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Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit funktionsgleichen Gaswechselventilen einiger Zylinder, deren Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle vorgegeben sowie mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, und mit Gaswechselventilen weiterer Zylinder, deren Ventilhub jeweils mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv abschaltbar ist.
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Schaltbare Ventiltriebe von Verbrennungskolbenmotoren sind in unterschiedlichen Bauarten bekannt. So können Ventiltriebe einzelner Zylinder oder Gruppen von Zylindern eines Verbrennungskolbenmotors durch eine Abschaltung des übertragbaren Ventilhubs deaktiviert und damit in Verbindung mit einer Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung für die betreffenden Zylinder der Kraftstoffverbrauch sowie die CO2- und Schadstoffemissionen des Verbrennungskolbenmotors im Teillastbetrieb gesenkt werden. Andererseits können die durch Ventiltriebe von Einlass- und/oder Auslassventilen eines Verbrennungskolbenmotors übertragbaren Hubkurven durch eine Hubumschaltung geändert und damit in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie der Motordrehzahl und der Motorlast, an den aktuellen Betriebszustand des Verbrennungskolbenmotors angepasst werden, wodurch die Motorleistung und das Drehmoment erhöht sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungskolbenmotors verringert werden können.
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Bei abschaltbaren Ventiltrieben sind üblicherweise jeweils zwei relativ zueinander verschiebbare oder verdrehbare Bauteile eines schaltbaren Hubübertragungselementes vorgesehen, von denen das eine Bauteil mit dem zugeordneten Nocken einer Nockenwelle und das andere Bauteil mit dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils in Stellverbindung steht. Beide Bauteile sind über ein zumeist als Koppelbolzen ausgeführtes Koppelelement miteinander koppelbar oder entkoppelbar. Im gekoppelten Zustand wird der Ventilhub des zugeordneten Nockens auf das betreffende Gaswechselventil übertragen, im entkoppelten Zustand dagegen nicht, so dass das Gaswechselventil dann geschlossen bleibt. Der Koppelbolzen ist üblicherweise axialbeweglich in einer Bohrung des einen Bauteils geführt und in eine Koppelbohrung des anderen Bauteils verschiebbar. Mittels eines Federelementes wird der Koppelbolzen in einer Ruhestellung gehalten und durch die Beaufschlagung mit einer Stellkraft gegen die Rückstellkraft des Federelementes in eine Betätigungsstellung verschoben sowie dort gehalten. Bei abschaltbaren Ventiltrieben entspricht die Ruhestellung des Koppelbolzens meistens dem gekoppelten Zustand der Bauteile des Hubübertragungselementes und die Betätigungsstellung dem entkoppelten Zustand der Bauteile. Bei den abschaltbaren Hubübertragungselementen kann es sich um abschaltbare Tassenstößel, Rollenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Abstützelemente handeln.
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Bei umschaltbaren Ventiltrieben sind jeweils mindestens zwei relativ zueinander verschiebbare oder verdrehbare Bauteile eines schaltbaren Hubübertragungselementes vorgesehen, von denen das eine Bauteil mit einem zugeordneten Primärnocken einer Nockenwelle mit einem bestimmten Ventilhub sowie mit dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils und das andere Bauteil mit einem zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle mit einem größeren Ventilhub oder mit einem Zusatzhub in Stellverbindung steht. Beide Bauteile sind über ein zumeist als Koppelbolzen ausgeführtes Koppelelement miteinander koppelbar oder entkoppelbar. Im entkoppelten Zustand wird der Ventilhub des Primärnockens auf das betreffende Gaswechselventil übertragen, im gekoppelten Zustand wird dagegen der Ventilhub des Sekundärnockens oder der jeweils größere Ventilhub beider Nocken auf das Gaswechselventil übertragen. Auch hierbei ist der Koppelbolzen üblicherweise axialbeweglich in einer Bohrung des einen Bauteils geführt sowie in eine Koppelbohrung des anderen Bauteils verschiebbar. Mittels eines Federelementes wird der Koppelbolzen in einer Ruhestellung gehalten und durch die Beaufschlagung mit einer Stellkraft gegen die Rückstellkraft des Federelementes in eine Betätigungsstellung verschoben und dort gehalten. Bei umschaltbaren Ventiltrieben entspricht die Ruhestellung des Koppelbolzens meistens dem entkoppelten Zustand der Bauteile des Hubübertragungselementes und die Betätigungsstellung dem gekoppelten Zustand der Bauteile. Bei den umschaltbaren Hubübertragungselementen handelt es sich üblicherweise um umschaltbare Tassenstößel, Kipphebel oder Schlepphebel.
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Aus der
US 2016/0160701 A1 ist ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors bekannt, bei dem der Ventilhub der Einlassventile einiger Zylinder, bei einem Vierzylinderreihenmotor beispielsweise die Einlassventile des ersten Zylinders und des vierten Zylinders, mittels hydraulisch schaltbarer Schlepphebel selektiv zwischen zwei Hubkurven umschaltbar ist, und bei dem der Ventilhub aller Gaswechselventile weiterer Zylinder, bei einem Vierzylinderreihenmotor beispielsweise die Ein- und Auslassventile des zweiten Zylinders und des dritten Zylinders, mittels hydraulisch schaltbarer Schlepphebel abschaltbar ist. Durch in der Hydraulikanordnung des Verbrennungskolbenmotors vorgesehene Umschaltventile ist entweder die Hubumschaltung an den Einlassventilen der einen Zylinder oder die Hubabschaltung an den Gaswechselventilen der anderen Zylinder möglich.
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Angesichts der dadurch bedingten Einschränkung des Funktionsumfangs des bekannten Ventiltriebs lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors der eingangs genannten Bauart mit einem erweiterten Funktionsumfang vorzustellen.
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Diese Aufgabe ist durch einen variablen Ventiltrieb gelöst, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, bei dem der Ventilhub funktionsgleicher Gaswechselventile einiger Zylinder jeweils durch mindestens einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, und bei dem der Ventilhub der Gaswechselventile weiterer Zylinder mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv abschaltbar ist.
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Der Funktionsumfang des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist dadurch erweitert, dass an zumindest einem Zylinder der Ventilhub mindestens eines Gaswechselventils sowohl mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv umschaltbar als auch mittels eines hydraulisch schaltbaren Hubübertragungselementes selektiv abschaltbar ist.
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Die zur Hubumschaltung und zur Hubabschaltung vorgesehenen, hydraulisch betätigbaren Koppelvorrichtungen beziehungsweise Koppelemente können zwar grundsätzlich jeweils in einem einzigen Hubübertragungselement angeordnet sein. Zur Vermeidung eines komplexen und störungsanfälligen Aufbaus und entsprechend großer Abmessungen des betreffenden Hubübertragungselementes ist jedoch zur Hubumschaltung des mindestens einen Gaswechselventils vorteilhaft ein anderes schaltbares Hubübertragungselement vorgesehen als zur Hubabschaltung.
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Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens ein zur Hubumschaltung vorgesehenes Hubübertragungselement als ein hydraulisch schaltbarer Schlepphebel und mindestens ein zur Hubabschaltung vorgesehenes Hubübertragungselement als ein hydraulisch schaltbares Abstützelement ausgebildet ist. Ein hydraulisch schaltbarer Schlepphebel, der für eine Hubumschaltung mindestens eines zugeordneten Gaswechselventils vorgesehen ist, ist zum Beispiel aus der
DE 10 2006 023 772 A1 bekannt. Ein für eine Hubabschaltung mindestens eines zugeordneten Gaswechselventils vorgesehenes, hydraulisch schaltbares Abstützelement ist beispielsweise in der
DE 196 04 866 A1 beschrieben.
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Zur variablen Hubumschaltung und Hubabschaltung der Gaswechselventile sind in der Hydraulikanordnung des Verbrennungskolbenmotors die zur Hubumschaltung vorgesehenen Hubübertragungselemente und die zur Hubabschaltung vorgesehenen Hubübertragungselemente ventilweise oder zylinderweise oder in mehrere Zylinder umfassenden Gruppen jeweils an eine Schaltdruckleitung angeschlossen, die über ein zugeordnetes Schaltventil wechselweise mit einer druckführenden Hauptdruckleitung oder mit einer weitgehend drucklosen Rücklaufleitung verbindbar ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine Hydraulikanordnung eines erfindungsgemäßen variablen Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors in einer schematischen Ansicht.
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In der schematischen Ansicht der Zeichnungsfigur ist ein Zylinderkopf 1 eines Verbrennungskolbenmotors mit vier Zylindern Zyl. 1, Zyl.2, Zyl.3, Zyl.4 und jeweils zwei Einlassventilen EV und zwei Auslassventilen AV pro Zylinder abgebildet. Außerdem ist eine Hydraulikanordnung 2 eines variablen Ventiltriebs zur Hubumschaltung und Hubabschaltung bestimmter Gaswechselventile EV, AV dargestellt.
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Der Ventilhub der Eingangsventile EV aller Zylinder ist mittels zugeordneter, nicht näher abgebildeter hydraulisch schaltbarer Hubübertragungselemente jeweils zwischen den Hubverläufen von Primär- und Sekundärnocken einer nicht abgebildeten Nockenwelle umschaltbar. Der Ventilhub aller Gaswechselventile des zweiten Zylinders Zyl.2 und des dritten Zylinders Zyl.3 ist mittels zugeordneter, nicht näher abgebildeter hydraulisch schaltbarer Hubübertragungselemente abschaltbar. Der Ventilhub der Ausgangsventile AV des ersten Zylinders Zyl.1 und des vierten Zylinders Zyl.4 ist dagegen weder umschaltbar noch abschaltbar. Die zur Hubumschaltung vorgesehenen Hubübertragungselemente sind bevorzugt als hydraulisch schaltbare Schlepphebel und die zur Hubabschaltung vorgesehenen Hubübertragungselemente als hydraulisch schaltbare Abstützelemente ausgebildet.
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Die Hydraulikanordnung 2 umfasst eine von dem Verbrennungskolbenmotor antreibbare Ölpumpe 4, mittels der Motoröl aus einem Ölsumpf beziehungsweise Vorratsbehälter 3 über einen Ölfilter 5 und einen Ölkühler 6 in eine Hauptdruckleitung 7 förderbar ist. Vor dem Ölfilter 5 zweigt eine in den Ölsumpf 3 zurückführende Rücklaufleitung 8 ab, in der ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 9 angeordnet ist. Durch das Druckbegrenzungsventil 9 wird der Druck in der Hauptdruckleitung 7 auf einen Maximaldruck begrenzt.
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Die Koppelelemente der zur Hubumschaltung der Einlassventile EV des ersten Zylinders Zyl.1 und des zweiten Zylinders Zyl.2 vorgesehenen Hubübertragungselemente sind an eine erste Schaltdruckleitung 12 angeschlossen, die über ein als 3/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes erstes Schaltventil SV1 wechselweise mit der Hauptdruckleitung 7 oder über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 13 mit einer in den Vorratsbehälter 3 führenden Rücklaufleitung 10 verbindbar ist.
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Die Koppelelemente der zur Hubumschaltung der Einlassventile EV des dritten Zylinders Zyl. 3 und des vierten Zylinders Zyl. 4 vorgesehenen Hubübertragungselemente sind an eine zweite Schaltdruckleitung 15 angeschlossen, die über ein als 3/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes zweites Schaltventil SV2 wechselweise mit der Hauptdruckleitung 7 oder über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 16 mit der Rücklaufleitung 10 verbindbar ist.
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Die Koppelelemente der zur Hubabschaltung der Gaswechselventile EV, AV des zweiten Zylinders Zyl. 2 vorgesehenen Hubübertragungselemente sind über zwei Leitungszweige 18a, 18b an eine dritte Schaltdruckleitung 18 angeschlossen, die über ein als 3/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes drittes Schaltventil SV3 wechselweise mit der Hauptdruckleitung 7 oder über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 19 mit der Rücklaufleitung 10 verbindbar ist.
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Die Koppelelemente der zur Hubabschaltung der Gaswechselventile EV, AV des dritten Zylinders Zyl. 3 vorgesehenen Hubübertragungselemente sind über zwei Leitungszweige 21a, 21b an eine vierte Schaltdruckleitung 21 angeschlossen, die über ein als 3/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes viertes Schaltventil SV4 wechselweise mit der Hauptdruckleitung 7 oder über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckbegrenzungsventil 22 mit der Rücklaufleitung 10 verbindbar ist.
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Im unbetätigten Zustand der Schaltventile SV1, SV2, SV3, SV4 sind die Schaltdruckleitungen 12, 15, 18, 21 über die Druckbegrenzungsventile 13, 16, 19, 22 mit der Rücklaufleitung 10 verbunden, wodurch die Hubkurven der Primärnocken der Nockenwelle auf die Einlassventile EV aller Zylinder Zyl. 1, Zyl.2, Zyl.3, Zyl. 4 übertragen wird, und die Ventilhübe der Gaswechselventile EV, AV des zweiten und dritten Zylinders Zyl.2, Zyl.3 nicht abgeschaltet sind. Durch die Druckbegrenzungsventile 13, 16, 19, 22 wird der Druck in den Schaltdruckleitungen 12, 15, 18, 21 auf einen Mindestdruck begrenzt und somit ein Leerlaufen der Schaltdruckleitungen 12, 15, 18, 21 sowie das Eindringen von Luft in diese verhindert. Die Druckbegrenzungsventile 13, 16, 19, 22 können als separate Bauteile ausgeführt oder in die Schaltventile SV1, SV2, SV3, SV4 4 baulich integriert sein.
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Durch eine Betätigung, also Umschaltung des ersten Schaltventils SV1 und des zweiten Schaltventils SV2 ist der Ventilhub der Einlassventile EV des ersten und zweiten Zylinders Zyl.1, Zyl.2 sowie des dritten und vierten Zylinders Zyl.3, Zyl.4 unabhängig voneinander auf die Hubkurven der Sekundärnocken der Nockenwelle umschaltbar. Unabhängig von der übertragenen Hubkurve auf die Einlassventile EV ist der Ventilhub aller Gaswechselventile EV, AV des zweiten und dritten Zylinders Zyl.2, Zyl.3 durch eine Betätigung, also Umschaltung des dritten Schaltventils SV3 und des vierten Schaltventils SV4 unabhängig voneinander abschaltbar. Im Vergleich zu bekannten variablen Ventiltrieben ist der Funktionsumfang des erfindungsgemäßen Ventiltriebs somit deutlich erweitert.
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Endseitig stehen die Schaltdruckleitungen 12, 15 beziehungsweise die Leitungszweige 18a, 18b; 21a, 21b der Schaltdruckleitungen 18, 21 über jeweils eine Drossel 14, 17, 20a, 20b, 23a, 23b mit einer an die Hauptdruckleitung 7 angeschlossenen Spülölleitung 11 in Verbindung. Dadurch werden die Schaltdruckleitungen 12, 15, 18, 21 im nicht mit der Hauptdruckleitung 7 verbundenen Zustand von der Spülölleitung 11 aus mit Spülöl durchströmt, wodurch leckagebedingt austretendes Öl ersetzt und das Eindringen von Luft verhindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Hydraulikanordnung
- 3
- Ölsumpf, Vorratsbehälter
- 4
- Ölpumpe
- 5
- Ölfilter
- 6
- Ölkühler
- 7
- Hauptdruckleitung
- 8
- Erste Rücklaufleitung
- 9
- Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil
- 10
- Zweite Rücklaufleitung
- 11
- Spülölleitung
- 12
- Schaltdruckleitung
- 13
- Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil
- 14
- Drossel
- 15
- Schaltdruckleitung
- 16
- Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil
- 17
- Drossel
- 18
- Schaltdruckleitung
- 18a, 18b
- Leitungszweig
- 19
- Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil
- 20a, 20b
- Drossel
- 21
- Schaltdruckleitung
- 21a, 21b
- Leitungszweig
- 22
- Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil
- 23a, 23b
- Drossel
- AV
- Auslassventile
- EV
- Einlassventile
- SV1
- Erstes Schaltventil, 3/2-Wege-Magnetschaltventil
- SV2
- Zweites Schaltventil, 3/2-Wege-Magnetschaltventil
- SV3
- Drittes Schaltventil, 3/2-Wege-Magnetschaltventil
- SV4
- Viertes Schaltventil, 3/2-Wege-Magnetschaltventil
- Zyl.1
- Erster Zylinder
- Zyl.2
- Zweiter Zylinder
- Zyl.3
- Dritter Zylinder
- Zyl.4
- Vierter Zylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0160701 A1 [0005]
- DE 102006023772 A1 [0011]
- DE 19604866 A1 [0011]
