarm (110a) aufweist, an welchem die beiden Ventilkörper (106a, 106b) angeordnet sind, und einen zweiten Hebelarm (110b) aufweist, an welchem der Nockenfolger-Grundkörper (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (100) einen Ventiltrieb (1) zum Antreiben des Stellhebels (101) aufweist, wobei der Ventiltrieb (1) umfasst: – eine Nockenwelle (2) und einen mit dem Stellhebel (101) antriebsverbundenen Nockenfolger (3), – einen drehfest auf der Nockenwelle (3) angebrachtem ersten Nocken (4a) und einem drehfest und axial benachbart zum ersten Nocken (4a) angeordneten zweiten Nocken (4b), – wobei der Nockenfolger (3) axial verstellbar ist zwischen einer ersten Position, in welcher er mit dem ersten Nocken (4a) antriebsverbunden ist, und einer zweiten Position, in welcher er mit dem zweiten Nocken (4b) antriebsverbunden ist,
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (3) einen starr mit dem Stellhebel (101) verbundenen Nockenfolger-Grundkörper (5) und eine drehbar auf dem Nockenfolger-Grundkörper (5) gelagerte Nockenfolger-Rolle (6) aufweist, welche in der ersten Position des Nockenfolgers (3) mit dem ersten Nocken (4a) antriebsverbunden ist und in der zweiten Position des Nockenfolgers (3) mit dem zweiten Nocken (4b) antriebsverbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (D) des Stellhebels (101) parallel zu einer Drehachse (D) der Rolle und/oder zu einer Drehachse der Nockenwelle (2) verläuft.