DE60200432T2

DE60200432T2 - Brennkraftmaschine mit variabler hydraulischer Ventilsteuerungseinrichtung und Ventilstössel mit Doppelkolben

Info

Publication number: DE60200432T2
Application number: DE60200432T
Authority: DE
Inventors: Stefano Chiappini; Andrea Pecori; Francesco Vattaneo
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: EP1243764B1; EP1243764A3; DE60200432D1; US6520129B2; ATE266145T1; US20020152975A1; ES2215947T3; EP1243764A2; JP4028742B2; JP2002332815A; ITTO20010270A0; ITTO20010270A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungskraftmaschinen des Typs, der umfasst:

– mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil pro Zylinder, wobei jedes mit entsprechenden Rückstellfedereinrichtungen ausgestattet ist, die das Ventil zurück in die geschlossene Position bringen, um einen Austausch zwischen den entsprechenden Einlass- und Auslasskrümmern und dem Verbrennungsraum zu steuern;
– eine Nockenwelle, um die Einlass- und Auslassventile der Kraftmaschinenzylinder mittels geeigneter Stößel anzutreiben
– in denen mindestens einer der Stößel sein entsprechendes Einlass- oder Auslassventil durch die Wirkung der Bewegung der obigen Rückstellfedereinrichtungen über den Betrieb von Hydraulikeinrichtungen antreibt, die eine druckbeaufschlagte Fluidkammer einschließen.

Diese druckbeaufschlagte Fluidkammer kann mit einem Auslass über ein elektromagnetisches Ventil verbunden sein, um somit das Ventil von seinem jeweiligen Stößel zu trennen, um somit das Ventil zu veranlassen, durch die Wirkung der Bewegung der entsprechenden Rückstellfedereinrichtungen schnell zu schließen.
Diese Hydraulikeinrichtungen umfassen auch einen Kolben, der mit dem Ventilstab verbunden ist und der so montiert ist, um innerhalb der Führungsbuchse zu gleiten; wobei der Kolben eine Kammer mit variablem Volumen öffnet, die durch den Kolben innerhalb der Führungsbuchse gebildet wird; diese Kammer mit variablem Volumen kommuniziert mit der druckbeaufschlagten Fluidkammer über eine Öffnung am Ende der Führungsbuchse; wobei der Kolben ein Endstück aufweist, das zum Einführen in die Öffnung am Ende der Führungsbuchse zum Ende des Schließtaktes des Ventils hin geeignet ist, um die Öffnung zum Austausch zwischen der Kammer mit variablem Volumen und der druckbeaufschlagten Fluidkammer zu verkleinern, um somit den Ventilstoß nahe bei seinem Schließpunkt zu kontrollieren.
Die Art der Kraftmaschine, die oben spezifiziert ist, wird in den Anmeldungen für ein europäisches Patent, EP-A-0 803 642 und EP-A-1 091 097, die von der gleichen beantragenden Firma eingereicht sind, beschrieben und erläutert.
Für die Brennkraftmaschinen des obigen Typs wurde bereits vorgeschlagen, dass zwei Ventile des gleichen Kraftmaschinenzylinders, z. B. zwei Einlassventile oder zwei Auslassventile, durch den gleichen Nocken der Kraftmaschinenverteilungswelle angetrieben werden sollen.
Dieses Problem wird gewöhnlicherweise mechanisch durch Montieren einer kleinen Platte gelöst, die in Zusammenklang mit dem antreibenden Nocken arbeitet, der seinerseits funktionell mit zwei Stößeln verbunden ist, die mit den zu steuernden Ventilen gelenkig verbunden sind. Diese Lösung erzeugt Probleme in der Struktur der Kraftmaschine, und resultiert in größeren (Kraftmaschinen) Dimensionen und Kosten. Theoretisch ist es möglich, einen einzelnen Stößel vorzusehen, der mit der obigen Druckkammer verbunden ist und dann hydraulisch die Druckkammer mit den Kammern verbindet, die mit den Antriebskolben der zwei Ventile verbunden sind. Jedoch ist es nicht die beste Lösung, weil sie eine bedeutende Erhöhung des Volumens der hydraulischen Schaltung zum Betreiben der Ventile zum Nachteil der Systemelastizität erfordert und es unmöglich werden lässt, bei hoher Kraftmaschinendrehzahl zu arbeiten.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, das obige Problem in einer zufriedenstellenden Weise durch Anwenden einfacher ökonomischer Mittel zu lösen, die es ermöglichen würden, gleichzeitig zwei Ventile der gleichen Kraftmaschinenzylinder über die gleiche Verteilungsnockenwelle zu steuern. Im Hinblick auf das Erreichen dieser Aufgabe ist der Gegenstand dieser Erfindung eine Kraftma schine mit allen Charakteristiken, die in der Einleitung spezifiziert sind, und die auch dadurch charakterisiert ist, dass der oben erwähnte Stößel zwar zwei getrennte Hubabschnitte aufweist, die an zwei verschiedene Druckkammern angeschlossen sind, wobei jedoch diese Kammern die Antriebskolben der zwei Ventile des gleichen Kraftmaschinenzylinders steuern.
In einer seiner bevorzugten Anordnungen, weist der obige Stößel einen zylindrischen Körper auf, mit einem ersten Kolbenabschnitt eines größeren Durchmessers und mit einem zweiten Kolbenabschnitt eines kleineren Durchmessers, die so montiert sind, dass sie innerhalb der entsprechenden Abschnitte einer zylindrischen Führungsbuchse gleiten, wobei sich der Kolbenabschnitt mit kleinerem Durchmesser zu einer Druckkammer hin öffnet, die an seinem Ende angeordnet ist. Die zweite Druckkammer besteht aus einem ringförmigen Hohlraum, der innerhalb des Abschnitts der Führungsbuchse mit größerem Durchmesser durch den Abschnitt des Körpers des Stößels des schmaleren Durchmessers gebildet ist. Die beiden obigen Druckkammern sind durch getrennte Verteiler mit den zwei Antriebskolben der Ventile, die zu steuern sind, verbunden.
Somit sichert die Erfindung, dank der Charakteristiken, die oben beschrieben sind, dass zwei Ventile des gleichen Kraftmaschinenzylinders angetrieben werden, beginnend von dem gleichen Nocken der Verteilungswelle, ohne irgendwelche Probleme der Konstruktion nach sich zu ziehen, noch ohne irgendeine substantielle Erhöhung des Volumens der Hydraulikschaltung zum Antreiben der Ventile zu erfordern. Dieses ermöglicht es, ein System mit vergleichbar hoher Steifigkeit einzusetzen, welches deshalb in der Lage ist, geeignet zu reagieren, selbst wenn die Kraftmaschine bei hoher Drehzahl arbeitet.
Zusätzliche Eigenschaften und Vorteile dieser Erfindung werden unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche nur als Beispiele ohne Begrenzung vorgesehen sind, in denen:
1 eine Querschnittsansicht des Kopfes einer Verbrennungskraftmaschine ist, wie sie in der europäischen Patentanmeldung EP-A 0 803 642 konstruiert ist, die durch die gleiche beantragende Firma eingereicht ist; und
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Details ist, das sich auf den Stößel bezieht, der auf der Basis der vorliegenden Erfindung modifiziert wurde.
Mit Bezug auf 1 ist die Verbrennungskraftmaschine, die in den oben erwähnten europäischen Patentanmeldungen EP-A 0 803 642 und EP-A 1 091 097 beschrieben wird, die durch die gleiche beantragende Firme eingereicht wurden, eine Mehrzylinderkraftmaschine, z. B. eine 5-Zylinder-in-Line-Kraftmaschine, die einen Zylinderkopf 1 einschließt.
Der Kopf 1 umfasst für jeden Zylinder einen Hohlraum 2, der in dem Basisbereich 3 des Kopfes geformt ist, der die Verbrennungskammer bildet, in die zwei Einlasskrümmer 4, 5 und zwei Auslasskrümmer 6 einfließen. Der Austausch zwischen den zwei Einlasskrümmern 4, 5 und der Verbrennungskammer 2 wird durch zwei Einlassventile 7 der herkömmlichen Zylinderkopfart gesteuert, wobei jedes einen Ventilstab 8 umfasst, der so montiert ist, um innerhalb des Körpers des Kopfes 1 zu gleiten. Jedes Ventil 7 wird in die Schließposition durch Rückstellfedern 9 gebracht, die zwischen einem der Innenflächen des Kopfes 1 und einer Endkappe 10 des Ventils angeordnet sind.
Die Öffnung der Einlassventile 7 wird durch eine Nockenwelle 11 gesteuert, die so montiert ist, um rund um eine Achse 12, die innerhalb des Kopfes 1 gestützt wird, zu rotieren und die eine Vielzahl von Nocken 14 zum Antrieb der Ventile, wie unten beschrieben, aufweist.
Jeder Steuernocken 14 des Einlassventils 7 arbeitet in Einklang mit der Platte 15 von einem Stößel 16, der so montiert ist, um entlang einer Achse 17 zu gleiten, die in dem gezeigten Fall im Wesentlichen auf 90° mit Bezug auf die Achse des Ventils 7 (der Stößel kann auch in Reihe mit der Achse, wie es in 3 gezeigt wird, montiert sein) innerhalb einer Buchse 18 ausgerichtet ist, die auf dem Körper 19 eines vorgefertigten Hilfsbausatzes 20 montiert ist. Dieser Hilfsbausatz schließt alle elektrischen und hydraulischen Einrichtungen ein, die mit dem Antrieb der Einlassventile, wie unten im Detail beschrieben, verbunden sind. Der Stößel 16 ist in der Lage, einen Stoß auf den Ventilstab 8 des Ventils 7 zu übertragen, so dass das letztere Ventil veranlasst wird, zu öffnen, und zwar als Ergebnis der Bewegung der Rückstellfedern 9 mittels des druckbeaufschlagten Fluids (gewöhnlicherweise ist dieses Fluid ein Öl, das von dem Schmiermittelkreislauf der Kraftmaschine kommt), das in einer Kammer 10 enthalten ist, und eines Kol-ben 21, der so montiert ist, dass er innerhalb eines zylindrischen Körpers gleitet, der eine Buchse 22 aufweist; wobei die Buchse auch auf dem Körper 19 des Hilfsbausatzes 20 montiert ist. Als ein Teil dieser gleichen Lösung wie sie in 1 gezeigt wird, kann die druckbeaufschlagte Fluidkammer C, die mit jedem Einlassventil 7 verbunden ist, mit einem Auslass 23 durch ein elektromagnetisches Ventil 24 verbunden sein. Das elektromagnetische Ventil 24 kann irgendeine bekannte An sein und ist für die Funktion, die hier gezeigt wird, geeignet und wird durch die elektronischen Steuereinrichtungen, die schematisch als 25 dargestellt sind, auf der Basis des Signals S gesteuert, das die Kraftmaschinenarbeitsparameter anzeigt, nämlich die Position der Beschleunigungsvorrichtung und die Zahl der Kraftmaschinendrehzahl. Wenn das elektronische Ventil 24 geöffnet wird, wirkt die Kammer C mit dem Auslass 23 zusammen, so dass das druckbeaufschlagte Fluid, das in der Kammer C enthalten ist, in den Auslass fließt, was eine Entkoppelung des Stößels 16 des entsprechenden Einlassventils 7 ergibt; das Ventil 7 wird schnell in die Schließposition durch die Bewegung der Rückstellfeder 9 gebracht. Durch das Steuern des Austausches zwischen der Kammer C und dem Auslass 23 ist es möglich, die (Öffnungs-)Zeit und den Stoß von jedem Einlassventil 7 gewollt zu variieren.
Die Auslässe 23 der unterschiedlichen elektromagnetischen Ventile 24 fließen alle in den gleichen Längsauslass 26, der mit einem oder mehreren Druckakkumulatoren 27 kommuniziert, von denen nur einer in 1 sichtbar ist. All die Stößel 16 und die entsprechenden Buchsen 18, die Kolben 21 und entsprechende Buchsen 22, die elektromechanischen Ventile 24 und die relativen Auslässe 23, 26 werden auf dem obigen Körper 19 des vorgefertigten Hilfsbausatzes 20 abgezweigt und montiert, womit die Einfachheit und die Schnelligkeit des Kraftmaschinenzusammenbaus erhöht wird.
Die Auslassventile 80, die mit jedem Zylinder, wie in 1 gezeigt, verbunden sind, werden in der konventionellen Weise durch eine Nockenwelle 28 mittels der entsprechenden Stößel 29 gesteuert.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Körpers 19 des vorgefertigten Hilfsbausatzes.
2 enthält auch ein vergrößertes Detail eines Kraftmaschinenstößels, der gemäß der vorliegenden Erfindung modifiziert wurde. In dem Fall des Beispiels, das in 2 gezeigt wird, hat der Stößel 60 einen rohrförmigen Körper, mit einem blinden Parallelloch 100 mit einem Kopf an seinem Ende, der die Platte 15 bildet, die, wie in dem Beispiel gezeigt, durch eine Scheibe 101 geschlossen ist; die Scheibe ist innerhalb der Endöffnung des rohrförmigen Körpers des Stößels 16 montiert. Wie auch von 2 gesehen werden kann, hat der erste Abschnitt 160A des rohrförmigen Körpers des Stößels 16 einen größeren Durchmesser nahe der Platte 15 und der zweite Abschnitt 160B hat einen kleineren Durchmesser, der das Ende des Stößels 16 gegenüberliegend zu der Platte 15 bildet. Der Stößel 16 ist so montiert, dass er innerhalb einer Führungsbuchse 170 gleitet, von welcher der erste Abschnitt 170A einen größeren Durchmesser aufweist, innerhalb welcher der Abschnitt des größeren Durchmessers 160A des Stößels 16 so montiert ist, um zu gleiten, und sie weist einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 170B auf, in dem der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser 160B des Stößels 16 montiert ist.
Der Abschnitt des Stößels 16 mit schmalerem Durchmesser 160B bildet einen ersten Kolben, der mit der Druckkammer C1 verbunden ist. Der Abschnitt des Stößels 16 mit größerem Durchmesser 160A bildet auch einen Kolben, der mit einer zweiten Druckkammer C2 verbunden ist; diese Kammer besteht aus einer ringförmigen Kavität, die innerhalb des Abschnitts mit großem Durchmesser 170A der Führungsbuchse 170 durch den Abschnitt des Stößels 16 des schmaleren Durchmessers 160B gebildet ist.
Die zwei Druckkammern C1, C2 sind über ihre jeweiligen Auslässe 181, 182, die nur teilweise in 2 zu sehen sind, mit den Kammern verbunden, die mit den zwei Kolben 21 derart, wie sie in 1 gezeigt sind, verbunden sind, um die zwei entsprechenden Ventile (z. B. zwei Einlassventile oder zwei Auslassventile) anzutreiben, die mit dem gleichen Zylinder der Kraftmaschine verbunden sind.
Während des Betriebs der Kraftmaschine stößt der Nocken, der in Einklang mit der Platte 15 des Stößels 16, der in 2 gezeigt wird, arbeitet, zyklisch den Stößel nach rechts (mit Bezug auf 2) als Ergebnis der Bewegung der Feder 15a. Diese Bewegung resultiert in einer Erhöhung in dem Öldruck innerhalb der Druckkammern C1, C2 von den beiden Kolbenabschnitten 160A, 160B des Stößels. Das druckbeaufschlagte Öl wird dann in die Kammern, die mit den beiden Kolben zum Antrieb der Ventile, die zu steuern sind, verbunden sind, gesandt, ohne die Notwendigkeit, irgendwelche zusätzlichen mechanischen oder konstruktiven Arbeiten an der Kraftmaschine durchführen zu müssen und ohne irgendwelche substantiellen Vergrößerungen des Volumens der hydraulischen Schaltung nach sich zu ziehen, womit die Vorteile, die oben erwähnt werden, erhalten werden.
Auf diese Weise ist jeder Nocken in der Lage, zwei Ventile anzutreiben, deren Bewegungen getrennt gehalten werden können; dieses geschieht, weil jede Kammer mit einem elektromagnetischen Ventil verbunden ist, das separat angetrieben werden kann.

Claims

Verbrennungskraftmaschine, zusammengesetzt aus: – mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil pro Zylinder, wobei jedes mit seinen jeweiligen Rückstellfedereinrichtungen (9) ausgestattet ist, die das Ventil zurück in die Schließposition bringen, um den Austausch zwischen den entsprechenden Einlass- und Auslasskrümmern (4, 6) und dem Verbrennungsraum zu steuern; – eine Nockenwelle (11) zum Antreiben der Einlass- und Auslassventile der Kraftmaschinenzylinder mittels der entsprechenden Stößel (16), – in denen mindestens einer der oben erwähnten Stößel (16) sein entsprechendes Einlass- oder Auslassventil durch die Wirkung der Bewegung der Rückstellfedern über den Betrieb von Hydraulikeinrichtungen antreibt, die eine druckbeaufschlagte Fluidkammer (C) einschließen; – die druckbeaufschlagte Fluidkammer kann mit einem Auslass (26) über ein elektromagnetisches Ventil (24) verbunden sein, um somit das Ventil von seinem jeweiligen Stößel (16) zu entkoppeln, so dass das Ventil veranlasst wird, als Ergebnis der Bewegung der entsprechenden Rückstellfedereinrichtungen (9) schnell zu schließen; wobei die Hydraulikeinrichtungen auch umfassen: einen Kolben (21), der mit dem Stab (8) des Ventils verbunden ist und derart montiert ist, um innerhalb einer Führungsbuchse (22) zu gleiten; wobei der Kolben einer Kammer mit variablem Volumen gegenü bersteht, die durch die Innenseite der Führungsbuchse (22) gebildet wird; wobei die Kammer mit variablem Volumen mit der unter Druck stehenden Fluidkammer (C) über eine Öffnung an dem Ende der Führungsbuchse kommuniziert; wobei der Kolben ein Endstück aufweist, das zum Einbringen innerhalb der Endöffnung am Ende des Schließstoßes des Ventils geeignet ist, um die Öffnung für einen Austausch zwischen der Kammer mit variablem Volumen und der druckbeaufschlagten Fluidkammer zu verringern, um somit den Ventilstoß nahe seinem Schließpunkt zu kontrollieren; dadurch gekennzeichnet, dass der obige Stößel (16) zwei separate Kol-ben-abschnitte (160A, 160B) umfasst, die mit zwei separaten Druckkammern (C1, C2) verbunden sind, welche die Kolben (21) zum Antrieb von zwei verschiedenen Ventilen eines gleichen Motorzylinders steuern.
Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obige Stößel (16) einen zylindrischen Körper mit einem ersten Kolbenabschnitt (160A) eines größeren Durchmessers und einen zweiten Kolbenabschnitt (160B) eines kleineren Durchmessers aufweist, die derart montiert sind, um innerhalb der entsprechenden Abschnitte (170A, 170B) einer zylindrischen Führungsbuchse (170) zu gleiten; wobei der Kolbenabschnitt des kleineren Durchmessers zu einer Druckkammer (C1) schaut, die an seinem Ende angeordnet ist; und wobei die zweite Druckkammer (C2) aus einem ringförmigen Hohlraum besteht, der innerhalb des Abschnitts des größeren Durchmessers (170A) der Führungsbuchse durch den Abschnitt des kleineren Durchmessers (160B) des Körpers des Stößels gebildet ist.