DE10359087B3 - Variable Ventilsteuerungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Es ist hierbei für Ventile einer Brennkraftmaschine vorgesehen, daß der Schließvorgang verzögert ist, wobei eine Verzögerungseinrichtung zwischen den Ventilen und dem Kipphebel angeordnet ist, welche mittels Ventileinrichtungen entsprechend in der Schließphase der Ventile zuschaltbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilsteuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bekannt, bei der NOx Minderung für Diesel- und Gasmotoren das bekannte Verfahren nach Miller zur Abkühlung der Verbrennungstemperatur einzusetzen. Hierbei wird ein Kühleffekt durch ein sehr frühes Schließen der Einlaßventile erreicht. Eine anschließende Expansion der Gasmenge im Brennraum senkt die Frischgastemperatur und der Füllungsverlust des aufgeladenen Motors wird durch einen Turbolader mit einem erhöhten Ladedruck ausgeglichen.
  • Für transiente Motorzustände, bei denen der aufgeladene Motor in kurzer Zeit eine höhere Leistung/Drehmoment abgeben muß, ist das Ausschalten des Miller Effekts sehr hilfreich. Dies kann auf der einen Seite durch ein Verschieben des Einlaßnockenprofils durch Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle oder durch eine Verschiebung des Nockens auf der Nockenwelle oder durch eine Veränderung der Anlenkung Nocken/Ventil erreicht werden. In allen Fällen wird durch die Verschiebung des Nockenprofils eine Ventilüberschneidung und damit einen Spülung der Zylinder verringert.
  • Nach der DE 37 37 820 A1 ist es bereits bekannt ein in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung gesteuertes Einlaßventil auszubilden, wobei der Einlaßkanal mit einem Speicherraum verbunden ist, der von einem Lader gespeist wird und zwischen Speicher und Einlaßkanal ein Luftsteuerventil angeordnet ist, das sich in Abhängigkeit von der Zündfrequenz der zugeordneten Verbrennungsräume öffnet und schließt.
  • Hierbei ist vorgesehen, daß das Luftsteuerventil vor dem zugeordneten Einlaßventil schließbar ist und bei geöffnetem Einlaßventil unverdichtete Ladung in den Verbrennungsraum gesaugt wird, sobald der Druck im Verbrennungsraum den Außendruck unterschreitet.
  • Auch nach der SE 02 02 124 ist das Einlaßventil über eine Steueranordnung zusätzlich variabel steuerbar.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine variable Ventilsteuerung für Einlaß- oder Auslaßventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen, um eine Verringerung von Rußemissionen und eine Verbesserung einer Lastaufnahme eines Gas- oder Dieselmotors zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Hierdurch wird z. B. vermieden, daß ein frühes Schließen des Auslaßventils zu einem schlechten Spülen des Brennraumes führt und die Brenngase nach Abschluß der Verbrennung nicht vollständig ausgeschoben werden. Es hat sich gezeigt, daß ein verzögertes Schließen eine bessere Abgasrückführung mit einem höheren Anteil von Restgasen ermöglicht und damit die NOx-Emmission senkbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
  • Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch eine Einrichtung der Schließvorgang der Gaswechselventile entsprechend der Steuerung einer zuschaltbaren Ventileineinheit, wie beispielsweise durch eine Drossel oder durch ein getaktetes Magnet-Absperrventil, verzögerbar ist. Die Verzögerung des Schließvorgangs wird dadurch erreicht, daß ein Ventilkipphebel mit einer Verzögerungseinrichtung einerseits über eine Ventilbetätigungsbrücke und andererseits unmittelbar mit einer spielausgleichenden Teleskopeinrichtung an der Stoßstange verbunden ist und die Verzögerungseinrichtung zwei Flügelkammern im Kipphebel sowie einen darin schwenkbar gelagerten Flügel der mit einer ortsfesten Kipphebellagerung verbunden ist und die Schmieröl aufnehmenden Flügelkammern in der Einrichtung über ölführende Verbindungsleitungen mit Ventileinheiten beim Öffnungs- und Schließvorgang der Gaswechselventile verbunden sind.
  • Zur Erzielung des verzögerten Schließvorgangs der Gaswechselventile sind zwischen endseitigen Flügeln am Kipphebellagerbolzen und der entsprechenden Ausnehmungen am Kipphebel die Flügelkammern angeordnet, welche über eine Bohrung im Flügel mit einer vertikalen Bohrung im Kipphebelbock verbunden ist, in welcher endseitig eine Anstichbohrung einmündet, die über Leitungen mit den Ventileinheiten verbindbar sind. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Anstichbohrung in Abhängigkeit von der Ventilstellung der Gaswechselventile über eine Leitung entweder mit der einen Ventileinheit, bestehend aus einem Durchgangs- und Absperrventil, oder über eine weitere Leitung mit der weiteren Ventileinheit, bestehend aus einem Rückschlagventil und einer Drossel oder ein getaktetes Magnet-Absperrventil zu einem Schmierölanschluß verbindbar ist. Somit kann über die Ventileinheiten mit den entsprechend ausgestalteten Ventilen eine Steuerung der Gaswechselventile in Abhängigkeit von der Schließstellung und/oder der Öffnungsstellung erzielt werden.
  • So ist bei einem Schließvorgang der Gaswechselventile, das in den Flügelkammern eingeschlossene Schmieröl über die vertikale Bohrung im Kipphebelbock und die Anstichbohrung im Zylinderkopf sowie über eine Leitung bei geschlossenem Ventil in der Ventileinheit der Drossel oder einem getaktetem Magnet-Absperrventil in der weiteren Ventileinheit zuführbar, wobei die Einlaßventile eine Verzögerungsstellung einnehmen.
  • Damit die Teleskopeinrichtung ständig gegen das eine freie Ende des Kipphebels drücken kann, ist das Teleskopglied im hohlen Zylinderschaft der Stoßstange geführt und zwischen einem herausstehenden Kopf des Teleskopgliedes und einem äußeren Abstützring des Zylinderschaftes ist eine Druckfeder angeordnet. In einer Schließphase der Gaswechselventile bzw. in einer Nockenschließphase wird mit einer zeitlichen Verzögerung Schmieröl aus den Flügelkammern herausgepreßt, derart, daß die Federkräfte der Ventilfedern die Druckfeder der Teleskopeinrichtung überdrückend ausgebildet sind und die Auslaßventile einer Schließstellung zuführbar sind.
  • In einer nach der Schließphase der Gaswechselventile anschließenden Öffnungsphase der Gaswechselventile wird das Schmieröl über das Rückschlagventil, eine Leitung sowie über die Anstichbohrung und die axiale Bohrung der Ringkammer zugeleitet.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung der Gaswechselventile mit einer Ventilbetätigungsbrücke und einem Kipphebel mit Verzögerungseinrichtung sowie eine zuschaltbare Ventileinheit mit Drossel und Rückschlagventil,
  • 2 eine Darstellung gemäß 1 abweichend mit einer zuschaltbaren Ventileinheit aus getaktetem Magnet-Absperrventil und Rückschlagventil,
  • 3 ein Diagramm des Ventilhubs über den Kurbelwinkel gemäß 1 mit einer über die Drossel gesteuerten Verzögerung,
  • 4 ein Diagramm des Ventilhubs über den Kurbelwinkel gemäß 2 mit einer über das getaktete Magnet-Absperrventil gesteuerten Verzögerung.
  • Hierbei sind Einlaßventile 7 für eine Brennkraftmaschine im Zylinderkopf 10 geführt und mit ihrem Schaftende jeweils mit einer Ventilbetätigungsbrücke 4 verbunden, der zentrisch von einem Ende eines Kipphebels 2 beaufschlagbar ist. Ein weiteres Ende dieses Kipphebels 2 ist mit einer Stoßstange 1 unter Zwischenschaltung einer sogenannten Teleskopeinrichtung T verbunden. In dem Kipphebel 2 sowie im Zylinderkopf 10 ist gemeinsam eine Verzögerungseinrichtung E mit Schmieröl aufnehmenden Flügelkammern 8a, 8b integriert, welche über ölführende Leitungen 12, 11, 9, 19, 19a mit Ventileinheiten V und V1 in Verbindung steht.
  • Die Verzögerungseinrichtung E umfaßt die im Kipphebel 2 integrierten Flügelkammern 8a, 8b, einen Kipphebellagerbolzen 3 mit eindseitigen Flügeln 5a, 5b und einen stirnseitigen Deckel (nicht dargestellt), der den Kipphebel 2 axial führt und die Flügelkammern 8a, 8b abdichtet.
  • Die Flügelkammern 8a, 8b sind mit einer Bohrung 12 im Drehflügel 5a, 5b verbunden, die über eine Vertikalbohrung 11 im Kipphebelbock B und in die Anstichbohrung 9 im Zylinderkopf 10 einmündet, die über ölführende Leitungen 19, 19a mit dem Ventilblock V und/oder V1 verbindbar sind. Das Absperrventil 13 ermöglicht eine Absperr- und eine Durchgangsstellung und verbindet somit wahlweise einen T-Anschluß 17 mit einem Schmierölanschluß 14. Die weitere Ventileinheit VI weist die Drossel 15 oder ein getaktetes Magnet-Absperrventil 15a sowie ein Rückschlagventil 23 auf, die über einen T-Anschluß 18 an die Leitung 19 bzw. 19a und an die Anstichbohrung 9 angeschlossen sind.
  • Die Teleskopeinrichtung T besteht im Wesentlichen aus einem in der hohlen Stoßstange 1 geführten Teleskopglied 21 nach Art eines Stempels, das einen herausstehenden Kopf aufweist, der sich an einem Anschlag 24 der Stoßstange 1 in seiner eingefahrenen Stellung gemäß Darstellung abstützt. Zwischen diesem Kopf und einem äußeren Abstützring R der Stoßstange 1 ist eine Druckfeder 20 eingespannt, die das Teleskopglied 21 gegen den Kipphebel 2 zu drücken sucht.
  • Zum Öffnen der Einlaßventile 7 verdreht die über einen Ventilnocken und einen Rollenantrieb (nicht dargestellt) betätigte Stoßstange 1 den Kipphebel 2 um den Kipphebellagerbolzen 3 und schiebt die Ventilbetätigungsbrücke 4, geführt durch die Führungsstange 5 der Einrichtung E gegen die Ventilfederkräfte der Ventilfedern 6 und öffnet parallel die beiden Einlaßventile 7. Während die Schwenkbewegung des Kipphebels 2 um die Achse des Kipphebellagerbolzenz 3 erfolgt zwangsläufig eine Volumenzunahme in den Flügelkammern 8a, 8b wobei unter Druck stehendes Motorschmieröl über die Anstichbohrung 9 im Zylinderkopf 10, die Vertikalbohrung 11 im Kipphebellagerbock B und die Bohrung 12 im Flügel 5a, 5b ungedrosselt nachfließen kann, weil das Rückschlagventil 23 in Nachströmungsrichtung geöffnet ist. Die Ventilfederkräfte der Ventilfedern 6 halten eine kraftschlüssige Verbindung der Komponenten Ventile 7, Ventilbetätigungsbrücke 4, Kipphebel 2, Stoßstange 1, Rollenantrieb und Nocken.
  • Der Schließvorgang der Einlaßventile 7 wird eingeleitet, wenn sich der nicht näher dargestellte Rollenantrieb und die Stoßstange 1 entsprechend der nicht gezeigten Nockenkontur abwärts bewegt. Die Ventilbetätigungsbrücke 4 wird durch Federkräfte der Ventilfedern 6 aufwärts geschoben, wobei sich das Volumen in den Flügelkammern 8a, 8b des zwangsweise um die Achse des Kipphebellagerbolzens 3 schwenkenden Kipphebels 2 verringert und das in diesen Kammern befindliche Motorschmieröl über die Bohrung 12 und über die vertikale Bohrung 11 im Kipphebelblock B sowie die Anstichbohrung 9 im Zylinderkopf 10 ungedrosselt über das geöffnete Absperrventil 13 der Ventileinheit V zum Schmierölanschluß 14 entweichen kann.
  • Wenn dagegen das Absperrventil 13 der Ventileinheit V geschlossen ist, erfolgt während des Schließvorgangs der Einlaßventile 7 der Schmierölablauf aus den Flügelkammern 8a, 8b nicht mehr ungedrosselt über dieses Absperrventil 13, sondern über die Drossel 15 oder das getaktete Magnet-Absperrventil 15a in der Ventileinheit V1 im Drosselrückschlagventil 16, das einerseits über die T-Verbindung 17 an den Schmierölanschluß 14 und andererseits über die T-Verbindung 18 an die Verbindungsleitung 19 und die Anstichbohrung 9 angeschlossen ist. Durch die Federkräfte der Ventilfendern 6 wird die Ventilbetätigungsbrücke 4 nach oben geschoben und zwangsweise der Kipphebel 2 um die Achse des Kipphebellagerbolzenz 3 geschwenkt, wobei Schmieröl aus den Flügelkammern 8a, 8b gepreßt wird über die Bohrung 12 im Flügel 5a, 5b und die Vertikalbohrung 11 im Kipphebelbock B sowie über die Anstichbohrung 9 im Zylinderkopf 10 und wird dabei zwangsweise durch die Drossel 15 oder durch das getaktete Magnet-Absperrrventil 15a im Drosselrückschlagventil 16 der Ventileinheit V1 behindert, wobei die Schwenkbewegung des Kipphebels 2 und zwangsweise die Bewegung der Ventilbetätigungsbrücke 4 und damit ebenfalls der Schließvorgang der Einlaßventile 7 entsprechend des Drosselquerschnitts der Drossel 15 oder entsprechend der Absperrzeitspanne des getakteten Magnet-Absperrventils 15a verzögert wird.
  • Da jetzt keine kraftschlüssige Verbindung zu der durch die Nockenkurve abwärts gehende Stoßstange 1 besteht, ist das in die Stoßstange 1 integrierte mit einer Feder 20 belastete Teleskopglied 21 vorgesehen. Die gegenüber den Ventilfedern 6 deutlich schwächere Feder 20 gleicht während der verzögerten Einlaßventilschließphase das Spiel zwischen Kipphebel 2 und Stoßstange 1 aus, wobei sich das Teleskopglied 21 axial in der Stoßstangenführung 22 verschieben kann.
  • Während der Nockenschließphase gelangt zeitlich gestreckt über die Drossel 15 oder über das getaktete Magnet-Absperrventil 15a der Ventileinheit V1 Motorschmieröl aus den Flügelkammern 8a, 8b, so daß die Federkräfte der Ventilfedern 6 den eindeutigen Schließzustand der Einlaßventile 7 herstellen können und dabei das Teleskopglied 21 den Anschlag 24 der Stoßstangenführung 22 erreicht, bevor der nachfolgende Öffnungsvorgang der Ventile 7 eingeleitet wird. Bei dem Öffnungsvorgang der Einlaßventile 7 ist die Drossel 15 oder das getaktete Magnet-Absperrventil 15a unwirksam, da sich das Schmieröl ungedrosselt über das in Strömungsrichtung öffnende Rückschlagventil 23 über die Anstichbohrung 9 sowie über die vertikale Bohrung 11 im Kipphebelbock B und die Bohrung 12 im Drehflügel 5a, 5b in die Fügelkammern 8a, 8b begeben kann und damit der Ventilöffnungsvorgang der Hubkurve des Ventilnockens folgt. Die durch die Schwenkbewegung des Kipphebels 2 variablen Kammern 25a, 25b sind über Entlüftungsbohrungen 26a, 26b im Kipphebelbock B be- und entlüftet.

Claims (7)

  1. Variable Ventilsteuerungseinrichtung zum verzögerten Schließen von Einlaß- oder Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Diesel- und Gasmotoren, wobei die Ventilsteuerungseinrichtung eine über einen Ventilnocken und einen Rollenantrieb betätigte Stoßstange aufweist, die mit einem Kipphebel verbunden und um eine Drehachse verschwenkbar ist sowie mit einem Ende eine Ventilbetätigungsbrücke beaufschlagt, die mit ihren beiden freien Enden jeweils mit einem Ventilschaft eines Ventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (2) eine Verzögerungseinrichtung (E) umfaßt und unmittelbar mit einer spielausgleichenden Teleskopeinrichtung (T) der Stoßstange (1) verbunden ist und die Verzögerungseinrichtung (E) aus ortsfesten Flügeln (5a, 5b) am Kipphebellagerbolzen (3) besteht, die in Schmieröl aufnehmenden Flügelkammern (8a, 8b) des schwenkbaren Kipphebels (2) angeordnet sind, die wiederum über ölführende Verbindungsleitungen (12, 11, 9, 19, 19a) mit Ventileinheiten (V, V1) entweder beim Öffnungs- und Schließvorgang der Einlaßventile (7) oder der Auslaßventile oder nur beim Schließvorgang der Einlaßventile (7) oder der Auslaßventile verbunden sind.
  2. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelkammern (8a, 8b) über eine Bohrung (12) mit einer vertikalen Bohrung (11) im Kipphebelbock (B) verbunden sind, in die endseitig eine Anstichbohrung (9) einmündet, welche über zwei Leitungen (19, 19a) mit den Ventileinheiten (V, V1) verbindbar ist.
  3. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstichbohrung (9) in Abhängigkeit von der Ventilstellung der Ventile (7) entweder über die eine der beiden Leitungen (19) mit der Ventileinheit (V), bestehend aus einem Durchgangs- und Absperrventil (13), oder über die andere der beiden Leitungen (19a) mit der weiteren Ventileinheit (V1), bestehend aus einem Rückschlagventil (23) und einer Drossel (15), mit einem Schmierölanschluß (14) verbindbar ist.
  4. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstichbohrung (9) in Abhängigkeit von der Ventilstellung der Ventile (7) entweder über die eine der beiden Leitungen (19) mit der Ventileinheit (V), bestehend aus einem Durchgangs- und Absperrventil (13), oder über die andere der beiden Leitungen (19a) mit der weiteren Ventileinheit (V1), bestehend aus einem Rückschlagventil (23) und einem getakteten Magnet-Absperrventil (15a), mit einem Schmierölanschluß (14) verbindbar ist.
  5. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schließvorgang der Ventile (7), das in den Flügelkammern (8a, 8b) eingeschlossene Schmieröl über die Bohrungen (12, 11) und die Anstichbohrung (9) sowie über die andere der beiden Leitungen (19a) bei geschlossenem Ventil (13) in der Ventileinheit (V) der Drossel (15) oder dem getakteten Magnet-Absperrventil (15a) in der weiteren Ventileinheit (VI) zugeführt wird.
  6. Ventilsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Öffnungsvorgang der Ventile (7) das Schmieröl bei geschlossenem Durchgangs- oder Absperrventil (13) in der Ventileinheit (V) über das Rückschlagventil (23) der weiteren Ventileinheit (V1), die eine der beiden Leitungen (19), die Anstichbohrung (9) und die vertikale Bohrung (11) und die Bohrung (12) den Flügelkammern (8a, 8b) der Verzögerungseinrichtung (E) zugeleitet wird.
  7. Ventilsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Telekopeinrichtung ein federbelastetes Teleskopglied (21) umfaßt und das Teleskopglied (21) im hohlen Zylinderschaft der Stoßstange (1) geführt und zwischen einem herausstehenden Kopf des Teleskopgliedes (T) und einem äußeren Abstützring (R) des Zylinderschaftes eine Druckfeder (20) angeordnet ist.
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