DE19819401C1

DE19819401C1 - Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechselventilen

Info

Publication number: DE19819401C1
Application number: DE19819401A
Authority: DE
Inventors: Alexander Von Gaisberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Patentportfolio 2 S A R L Lu
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2018-05-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechselventilen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in Reihenbauweise mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder und einem oder mehreren Auslaßventilen je Zylinder, die von elektromagnetischen Aktuatoren über Hebel betätigt werden, die sich mit einem Ende gelenkig an einem Gehäuseteil abstützen. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß mindestens jedem Einlaßventil ein Aktuator zugeordnet ist und benachbarte Aktuatoren einer Seite der Zylinderreihe quer zur Längsrichtung der Zylinderreihe versetzt zueinander angeorndet sind, wenn zwei oder mehr Gaswechselventile je Zylinder auf der Seite der Zylinderreihe vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen von Gas wechselventilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In der folgenden Beschreibung wird nur auf gattungsmäßige Brennkraftmaschinen bezug genommen. Bei diesen wird der La dungswechsel im Zylinder durch Gaswechselventile gesteuert, nämlich Einlaßventile und Auslaßventile. Es ist bekannt, die Gaswechselventile durch elektromagnetische Aktuatoren zu öffnen und zuschließen. Die Öffnungszeitpunkte und Schließzeitpunkte und damit die Öffnungsintervalle der einzelnen Gaswechselventi le können dadurch unabhängig voneinander eingestellt und ge zielt an gewünschte Anforderungen angepaßt werden. Insbesondere können die Füllung und/oder das Mischungsverhältnis der Zylin derladung durch Veränderung der Öffnungszeitpunkte und/oder der Schließzeitpunkte für bestimmte Betriebsbereiche variabel ge steuert werden, beispielsweise indem im Teillastbereich die Einlaßventile vollständig, jedoch nur kurze Zeit geöffnet und/oder durch vorzeitiges Schließen der Auslaßventile Abgase im Zylinder zurückbehalten werden.

Um den Ladungswechsel im Zylinder möglichst variabel steuern zu können, ist es zweckmäßig, jedes Gaswechselventil, zumindest aber die Einlaßventile getrennt voneinander ansteuern zu kön nen. Bei Brennkraftmaschinen mit einer Quantitätsregelung kann dann auf eine Drosselklappe verzichtet und die damit im Teil lastberech auftretenden Drosselverluste können verringert werden, wo durch der Kraftstoffverbrauch sinkt. Aber auch bei Brennkraft maschinen mit einer Qualitätsregelung ist es günstig, die Gas wechselventile schnell vollständig zu öffnen, um die Ladungs wechselverluste gering zu halten.

Um die Gaswechselventile bei kurzen Öffnungsintervallen mög lichst lange vollständig geöffnet zu halten, sind hohe Öff nungs- und Schließgeschwindigkeiten mit entsprechend großen Stellkräften erforderlich. Allerdings ist der Bauraum begrenzt, um entsprechend große Aktuatoren mit deren Magnetspulen und dem Anker unterzubringen. Dies bereitet insbesondere Schwierigkei ten, wenn mehrere Gaswechselventile je Zylinder vorgesehen sind, um möglichst große Gaswechselquerschnitte und kleine Drosselverluste zu erreichen. Die Gaswechselquerschnitte werden durch den Umfang der Sitze der Einlaß- bzw. Auslaßventile eines Zylinders und den Öffnungshub bestimmt. Da der Umfang des Ven tilsitzes linear, die Fläche aber quadratisch mit dem Durchmes ser zunimmt, ist das Verhältnis von Ventilfläche zum Umfang bei mehreren Ventilen mit einem kleineren Durchmesser günstiger als bei einem Ventil mit einem entsprechend größeren Umfang. Hinzu kommt, daß die Masse der Ventile in erster Näherung proportio nal der Flächen ist und somit die für die Betätigungskräfte mitbestimmenden Massenkräfte bei einem großen Ventil ungünsti ger sind als bei mehreren kleinen. Das Problem ist allerdings, mehrere Aktuatoren nebeneinander in einem begrenzten Bauraum unterzubringen.

Aus der EP 0796 981 A1 ist ein Aktuatorgehäuse bekannt, dessen Außenwände in Längsrichtung des Zylinderkopfs kreiszylindrische Segmente aufweisen und dessen Außenwände quer zur Längsrichtung eben ausgebildet sind. Durch die ebenen Außenwände können die Aktuatoren nahe in Längsrichtung nebeneinander angeordnet wer den.

Ferner ist aus der DE 195 11 880 A1 eine Vorrichtung zum Betä tigen von Gaswechselventilen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der ein elektromagnetischer Aktuator mehrere Ein laß- oder Auslaßventile über Hebel betätigt, die sich einer seits über ein Stützelement am Gehäuse und andererseits am Gas wechselventil abstützen. Dabei ist die Hebelübersetzung größer als eins, so daß der Hub des Aktuators entsprechend vergrößert ist und ein vergrößerter Öffnungsquerschnitt des Gaswechselventils erreicht wird. Gleichzeitig wird der Vorteil ausgenutzt, daß mit einem Aktuator großen Volumens höhere Leistungen steuerbar sind als mit zwei oder drei entsprechend kleineren Aktuatoren. Zudem ist die Summe der bewegten Massen deutlich kleiner als bei einer Konstruktion, bei der je Ventil eine Stelleinheit verwendet wird. Dies ist auch dadurch begründet, daß die Stel leinheitsmasse nicht direkt auf die Gaswechselventile wirkt, sondern sich teilweise am Gehäuse abstützt. Schließlich kann als Stützelement eine Ventilspielausgleichsvorrichtung verwen det werden, wobei die Ausgleichselemente vorteilhaft eine ru hende Masse bilden. Allerdings sind bei dieser bekannten Kon zeption die Gaswechselventile nicht getrennt ansteuerbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrere Gaswechsel ventile eines Zylinders mittels großer elektromagnetischer Ak tuatoren einzeln zu betätigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestal tungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist mindestens jedem Einlaßventil ein Aktua tor zugeordnet, wobei benachbarte Aktuatoren einer Seite der Zylinderreihe quer zur Längsrichtung der Zylinderreihe versetzt zueinander angeordnet sind, wenn zwei oder mehr Gaswechselven tile je Zylinder auf dieser einen Seite der Zylinderreihe vorgesehen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Aktuatoren ist es mög lich, trotz der Zuordnung eines Aktuators zu jedem Gaswechsel ventil große Aktuatoren zu verwenden, da die Aktuatoren über die Hebel versetzt zu den Längsachsen der Gaswechselventile an geordnet werden können und somit die freien Bauräume zwischen den Zylindern und sogar im Bereich benachbarter Zylinder opti mal nutzen können, indem sie versetzt zueinander und verschach telt angeordnet sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht von Gaswechselven tilen mit elektromagnetischen Aktuatoren und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von oben von Gaswechsel ventilen mit elektromagnetischen Aktuatoren.

Zwei Zylinder 1 und 2 bilden einen Teil einer Zylinderreihe, deren Längsrichtung mit 18 gekennzeichnet ist. Der Ladungswech sel zu den Zylindern wird durch Gaswechselventile 4, 5 gesteu ert, nämlich durch Einlaßventile 4 und Auslaßventile 5. Die Gaswechselventile 4, 5 sind mittels Ventilführungen 6 in einem nicht näher dargestellten Zylinderkopf einer Hubkolbenbrenn kraftmaschine, der die Zylinder 1 und 2 abdeckt, axial verschiebbar geführt. Den Gaswechselventilen 4, 5 sind getrennte, elektromagnetische Aktuatoren 7 bis 14 zugeordnet, die über Hebel 15 auf Federteller 17 oder Ventilschäfte der Gaswechselventile 4, 5 wirken. Die Hebel 15 stützen sich an ihrem anderen Ende über Stützelemente 15 am Gehäuse ab. Die Stützelemente 16 kön nen von Ventilspielausgleichselementen gebildet werden, die so mit zu den ruhenden Massen zu zählen sind. Zentrisch zwischen den Gaswechselventilen 4, 5 sind Zündhilfen in Form von Zünd kerzen 19 angeordnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Aktuatoren 7, 8, 9, 10 bzw. die Aktuatoren 11, 12, 13, 14 einer Seite der aus den Zylindern 1 und 2 bestehenden Zylinderrei he, quer zur Längsrichtung 18 versetzt zu den benachbarten Aktuatoren angeordnet. Somit ragen die Projektionen der Aktua toren 12, 9 in den Zwischenraum zwischen den Zylindern 1, 2, ja sogar bis in den Bauraum des benachbarten Zylinders 2 bzw. 1. Somit können große Aktuatoren 11, 12, 13, 14 bei opti maler Ausnutzung des vorgegebenen Bauraums verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Betätigen von Gaswechselventilen einer Hub kolbenbrennkraftmaschine in Reihenbauweise mit mehreren Einlaß ventilen (4) je Zylinder (1, 2) und einem oder mehreren Auslaß ventilen (5) je Zylinder (1, 2), die von elektromagnetischen Aktuatoren (7 bis 14) über Hebel (15) betätigt werden, die sich mit einem Ende gelenkig (16) an einem Gehäuseteil abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens jedem Einlaßventil (4) ein Aktuator (7 bis 10) zugeordnet ist und benachbarte Aktuato ren (7 bis 10 bzw. 11 bis 14) einer Seite der Zylinderreihe (Zylinder 1, 2) quer zur Längsrichtung (18) der Zylinderreihe (Zylinder 1, 2) versetzt zueinander angeordnet sind, wenn zwei oder mehr Gaswechselventile (4, 5) je Zylinder (1, 2) auf die ser einen Seite der Zylinderreihe (Zylinder 1, 2) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen einiger Aktuatoren (9, 12) parallel zur Richtung der zugehörigen Zylin derachse (3) mindestens teilweise in den Bauraum ragen, der zwischen benachbarten Zylindern (1, 2) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen einiger Aktuatoren (9, 12) parallel zur Richtung der zugehörigen Zylin derachse (3) mindestens teilweise in den Bauraum benachbarter Zylinder (1, 2) ragen.