DE19511880A1 - Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechsel-Ventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechsel-Ventilen einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zeigt der japanische Patentabstract 3-185207 A, wo­ bei zwei Einlaßventile über eine kombinierte elekromagnetische Stelleinheit mit zwei beweglichen Stellankern unmittelbar betätigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Mehrventilmotoren geeignete Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die bei verringertem baulichen Aufwand ausreichend große Ventilhübe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Es wird also vorgeschlagen, die Ventile - z. B. zwei oder drei Einlaßventile - unter Zwischenschaltung zumindest eines schwenkbar gelagerten Ventilbetäti­ gungselementes mit einem Hubübersetzungsverhältnis i < 1 mittels einer einzi­ gen, einfachen Stelleinheit zu betätigen.

Es hat sich gezeigt, daß unter Berücksichtigung des knappen Einbauraumes insbesondere bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer einfachen Stelleinheit mit nur einem Stellanker großen Volumens höhere Leistungen steuerbar sind als mit zwei oder drei entsprechend kleineren Stelleinheiten. Ferner kann durch die Hebelübersetzung ein ausreichender Ventilhub bei hin­ sichtlich der Einbauhöhe noch günstigen Stelleinheiten verwirklicht werden. Zu­ dem ist die Summe der bewegten Massen deutlich kleiner als bei einer Kon­ stuktion, bei der je Ventil eine Stelleinheit verwendet ist; dies ist auch dadurch begründet, daß die Stelleinheitsmasse nicht direkt auf die Gaswechselventile wirkt, sondern zum Schwenkpunkt des Ventilbetätigungselementes hin orientiert ist. Schließlich können bei der vorgeschlagenen Lösung die Federkräfte der einzelnen am System schwingenden Federn auslegungsmäßig verteilt werden, so daß die Stelleinheit sehr kompakt ausgelegt werden kann.

Bevorzugt wird in Weiterbildung der Erfindung ein einziges, einstückiges Ven­ tilbetätigungselement je zu betätigender Ventilgruppe vorgeschlagen, wobei dieses Ventilbetätigungselement ein Schlepphebel sein kann, der zudem mit hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen als Lagerböcke zusammenwirkt. Dies ergibt eine baulich einfache und funktionell zuverlässige Konstruktion, bei der die Ausgleichselemente vorteilhaft eine ruhende Masse bilden.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind nur die Einlaßventile elek­ tromagnetisch und damit absolut variabel betätigbar, während die Auslaßventile mechanisch über eine herkömmliche Nockensteuerung gesteuert sind und damit starr oder mittels eines herkömmlichen Phasenwandlers begrenzt varia­ bel steuerbar sind. Dabei ist berücksichtigt daß für die Steuerung der Auslaß­ ventile höhere Leistungen erforderlich sind (öffnen der Ventile gegen noch vor­ handenem Innendruck im Zylinder) und daß über die Verstellung der Einlaß­ ventile ein weit höherer Einfluß auf das Drehmoment und die Leistung der Brennkraftmaschine sowie auf deren günstiges Abgasverhalten erzielbar sind.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelhei­ ten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2 durch einen Zylinder­ kopf einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Auslaß- und zwei Einlaßventilen;

Fig. 2 eine Ansicht X des Zylinderkopfes nach Fig. 1 bei entfernter Zylinder­ kopf; und

Fig. 3 einen weiteren Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2 durch die elek­ tromagnetische Stelleinheit für die Auslaßventile.

Der in den Figuren dargestellte Zylinderkopf 10 einer wassergekühlten mehrzy­ lindrigen Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei Einlaß­ ventile 12 und zwei Auslaßventile 14 als Gaswechselventile auf, die korre­ spondierende Einlaßkanäle 16 bzw. Auslaßkanäle 18 steuern.

Die in Ventilführungen 20 geführten Auslaßventile 14 werden über eine drehbar in Nockenwellenlagern 26 aufgenommene Nockenwelle 22 mit Nocken 24 betä­ tigt, wobei die Nocken 24 an ebenfalls verschiebbar gelagerten Tassenstößeln 28 anlaufen und die Auslaßventile 14 gegen die Kraft von Ventilfedern 30 öff­ nen. Die so beschriebene, mechanische Ventilsteuerung der Auslaßventile 14 ist mit ihren gleitenden Teilen an das Schmiersystem der Brennkraftmaschine (z. B. Kanal 32) angeschlossen und mittels eines Ventildeckels 34 nach außen abgedichtet.

Die ebenfalls in Führungen 20 verschiebbar geführten Einlaßventile 12 werden durch eine erste Ventilfeder 36 in Schließstellung gehalten und mittels einer noch zu beschreibenden elektromagnetischen Stelleinheit 38 betätigt, wobei der Stößel 40 der elektromagnetischen Stelleinheit 38 auf einen einstückigen Schlepphebel 42 als Ventilbetätigungselement wirkt.

Der Schlepphebel 42 besteht aus zwei Hebelarmen 44, 46 (vgl. Fig. 2), die durch zwei angeformte Brückenglieder 48, 50 miteinander verbunden sind. Da­ bei sind in dem einen Brückenglied 48 zwei sphärische Lagerflächen 52 einge­ arbeitet, mittels denen der Schlepphebel 42 auf zwei hydraulischen Ventilspiel- Ausgleichselementen 54 mit sich automatisch in der Höhe einstellenden Kugel­ köpfen 56 schwenkbar gelagert ist.

Der Stößel 40 der Stelleinheit 38 greift symetrisch zwischen den beiden Hebel­ armen 44, 46 an einer konvex gekrümmten Anlauffläche 58 (vgl. Fig. 3) des an­ deren Brückengliedes 50 an. Die Berührungslinie 60 (vgl. wieder Fig. 1) liegt dabei zwischen der Schwenkachse 62 und den Angriffspunkten 64 der Hebel­ arme 44, 46 an den Ventilschäften der Einlaßventile 12, woraus sich ein Über­ setzungsverhältnis i < 1 von Stößelhub zu Ventilhub ergibt bzw. der Ventilhub größer als der Stößelhub ist.

Die hydraulischen Ausgleichselemente 54 sind wie die Führungsbüchsen 66 für den Stößel 40 (vgl. Fig. 3) an das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen (z. B. Kanäle 78, 80). Hingegen ist das Gehäuse 68 der elektro­ magnetischen Stelleinheit 38 dicht auf dem die Ventilbetätigung enthaltenden Zylinderkopfabschnitt mittels Schrauben 70 befestigt und beinhaltet den mit dem Stößel 40 verbundenen Stellanker 72, der zwischen zwei elektrischen Wicklungen mit Magnetkernen 74, 76 zur Öffnungssteuerung der Einlaßventile 14 angeordnet ist, wobei zwei Schwingfedern 82, 84 in Verbindung mit den Ventilfedern 36 der Einlaßventile 12 das entsprechend auszulegende Federsy­ stem bilden.

Zur Kühlung der elektromagnetischen Stelleinheiten 38 ist eine ein Kühlmedium zuführende Leitung 86 vorgesehen, die in Verbindung mit einer am Gehäuse 68 der Stelleinheit 38 vorgesehenen Ringkammer 88 und einer Rückführleitung 92 eine termische Überbelastung der Stelleinheiten 38 ausschließt. Ferner sind nicht dargestellte elektrische Leitungen vorgesehen, die zur Steuerung und zur Stromversorgung der Stelleinheiten 38 dienen. Die beschriebenen Leitungen und die Stelleinheiten 38 sind zur Vermeidung von Beschädigungen und zur Verminderung von Geräuschabstrahlungen innerhalb einer gemeinsamen Zy­ linderkopfhaube 90 angeordnet.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechsel-Ventilen einer Hubkolben- Brennkraftmaschine, mit je Zylinder mehreren in einem Zylinderkopf ange­ ordneten Einlaß- und/oder Auslaßventilen, die von einer elektromagneti­ schen Stelleinheit betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (12) unter Zwischenschaltung zumindest eines schwenkbar gelagerten Ventilbetätigungselementes (42) mit einem Hubübersetzungsverhältnis i < 1 mittels einer einzigen Stelleinheit (38) betätigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstücki­ ges Ventilbetätigungselement (42) alle Einlaß- oder Auslaßventile je Zylin­ der der Brennkraftmaschine beaufschlagt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennezeichnet, daß das Ventilbetätigungselement (42) mit zumindest einem hydraulischen Ven­ tilspiel-Ausgleichselement (54) zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungselement ein Schlepphebel (42) ist, der auf zwei im Zylin­ derkopf (10) angeordneten Ventilspiel-Ausgleichselementen (54) sphärisch gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektromagnetische Stelleinheit (38) im wesentlichen symetrisch oberhalb der Ventile (12) und innerhalb einer gemeinsamen Zy­ linderkopfhaube (90) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein im Gehäuse (68) der Stelleinheit (38) linear geführter Stößel (40), der mit dem Stellanker (72) der Stelleinheit (38) zusammen­ wirkt, eine gekrümmte Anlauffläche (58) des Ventilbetätigungselementes (42) beaufschlagt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (12) elektromagnetisch und die Auslaßventile (14) mechanisch über eine herkömmliche Nockensteue­ rung (22, 24) betätigt sind.