DE19624785A1

DE19624785A1 - Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen

Info

Publication number: DE19624785A1
Application number: DE1996124785
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Woehlert
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen ist aus Bussien, Automobiltechnisches Handbuch, 18. Auflage, Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin, 1965, Seite 145 bekannt.

Derartige Hubkolbenmaschinen mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen werden insbesondere bei Kolbenverdichtern und bei Verbrennungsmotoren verwen det, wobei es sich um Motoren handeln kann, die nach dem Zweitakt- oder Viertakt verfahren arbeiten. Zur Erleichterung des Gaswechsels sind mehr als zwei Ventile je Zylinder eingebaut. Dabei werden diese Ein- bzw. Auslaßventile mit Nocken mit den gleichen Hubkurven und Steuerzeiten geöffnet und geschlossen.

Dadurch sind die Steuerzeiten und der Zeitquerschnitt durch mechanische Parame ter wie Pressungen zwischen Ventilstößel und Nocken, Federkräfte, Abstand zwi schen Ventil und Kolben usw. bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine optimale Abstimmung der Gaswechselvorgänge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfin dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Überlagerung der individuell vorgegebenen Hubkurven der einzelnen Ventile die Steuerzeiten und Zeitquerschnitte optimal an die Erfordernisse des Gaswechselvor ganges abgestimmt werden. Hierdurch wird während der Öffnungszeiten der Ventile bzw. der Ein- oder Auslaßkanäle die Querschnittsfläche für den Transport des Ar beitsmediums unter Beachtung der optimalen Gasgeschwindigkeiten und Gasbewe gungen im Ein- oder Auslaßkanal bei gleichzeitiger Minimierung der Gaswechselver luste und Vermeidung von Wirbelbildung maximiert.

Alternativ kann ein definierter Drall im Verdichtungsraum erzeugt werden. Durch geeignete Wahl des Zeitquerschnitts ist es möglich, den Schallpegel am Abgasaus tritt zu vermindern.

Mit der versetzten Anordnung der Nocken ist ebenfalls ein Einfluß auf die Dynamik des Nockenwellenantriebes verbunden. Vorteilhaft lassen sich Drehmomentspitzen hiermit abbauen.

Die Erfindung kann universell für Zwei- und Viertaktmaschinen, für unterschiedliche Arbeitsmedien und für Arbeitsverfahren nach Otto, Diesel oder ähnlichen Prozessen Verwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch den Zylinderkopf einer Hubkolbenma schine,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Stirnseite des Zylinderkopfs,

Fig. 3 beispielhafte Hubkurven der Nocken und des hieraus resultierenden Zeitquerschnitts des Ein- oder Auslaßkanals.

In Fig. 1 ist ein seitlicher Schnitt durch den Zylinderkopf 1 einer Hubkolbenmaschine 2 dargestellt. Es sind zwei gleiche Ventile 3, 4 (zwei Einlaßventile oder zwei Auslaß ventile) zu erkennen, deren Ventilstößel 5, 6 von einzelnen Nocken 9, 10 einer Nocken welle 11 betätigt werden. Zwischen Zylinderkopf 1 und Ventilstößel 5, 6 ge spannte Ventilfeder 7, 8 pressen die Ventilstößel 5, 6 gegen die Nocken 9, 10. Durch unterschiedliche Stellungen der Nocken 9, 10 zueinander auf der Nockenwel le 11 und/oder durch unterschiedliche Hubkurven (Nockenformen) wird der Zeit querschnitt vorgegeben, d. h. der Durchflußquerschnitt zwischen einem Ein- oder Auslaßkanal 12 und einem Verdichtungsraum 13 der Hubkolbenmaschine 2 (bei spielsweise dem Verbrennungsraum eines Otto-Motors), welcher in Abhängigkeit der Zeit für den Gaswechsel zur Verfügung steht.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Stirnseite des Zylinderkopfs gezeigt. Die entspre chende Schnittebene A-A ist in Fig. 1 gezeichnet. Es sind die beiden seitlich ge geneinander versetzten Nocken 9, 10 der Nockenwelle 11 und das Ventil 3 mit Ven tilstößel 5 und Ventilfeder 7 zu erkennen. Die Nocken 9, 10 weisen sowohl eine un terschiedliche Stellung zueinander als auch unterschiedliche Hubkurven (Ventilhub) auf.

In Fig. 3 sind beispielhafte Hubkurven der Nocken und des hieraus resultierenden Zeitquerschnitt des Ein- oder Auslaßkanals dargestellt. Im oberen Bildabschnitt ist die Hubkurve HK9 des Nockens 9 gezeigt. Der Nocken 9 ist zwischen den Zeitpunk ten t1 und t5 geöffnet und erreicht seinen maximalen Ventilhub zum Zeitpunkt t3. Im mittleren Bildabschnitt ist die Hubkurve HK10 des Nockens 10 zu erkennen. Der Nocken 10 ist zwischen den Zeitpunkten t2 und t6 geöffnet, d. h. er öffnet und schließt zu späteren Zeitpunkten als der Nocken 9. Der maximale Ventilhub wird zum Zeitpunkt t4 erreicht. Die Ventilöffnungszeit zwischen t2 und t6 ist länger als die Ventilöffnungszeit zwischen t1 und t5 des Nockens 9. Die Hubkurve HK10 ist flacher als die Hubkurve HK9. Aus den unterschiedlichen Hubkurven HK9, HK10 ergeben sich unterschiedliche Zeitquerschnitte der Ventile, d. h. unterschiedliche Ventilöffnungsquerschnitte pro Zeiteinheit.

Der untere Bildabschnitt zeigt den Zeitquerschnitt ZQ des Ein- oder Auslaßkanals, der sich zwischen den Zeitpunkten t1 und t6 durch Überlagerung der unterschiedli chen Ventilöffnungsquerschnitte ergibt, welche aus den Hubkurven HK9, HK10 re sultieren.

Wie bereits erwähnt, sind die Hubkurven HK9, HK10 lediglich beispielhaft und es sind zahlreiche individuelle Hubkurven realisierbar, um durch den daraus sich erge benden Zeitquerschnitt die Gaswechselvorgänge zwischen Ein- oder Auslaßkanal und Verdichtungsraum optimal zu steuern.

Im vorstehenden Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Nockenwelle zur Betätigung der Ventile vorgesehen. Es ist alternativ auch möglich, die Ventile 3, 4 mittels ver schiedener Nockenwellen zu betätigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Stellungen der Nocken 9, 10 zueinander im Betrieb in Abhängigkeit von geeigneten Parametern geändert. Derar tige Parameter können beispielsweise in Abhängigkeit der gewünschten Leistungs- bzw. Drehmomentcharakteristik, der Reibleistung, des Verschleißes, der Kompressi onsverluste, des Kraftstoffverbrauchs, der Geräuschbildung oder des Abgasverhal tens definiert und vorgegeben werden.

Claims

1. Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen, welche über Ventilstößel von Nocken mindestens einer Nockenwelle gesteuert wer den, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Ein- oder Auslaßventile (3, 4) durch unterschiedliche Stellungen der Nocken (9, 10) zueinander und/oder durch unterschiedliche, individuell vorgegebene Hubkurven mit unterschiedlichen Zeit querschnitten betreibbar sind.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Ein- oder Auslaßventile (3, 4) mit unterschiedlichen Zeitquerschnit ten von der gleichen Nockenwelle (11) betätigbar sind.

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Stellungen der Nocken (9, 10) zueinander im Betrieb in Abhängigkeit von geeigneten Parametern änderbar sind. Zusammenfassung

Es wird eine Hubkolbenmaschine mit mindestens je zwei Ein- oder Auslaßventilen vorgeschlagen, welche über Ventilstößel von Nocken mindestens einer Nockenwelle gesteuert werden, wobei die mindestens zwei Ein- oder Auslaßventile (3, 4) durch unterschiedliche Stellungen der Nocken (9, 10) zueinander und/oder durch unter schiedliche, individuell vorgegebene Hubkurven mit unterschiedlichen Zeitquer schnitten betreibbar sind.