DE102018126757A1

DE102018126757A1 - Ventiltrieb für mindestens ein Hubventil einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018126757A1
Application number: DE102018126757.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Müller; Peter Bogdanski
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Also published as: US20200132028A1; EP3643890A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für mindestens ein Hubventil einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Ventiltrieb. Der Ventiltrieb umfasst einen Ventilhebel (3) zur Betätigung des mindestens einen Hubventils (2); und eine Ventilhebelachse (4), auf welcher der Ventilhebel (3) schwenkbeweglich gelagert ist. Der Ventiltrieb zeichnet sich dadurch aus, dass in die Ventilhebelachse (4) ein Kraftstoffverteiler (10) zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff, d.h. ein Rail, integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für mindestens ein Hubventil einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Ventiltrieb.
Aus dem Stand der Technik sind sog. Common-Rail-Systeme bekannt, die auch als Speichereinspritzsysteme bezeichnet werden. Der Begriff Common-Rail bezieht sich hierbei auf einen Hochdruckverteiler für den Kraftstoff. Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind beim Common-Rail-System voneinander entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht in der Kraftstoffleitung permanent zur Verfügung. Hierzu wird der statisch komprimierte Kraftstoff in einem Verteilerrohr, dem sogenannten Rail, gespeichert und über Druckleitungen verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
Dieser Rail wird als separates Bauteil meist außen am Zylinderkopf befestigt. Hierfür wird somit entsprechender Bauraum benötigt. Insbesondere bei Antriebsaggregaten, wo nicht nur ein Rail, sondern ein zweiter oder mehrere vonnöten sind, stellt sich die Frage, wie diese möglichst platzsparend angeordnet werden können.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Rail bzw. einen verbesserten Kraftstoffverteiler zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Rails vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine weniger Bauraum beanspruchende Möglichkeit der Kraftstoffverteilung zu ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung werden die genannten Aufgaben dadurch gelöst, dass ein Kraftstoffverteiler zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff, hier auch als Rail der Kraftstoffversorgung bezeichnet, in eine Ventilhebelachse eines Ventiltriebs integriert wird.
Entsprechend wird ein Ventiltrieb für mindestens ein Hubventil, vorzugsweise zur Betätigung mindestens eines Ladungswechselventils einer Brennkraftmaschine, bereitgestellt, der einen Ventilhebel zur Betätigung des mindestens einen Hubventils und eine Ventilhebelachse, auf welcher der Ventilhebel schwenkbeweglich gelagert ist, umfasst. Erfindungsgemäß ist in die Ventilhebelachse ein Kraftstoffverteiler zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff integriert. Mit anderen Worten verläuft mindestens ein Kraftstoffverteiler zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff, d. h. mindestens ein Rail des Common-Rail-Systems, zumindest abschnittsweise innerhalb der Ventilhebelachse.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ventilhebelachse zur Ausbildung des Kraftstoffverteilers einen Hohlraum zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff aufweist, vorzugsweise einen sich axial erstreckenden Hohlraum. Dieser Hohlraum kann ein im Innern der Ventilhebelachse verlaufendes Druckrohr zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff aufweisen.
Die Achse des Ventiltriebs ist somit so ausgeführt, dass sie als Rail funktionieren kann. Dadurch erfüllt der Ventiltrieb eine Doppelfunktion, nämlich er dient zur Lagerung des Ventilhebels und dient als Kraftstoffverteiler, z. B. als Druckrohr, für ein Kraftstoffmedium. Oder anders ausgedrückt, wird ein Kraftstoffverteiler bereitgestellt, welcher gleichzeitig eine Lagerungsfunktion des Ventiltriebs übernimmt. Die Integration mehrerer Funktionen in ein solches Bauteil ist dadurch besonders platzsparend oder zumindest bauraumneutral, falls hiermit ein zusätzlicher Rail, z. B. ein zweiter Rail, vorgesehen werden soll. Hierdurch kann ein herkömmlicher Rail als separates Bauteil eingespart werden, was ferner eine Kostensenkung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil sind ferner die im Vergleich zu einem herkömmlichen Kraftstoffverteiler kürzeren Hochdruckleitungen zum Injektor, wenn der Kraftstoffverteiler direkt in die Ventilhebelachse integriert wird. Ein besonderer Vorzug hiervon ist, dass dadurch weniger Druckpulsation entsteht und weniger druckbelastetes Material vorliegt, wodurch die Kosten für diese Bauteile geringer werden. Die sich ergebene Anordnung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Druckleitungen als Gleichteile zu gestalten. Weiterhin sorgt die Erfindung für eine geringere Bauteilstückzahl und die Vermeidung der Durchführung durch den Ladeluftsammler bei bestimmten Antriebsaggregatkonfigurationen. Aufgrund der Gegebenheit, dass die meisten Kipphebelachsen einen deutlich größeren Außendurchmesser als gängige Rails haben, könnten kostenintensive Nachbehandlungen wie Autofrettage vermieden werden. Ist die Kipphebelachse als separate Achse gestaltet, ist eine Autofrettage jedoch weiterhin möglich.
Ferner kann der Kraftstoffverteiler Anschlüsse für Hochdruckleitungen aufweisen und/oder an mindestens eine Kraftstoff-Druckleitung angeschlossen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Kraftstoffverteiler Abzweiganschlüsse aufweisen, an welche jeweils eine mit einem Injektor der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung stehende Druckleitung anschließbar und/oder angeschlossen ist. Derartige Abzweiganschlüsse können beispielsweise als Abzweigbohrungen mit jeweils einem Dichtsitz ausgeführt sein, an die eine Abzweigleitung angeschlossen ist und/oder anschließbar ist.
Gemäß einer Ausführungsvariante können die Abzweiganschlüsse an einer Außenseite der Ventilhebelachse angeordnet sein. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, falls diese auf einer einem Injektor der Brennkraftmaschine zugewandten Seite der Ventilhebelachse angeordnet sind, um eine möglichst kurze Kraftstoffzuführung zu ermöglichen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Abzweiganschlüsse einen Einschweißstutzen umfassen, um diese sicher zu befestigen.
Der Ventilhebel kann als Kipphebel oder als Schlepphebel ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Ventilhebelachse eine Schmierölbohrung zur Aufnahme von Schmieröl aufweist. Die Ventilhebelachse kann somit sowohl eine Schmierölbohrung als auch den Kraftstoffverteiler aufweisen.
Gemäß einer möglichen Ausführung hiervon kann der Kraftstoffverteiler einen sich axial erstreckenden Abschnitt aufweisen und die Schmierölbohrung zumindest abschnittsweise in axialer Richtung der Ventilhebelachse verlaufen und vom Kraftstoffverteiler fluidisch getrennt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Dieselmotor, bereitgestellt, umfassend einen Ventiltrieb, wie in diesem Dokument beschrieben, d. h. mit integriertem Rail. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner eine Kraftstoffversorgungsanlage zum Zuführen von Kraftstoff zu Injektoren der Brennkraftmaschine, wobei ein Kraftstoffverteiler zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff der Kraftstoffanlage in die Ventilhebelachse des Ventiltriebs zumindest abschnittsweise integriert ist.
Hierbei kann der Injektor der Brennkraftmaschine als sog. Top-Feed-Injektor und / oder auch Side-Feed-Injektor ausgeführt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Ventilhebelachse und der darin integrierte Kraftstoffverteiler unter einer Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
Die Erfindung umfasst ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Ventiltrieb und/oder einer Brennkraftmaschine wie in diesem Dokument beschrieben.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Top-Feed-Injektoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine Schnittansicht der Ansicht aus 1.

Gleiche oder äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mi Top-Feed-Injektoren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Ventiltrieb 1 dient der Betätigung zweier Hubventile 2 eines Dieselmotors eines Nutzfahrzeugs. Hierzu weist der Ventilhebel 3 zur Betätigung der Hubventile 2 eine Ventilhebelachse 4, auf welcher der Ventilhebel 3 schwenkbeweglich gelagert ist. Der Ventilhebel ist hier beispielhaft als Kipphebel ausgeführt. Eine Ausführung als Schlepphebel ist jedoch ebenfalls möglich.
in die Ventilhebelachse 4 ist ein Rail bzw. ein Kraftstoffverteiler 10 zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff integriert. Dies ist in dem Querschnitt der 2 gut erkennbar. Die Ventilhebelachse 4 weist hierzu zur Ausbildung des Kraftstoffverteilers 10 einen sich axial erstreckenden Hohlraum 11 zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff auf. Dieser Hohlraum bildet ein im Innern der Ventilhebelachse verlaufendes Druckrohr zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff auf. Ferner weist der Kraftstoffverteiler 10 Anschlüsse 13 für Hochdruckleitungen auf und ist an eine Kraftstoff-Druckleitung angeschlossen.
Zur Versorgung der Top-Feed-Injektoren 5 weist der Kraftstoffverteiler Abzweiganschlüsse 13 auf, die beispielsweise durch Bohrungen eingebracht sein können, die zur Abdichtung jeweils eine Dichtsitz aufweisen. An diese Abzweiganschlüsse 13 ist jeweils eine mit einem Injektor 5 der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung stehende Druckleitung 15 angeschlossen. Die Druckleitung ist am Kraftstoffleitungsanschluss 16 an den Injektor angeschlossen.
Damit die Druckleitungen 15 möglichst kurz sind, wodurch Kraftstoffpulsationen verhindert oder zumindest reduziert werden können und Bauraum eingespart werden kann, sind die Abzweiganschlüsse 13 an einer Außenseite 7 der Ventilhebelachse angeordnet, und zwar auf einer den Injektoren 5 der Brennkraftmaschine zugewandten Seite der Ventilhebelachse. Die Abzweiganschlüsse 13 umfassen ferner einen Einschweißstutzen 14.
Wie in 2 ferner erkennbar ist, weist die die Ventilhebelachse zusätzlich eine Schmierölbohrung 6 zur Aufnahme von Schmieröl auf. Hierbei weisen der Kraftstoffverteiler 10 und die Schmierölbohrung 6 jeweils einen sich axial erstreckenden Abschnitt aufweist, wobei die Schmierölbohrung 6 und der Kraftstoffverteiler 10 in Radialrichtung des Ventilhebels versetzt zueinander angeordnet sind und miteinander nicht in Fluidverbindung stehen.
Der so in die Ventilhebelachse integrierte Kraftstoffverteiler 10 kann vorteilhafterweise auch unter einer Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
Zusammengefasst wird somit ein Ventiltrieb bereitgestellt, dessen Ventilhebelachse so ausgeführt ist, dass sie als Rail funktionieren kann. Dadurch erfüllt der Ventiltrieb eine Doppelfunktion, nämlich er dient zur Lagerung der Ventilhebels und dient als Kraftstoffverteiler, z. B. als Druckrohr für ein Kraftstoffmedium. Die Integration mehrerer Funktionen in einen Ventiltrieb ermöglicht dadurch eine besonders bauraumeffiziente Anordnung von Ventiltrieb und Komponenten des Common-Rail-System.
Ein herkömmlicher Rail als separates Bauteil kann eingespart werden. Es wird nochmals betont, dass ein weiterer Vorteil ferner die im Vergleich zu einem herkömmlichen Kraftstoffverteiler kürzeren Hochdruckleitungen zum Injektor sind, da der Kraftstoffverteiler näher an den Injektoren verläuft. Dadurch entstehen weniger Druckpulsationen und das Material ist weniger druckbelastet, wodurch die Kosten für diese Bauteile geringer werden. Aufgrund der Gegebenheit, dass die meisten Kipphebelachsen einen deutlich größeren Außendurchmesser als gängige Rails haben, könnten kostenintensive Nachbehandlungen wie Autofrettage vermieden werden. Ist die Kipphebelachse als separate Achse gestaltet, ist eine Autofrettage jedoch weiterhin möglich.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Hubventil, z. B. Ladungswechselventil
3: Ventilhebel, z. B. Kipphebel
4: Ventilhebelachse
5: Top-Feed-Injektor
6: Schmierölbohrung
7: Außenseite der Ventilhebelachse
10: Kraftstoffverteiler
11: Axial erstreckender Hohlraum des Kraftstoffverteilers
12: Abzweigleitung
13: Abzweiganschluss
14: Einschweißstutzen
15: Kraftstoffleitung
16: Kraftstoffleitungsanschluss

Claims

Ventiltrieb (1) für mindestens ein Hubventil (2), vorzugsweise zur Betätigung mindestens eines Ladungswechselventils einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Ventilhebel (3) zur Betätigung des mindestens einen Hubventils (2); eine Ventilhebelachse (4), auf welcher der Ventilhebel (3) schwenkbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ventilhebelachse (4) ein Kraftstoffverteiler (10) zur Aufnahme von unter Druck stehenden Kraftstoff integriert ist.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhebelachse (4) zur Ausbildung des Kraftstoffverteilers (10) a) einen Hohlraum (11) zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff aufweist, vorzugsweise einen sich axial erstreckenden Hohlraum (11); und/ b) ein im Innern der Ventilhebelachse verlaufendes Druckrohr zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff aufweist.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffverteiler (10) Anschlüsse (13) für Hochdruckleitungen aufweist und/oder an mindestens eine Kraftstoff-Druckleitung (15) angeschlossen ist.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffverteiler Abzweiganschlüsse (13), beispielsweise Abzweigbohrungen mit jeweils einem Dichtsitz, aufweist, an welche jeweils eine mit einem Injektor der Brennkraftmaschine in Fluidverbindung stehende Druckleitung (15) anschließbar und/oder angeschlossen ist.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweiganschlüsse (13) an einer Außenseite (7) der Ventilhebelachse angeordnet sind, vorzugsweise auf einer einem Injektor der Brennkraftmaschine zugewandten Seite der Ventilhebelachse.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweiganschlüsse (13) einen Einschweißstutzen (14) umfassen.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhebel ein Kipphebel (3) oder ein Schlepphebel ist.
Ventiltrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhebelachse eine Schmierölbohrung (6) zur Aufnahme von Schmieröl aufweist.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffverteiler (10) einen sich axial erstreckenden Abschnitt (11) aufweist und die Schmierölbohrung (6) zumindest abschnittsweise in axialer Richtung der Ventilhebelachse verläuft und vom Kraftstoffverteiler (10) fluidisch getrennt ist.
Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, umfassend einen Ventiltrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und eine Kraftstoffversorgungsanlage zum Zuführen von Kraftstoff zu Injektoren der Brennkraftmaschine, wobei ein Kraftstoffverteiler (10) zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff der Kraftstoffanlage in die Ventilhebelachse des Ventiltriebs zumindest abschnittsweise integriert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, wobei der Injektor (5) als sog. Top-Feed-Injektor und / oder Side-Feed-Injektor ausgeführt ist und/oder die Ventilhebelachse (2) und der darin integrierte Kraftstoffverteiler (10) unter einer Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, wie beispielsweise ein Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Ventiltrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/ oder einer Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 10 oder 11.