DE19944698C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine variable Steuerung von Gaswechselventilen kann den Wir­ kungsgrad und das Emissionsverhalten von Schadstoffen bei Brennkraftmaschinen wesentlich verbessern. Aus der DE 39 20 931 A1 ist ein elektromagnetischer Aktuator bekannt, der über ei­ nen Schwinghebel bzw. einen Kipphebel ein Gaswechselventil be­ tätigt.

Ferner sind Hubkolbenbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen eine Nockenwelle über Schwinghebel bzw. Kipphebel Gaswechsel­ ventile betätigt. Um die Steuerzeiten und den Ventilhub des Gaswechselventils variabel zu gestalten, werden zwei Nocken­ wellen parallel zueinander angeordnet, wobei zwei einander zu­ geordnete Nocken der beiden Nockenwellen gemeinsam ein Gas­ wechselventil betätigen. Treibt man die Nockenwellen phasen­ verschoben zueinander an, können die Gaswechselventile in Ab­ hängigkeit von Betriebsparametern angesteuert werden. Zur Pha­ senverstellung der Nockenwellen dient ein Antriebsmechanismus mit einem Stellmotor, aus dessen Position auf die jeweilige Hubstellung des Gaswechselventils geschlossen werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch relativ ungenau, da der Stellmotor und der Übertragungsmechanismus mit Toleranzen behaftet sind und sich unter dem Einfluß schwankender Temperaturen nicht li­ near verhalten.

Aus der DE 37 03 867 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen des Hubwegs von Hubventilen bei Brennkraftmaschinen bekannt. Das Gaswechselventil besitzt einen Ventilschaft aus nicht ferroma­ gnetischem Material. In den Ventilschaft ist eine Nut eingear­ beitet, die in geschlossener Stellung mit dem oberen Ende ei­ ner Magnetspule abschließt und in die eine Hülse aus ferroma­ gnetischem Werkstoff eingeklebt ist. Das Gewicht der Hülse ist derart bemessen, daß das Gesamtgewicht des Ventils mit Hülse demjenigen herkömmlicher Hubventile entspricht. Daher ändern sich die bewegten Massen nicht. Die Meßanordnung eignet sich vornehmlich zum Messen des Ventilhubs in unbefeuerten Brenn­ kraftmaschinen, also nicht zur Regelung einer Brennkraftma­ schine.

Ferner ist aus der DE 35 00 121 A1 eine Anordnung zum berüh­ rungslosen Messen der Ventilbewegung bekannt. Ein koaxialer, zum Ventilschaft angeordneter Spulenkörper aus einem magne­ tisch leitenden Werkstoff mit einem Ring und zwei Flanschen nimmt eine Ringspule eines Resonanzkreises auf. Ein an dem Ventilteller sitzendes Ringschild aus nicht magnetischem, elektrisch leitendem Werkstoff übergreift mindestens einen Flansch des Spulenkörpers und beeinflußt den magnetischen Weg. In einer Auswerteschaltung wird die durch die Bewegung des Ringschildes bedingte Frequenzabweichung des Resonanzkreises gemessen. Die Meßglieder, die am Ventilschaft angebracht sind, verändern die bewegten Massen des Ventils. Ferner beansprucht der als Sensor dienende Spulenkörper erheblichen Bauraum, der häufig im Bereich des Ventilschafts nicht vorhanden ist.

Ferner ist aus der DE 43 42 430 C1 eine Vorrichtung zur Kon­ trolle unterschiedlicher Ventilhubhöhen eines Gaswechselven­ tils bekannt, das über zwei koaxial zueinander angeordnete und gegeneinander verriegelbare Tassenstößel von einer Nockenwelle mittels unterschiedlicher Nocken angetrieben wird. Am inneren Tassenstößel ist ein Magnet angebracht, der mit einem Hallsen­ sor zur Kontrolle der Ventilhubhöhe zusammenwirkt. Der Hall­ sensor ist im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt. Die Meßanordnung ist auf Gaswechselventile beschränkt, die über Tassenstößel angetrieben werden. Ferner ist nicht gewähr­ leistet, daß sich der Magnet am inneren Tassenstößel gegenüber dem Hallsensor im Zylinder nicht verdreht.

Aus der Druckschrift SAE-Journal, Juli 1951, Seite 35 und 37, insbesondere Fig. 1, ist eine Kolbenmaschine bekannt, bei der das Gaswechselventil über einen Kipphebel von einer Stoßstange betätigt wird. An dem stoßstangenseitigen Ende des Kipphebels ist in Verlängerung der Stoßstange ein Spiegel am Kipphebel angebracht, der die Strahlen einer Lampe reflektiert und an einem ortsfesten Meßgerät zur Anzeige bringt. Die Neigung des Spiegels zur Lichtquelle wird über einen Nocken verändert, auf den ein Kolben wirkt, der in einer Hülse geführt und mit sei­ nem freien Ende an der Stoßstange anliegt. Der Kolben wirkt entgegen einer Rückstellfeder und einer Torsionsfeder, die auf den Nocken wirkt. Die Vorrichtung ist sehr aufwendig und nur für Versuchszwecke geeignet, wobei die Meßergebnisse einen großen Aufwand für ihre richtige Interpretation verlangen. Die Vorrichtung ist daher nicht geeignet, um eine brauchbare Kor­ relation zwischen der Hubbewegung eines Gaswechselventils und den Regelparametern für die Phasenverschiebung der Nockenwel­ len zu erreichen.

Schließlich ist aus der DE 197 06 106 A1 eine Ventileinrich­ tung einer Brennkraftmaschine bekannt, die elektromagnetische Betätigungsmittel zur Hubbewegung eines Gaswechselventils ent­ hält. Ferner sind Meßmittel vorgesehen, die einen mit einem Ventilschaft verbundenen und ein Magnetfeld erzeugenden Signalgeber sowie einen magnetfeldempfindlichen Sensor aufweisen. Der Sen­ sor besitzt ein einen magnetoresistiven Effekt (GMR) zeigendes Schichtensystem. Die Messsignale werden zur Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungsmittel ausgewertet, um eine ge­ steuerte Einstellung des Ventilhubs zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungs­ gemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine die Phasenverschiebung der Nockenwellen so zu steuern, dass sich möglichst eindeutige Korrelationen zwischen den Regelparametern und dem Hub der Gaswechselventile ergeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfin­ dung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausge­ staltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung trägt der Schwinghebel und/oder Kipphebel an einem Ende einen Signalgeber für einen berührungslosen Sen­ sor, der am Zylinderkopf befestigt ist. Im Bereich des Schwinghebels oder des Kipphebels steht in der Regel ausrei­ chend Bauraum zur Verfügung, um zum einen den Signalgeber am Schwinghebel oder Kipphebel anzubringen und zum anderen den berührungslosen Sensor am Zylinderkopf zu befestigen. Ferner liegen die Meßglieder, nämlich der Signalgeber und der Sensor, in einem Bereich des Zylinderkopfes, in dem die Temperaturen kühler sind als in dem unmittelbaren Bereich des Ventil­ schafts. Schließlich beansprucht der Signalgeber nur einen sehr geringen Bauraum, wenn er als Dauermagnet ausgebildet ist und mit einem Hallsensor oder mit einem GMR-Sensor (Giant- Magnetic-Resistor-Sensor) zusammenwirkt.

Der Sensor weist zweckmäßigerweise einen zylindrischen Teil auf, der von außen in eine Bohrung des Zylinderkopfs einge­ setzt und durch eine Ringdichtung abgedichtet ist. Er kann in ein­ facher Weise durch ein am Sensor angeformtes Auge am Gehäuse befestigt sein, so daß er leicht montiert und ausgetauscht werden kann. Die Anordnung der Meßglieder eignet sich beson­ ders gut für eine variable Ansteuerung der Gaswechselventile, da die Hubposition der Gaswechselventile nahe am Ventilkörper ohne eine große Toleranzkette erfaßt wird, aber dennoch in ei­ nem Bereich, dessen Temperaturen eine große Betriebssicherheit gewährleisten. Aus der Hubposition eines Gaswechselventils kann auf die Hubposition der übrigen, mit diesem verbundenen Gaswechselventile geschlossen werden.

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 schematische Darstellung eines variabel ansteu­ erbaren Gaswechselventils einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und

Fig. 2 ein Detail im Schnitt.

Das Gaswechselventil 1 wird von einer Ventilfeder 2 in Schließrichtung belastet, die sich einerseits am Zylinderkopf 4 abstützt und an einem Ventilschaft 3 des Gaswechselventils 1 angreift. Das Gaswechselventil 1 wird von zwei parallel zuein­ ander angeordneten Nockenwellen 6 und 7 betätigt, die im Zy­ linderkopf 4 gelagert sind und mit Nocken 18 bzw. 19 über ei­ nen Übertragungsmechanismus 17 und einen Schwinghebel 5 auf das Ende des Ventilschafts 3 wirken. Die Nockenwellen 6, 7 können über eine Stellvorrichtung 8 zueinander phasenverscho­ ben werden, so daß die Nocken 18, 19 unterschiedlich auf den Übertragungsmechanismus 17 einwirken und so variable Steuer­ zeiten und Ventilhübe erzeugen.

Die Stellvorrichtung 8 wird von einem Stellantrieb 9 ver­ stellt, der über eine Kupplung 10 von einem Stellmotor 11 an­ getrieben wird. Der Stellmotor 11 besitzt eine elektronische Steuereinrichtung 12 mit Anschlüssen 13, 14. Am Anschluß 13 liegt ein Sensor 15 an, z. B. ein Hallsensor oder ein GMR- Sensor. Dieser wirkt mit einem Permanentmagneten 16 zusammen, der am Ende des Schwinghebels 5 positioniert ist.

Fig. 2 läßt erkennen, daß der Permanentmagnet 16 in einem Schuh 20 aus nicht magnetisierbarem Werkstoff gehalten ist. Dieser ist seinerseits am Schwinghebel 5 befestigt. Gegenüber dem Permanentmagneten 16 ist in eine Bohrung des Zylinderkopfs 4 der Sensor 15 mit seinem zylindrischen Teil 24 eingesetzt. Er ist mittels einer Ringdichtung 21 nach außen hin abgedich­ tet. Ferner ist an ihm eine Lasche 22 angeformt, über die er mittels einer Schraube 23 am Zylinderkopf 4 befestigt ist.

Claims (4)

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zwei parallel zueinander angeordneten Nockenwellen (6, 7), die mittels eines Stellmo­ tors (11) von einer Stellvorrichtung (8) zueinander phasenver­ schoben werden können und deren Nocken (18, 19) über einen Übertragungsmechanismus (17) auf einen Schwinghebel (5) wir­ ken, der an einem Zylinderkopf (4) gelagert ist und an einem Ventilschaft (3) mindestens eines Gaswechselventils (1) an­ liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinghebel (5) an dem Ende, das dem Ventilschaft (3) benachbart ist, einen Dau­ ermagneten (16) für einen Sensor (15) trägt, der am Zylinder­ kopf (4) befestigt und als Hallsensor oder GMR-Sensor ausge­ bildet ist, und dass der elektrische Stellmotor (11) von einer elektronischen Steuereinrichtung (12) ansteuerbar ist und die Nockenwellen (6, 7) in Abhängigkeit von Regelparametern gegen­ einander phasenverschiebt, wobei das Signal des Sensors (15) an einem Eingang der Steuereinrichtung (12) als Istwert an­ liegt.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Sensor (15) mit einem zylindrischen Teil (24) von außen in eine Bohrung des Zylinderkopfs (4) ein­ gesetzt und durch eine Ringdichtung (21) abgedichtet ist.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass am Sensor (15) eine Lasche (22) angeformt ist, mit der er am Zylinderkopf (4) befestigt ist.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gas­ wechselventil (1) variabel ansteuerbar ist.