DE19945525A1 - Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung mit mehr als einem Auslaßventil. Bei Brennkraftmaschinen mit mehr als einem Auslaßventil werden die Ventilöffnungskräfte unerträglich hoch, da die Auslaßventile vor dem unteren Totpunkt gegen den Gasdruck geöffnet werden müssen. Die erwünschte Reduzierung dieser Öffnungskräfte wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eines der Auslaßventile früher öffnet, so daß schon ein Teil des Gasdruckes abgebaut ist, ehe ein weiteres Auslaßventil geöffnet wird. Zur Verstärkung dieses Effekts kann dieses Auslaßventil im Durchmesser kleiner ausgeführt sein. Die vorzeitige Öffnung eines der Auslaßventile kann bei gemeinsamer Betätigung über eine Brücke beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Angriffspunkt einer Betätigungseinrichtung außermittig angreift, wobei der Angriffspunkt in Richtung des erst zu öffnenden Auslaßventils verschoben ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Verbesserung der Leistungsdichte und der Abgasqualität von Brennkraftmaschinen bedient man sich zunehmend mehrerer Ein- und/oder Auslaßventile. Ein Nachteil meh­ rerer Ein- oder Auslaßventile besteht jedoch darin, daß die Betätigungseinrichtung für das Öffnen der Auslaßventile höhere Kräfte aufzubringen hat, einhergehend mit höhe­ rem Energieaufwand und höherem Verschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den für die Öffnung mehrerer Auslaßventile auf­ zubringenden Kraftaufwand zu reduzieren.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Durch die vorzeitige Öffnung eines der Auslaßventile wird ein Teil des Zylinder­ druckes abgebaut, so daß sich die übrigen Auslaßventile mit geringerem Kraftaufwand öffnen lassen.

Vorteilhafte Maßnahmen zur vorzeitigen Öffnung eines Auslaßventils sind den Unter­ ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist durch Anspruch 9 gegeben. Bei der Anwendung beispielsweise hydraulisch gesteuerter Ventile läßt sich eines der Auslaß­ ventile unabhängig von den anderen Auslaßventilen ansteuern.

Eine weitere Maßnahme zur Ventilsteuerung ist Anspruch 10 zu entnehmen. Bei der heute üblichen elektronischen Steuerung von Brennkraftmaschinen ist es vorteil­ haft, die Betätigung der Auslaßventile in Abhängigkeit von Funktionsparametern zu steuern, so daß man gezielt Einfluß auf Wirkungsgrad, Abgaszusammensetzung und Lärmentwicklung nehmen kann.

Ein zeitlich differenziertes Öffnen der Einlaßventile bietet nach Anspruch 11 ebenfalls Vorteile in der Dynamik des Ventiltriebes, sowie die Möglichkeit, die Einlaßströmung in den ersten Phasen der Zylinderfüllung zu beeinflussen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand von Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 schematische Darstellung zweier Auslaßventile unter­ schiedlichen Durchmessers,

Fig. 2 schematische Darstellung zweier Auslaßventile mit Ventilbrücke und exzentrischem Angriff einer Betätigungsein­ richtung.

Fig. 1 zeigt schematisch zwei Auslaßventile 1a, 1b, welche durch Ventilfedern 2a, 2b in Schließstellung gehalten werden. Die Auslaßventile 1a, 1b können durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung geöffnet werden. Bei mehr als einem Auslaßventil sind zur Öffnung gegen die Gasdruckkräfte ein erheblicher Kräfteauf­ wand erforderlich. Um diesen Kräfteaufwand deutlich zu reduzieren wird erfindungs­ gemäß vorgeschlagen eines der Auslaßventile, beispielsweise das Auslaßventil 1b früher zu öffnen, so daß sich der Druck im Zylinder abbaut, ehe die übrigen Auslaßventile geöffnet werden. Eine weitere Reduzierung des Kräfteaufwandes für die Öffnung des ersten Auslaßventils wird erreicht, wenn das erst zu öffnende Auslaß­ ventil 1b im Durchmesser kleiner ausgeführt wird.

Eine weitere Lösungsmöglichkeit zeigt Fig. 2. Die beiden Auslaßventile 1a, 1b, wer­ den von den Ventilfedern 2a, 2b in Schließstellung gehalten.

Zur Öffnung der Auslaßventile ia, 1b ist eine Betätigungseinrichtung in Form eines Kipphebels 3 vorgesehen. Erfindungsgemäß greift die Betätigungseinrichtung an einem außermittig zwischen den Auslaßventilen 1a, 1b gelegenen Punkt 4 einer Brücke 5 an. Die Hebelarme 6, 7 sind im dargestellten Beispiel so bemessen, daß das Auslaßventil 1b die höhere Öffnungskraft erfährt und als erstes Auslaßventil öffnet. Durch die Öff­ nung des Auslaßventils 1b wird der Gasdruck abgebaut, so daß das mit zeitlicher Ver­ zögerung öffnende Auslaßventil 1a mit erheblich geringerer Kraft geöffnet werden kann.

Durch die Wahl der Federkennlinien der Ventilfedern 2a, 2b kann erreicht werden, daß beide Auslaßventile 1a, 1b gleichen maximalen Hub aufweisen.

Zur weiteren Reduzierung der Öffnungskraft des Auslaßventils 1b kann dieses wieder­ um im Durchmesser kleiner ausgeführt werden als das Auslaßventil 1a.

Die Verkleinerung des Durchmessers verstärkt somit noch die Hebelwirkung der Brücke 5.

Eine ähnliche Wirkung wie die unterschiedlichen Hebelarme 6, 7 könnte bei mittigem Angriff der Brücke 5 durch die unterschiedliche Wahl der Vorspannkräfte der Ventil­ federn 2a, 2b erreicht werden. Allerdings ist zu bedenken, daß die Gaskräfte die Vor­ sparmkräfte der Ventilfedern übersteigen und ein außermittiger Punkt 4 als Angriffs­ punkt der Ventilbrücke 5 vorzuziehen ist.

Eine geringere Vorspannkraft, beispielsweise der Ventilfeder 2b, führt auch bei mittigem Angriff an der Brücke 5 zu vorzeitigem Öffnen des Auslaßventils 1b, mit der Wirkung, daß sich die übrigen Auslaßventile leichter öffnen lassen.

Eine weitere Möglichkeit die Öffnungskraft der Brücke 5 bei mittigem Angriff zu re­ duzieren, besteht wie in Fig. 1 gezeigt darin, neben der Vorspannkraft der Ventilfeder 2b auch den Durchmesser des Auslaßventils 1b zu verkleinern.

Eine weitere nicht explizit dargestellte Möglichkeit eines der Auslaßventile früher zu öffnen besteht darin, dieses durch eine unabhängige Betätigungseinrichtung, bei­ spielsweise durch eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit zu öffnen.

Diese unabhängige Betätigungseinrichtung läßt sich auch in Funktion von Betriebs­ parametern der Brennkraftmaschine mittels einer Elektronik ansteuern. Durch diese Maßnahme lassen sich auch Wirkungsgrad und Abgaszusammensetzung beeinflussen. Allen Maßnahmen zur Reduzierung des Öffnungskraftaufwands ist auch gemein, daß sich die Auspuffdruckstöße vermindern und somit die Auspuffgeräusche reduziert werden.

Claims (11)

1. Ventilsteuerung für Hubkolben Brennkraftmaschinen mit mehr als einem Auslaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Auslaßventile (1a, bzw. 1b) früher geöffnet wird als die übrigen Auslaßventile.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erst zu öffnende Auslaßventil (1a bzw. 1b) im Durchmesser kleiner ausgeführt ist als die übrigen Auslaßventile.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Aus­ laßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, daß das erst zu öffnende Auslaßventil (1a bzw. 1b) im Durchmesser kleiner ist als die übrigen Auslaßventile und daß eine Betätigungseinrichtung (3) mittig zwischen den Auslaßventilen auf die Brücke (5) wirkt.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Aus­ laßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, und daß bei gleichen Durchmessern der Auslaßventile (1a, 1b) eine Betätigungsein­ richtung (3) außermittig zwischen den Auslaßventilen auf die Brücke wirkt.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Aus­ laßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, daß bei gleichen Durchmessern der Auslaßventile die Ventilfedern (2a, 2b) der Auslaßventile (1a, 1b) unterschiedliche Vorspannungen aufweisen und daß die Betätigungseinrichtung (3) mittig zwischen den Auslaßventilen auf die Brücke wirkt.

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Aus­ laßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, daß das erst zu öffnende Auslaßventil im Durchmesser kleiner ausgeführt ist als die übrigen Auslaßventile, daß die Ventilfeder (2a bzw. 2b) dieses Auslaßventils (1a bzw. 1b) eine kleinere Vorspannung als die übrigen Auslaßventile aufweist, und daß die Betätigungseinrichtung (3) mittig zwischen den Auslaßventilen auf die Brücke (5) wirkt.

7. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Aus­ laßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, daß das erst zu öffnende Auslaßventil (1a bzw. 1b) um Durchmesser kleiner ausgeführt ist als die übrigen Auslaßventile, daß die Ventilfeder (2a, 2b) dieses Auslaß­ ventils (1a bzw. 1b) eine kleinere Vorspannung als die übrigen Auslaßventile aufweist, und daß die Betätigungseinrichtung (3) außermittig zwischen den Auslaßventilen auf die Brücke (5) wirkt.

8. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Auslaßventile (1a, 1b) über eine gemeinsame Brücke (5) geöffnet werden, und daß die Federsteifigkeiten der Ventilfedern (2a, 2b) so ausgelegt sind, daß die maximalen Ventilhübe gleich sind

9. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (1a, 1b) über voneinander unabhängige Betätigungseinrichtun­ gen betätigt werden.

10. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitabstand für das Öffnen der Auslaßventile (1a, 1b) veränderlich in Abhängigkeit der Funktionsparameter des Motors ist.

11. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zu betätigenden Ventile Einlaßventile sind.