EP0585568B1 - Valve operating system for an internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilantriebsanordnung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve drive arrangement for an internal combustion engine according to the preamble of
Es ist bekannt, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine variabel zu betreiben, d.h mit unterschiedlichen Steuerzeiten und/oder Hüben. In der EP-0 267 687 B1 ist ein Ventilantrieb offenbart, bei dem zwei Einlaßventile von einer mit unterschiedlichen Nocken versehenen Nockenwelle unter Zwischenschaltung von als Kipphebel ausgebildeten Übertragungselementen betätigt werden. Innerhalb der Kipphebel sind axial verschiebbare Kolben gelagert, welche je nach ihrer Stellung die Kipphebel formschlüssig aneinander koppeln. Eine Nocke mit großem Ventilhub betätigt bei ausgefahrenem Kolben die Ventile über zwei äußere Kipphebel, welche an einen mittleren angekoppelt sind. Bei eingefahrenem Kolben ist der mittlere Kipphebel abgekoppelt und die Ventile werden über die äußeren Kipphebel von Nocken mit einem geringerem Ventilhub betätigt.
Eine solche Anordnung beansprucht einen großen Bauraum und ist schwergewichtig, da zusätzlich zu der Nockenwelle weitere Achsen zur Kipphebellagerung angeordnet sind.It is known to operate gas exchange valves of an internal combustion engine variably, ie with different control times and / or strokes. EP-0 267 687 B1 discloses a valve drive in which two inlet valves are actuated by a camshaft provided with different cams with the interposition of transmission elements designed as rocker arms. Axially displaceable pistons are mounted within the rocker arms and, depending on their position, couple the rocker arms to one another in a form-fitting manner. When the piston is extended, a cam with a large valve lift actuates the valves via two outer rocker arms, which are coupled to a central one. When the piston is retracted, the middle rocker arm is uncoupled and the valves are actuated by cams with a smaller valve lift via the outer rocker arms.
Such an arrangement takes up a large amount of space and is heavy, since in addition to the camshaft, further axes for rocker arm mounting are arranged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung raumsparend zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify a generic arrangement to save space.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Wenn bei einem Ventilantrieb die Nocken als Übertragungselemente ausgebildet sind, wobei eine Nocke drehfest und eine andere drehbar auf der Nockenwelle angeordnet ist, so kann bei kompakter Bauweise, bei der die Nocken unmittelbar auf die Ventile einwirken, je nach Stellung der Kolben die drehfest angeordnete oder die formschlüssig angekoppelte, drehbare Nocke auf die Ventile einwirken.
Durch die Auslegung der Nocken, die gleichzeitig als Übertragungselemente dienen, sind keine Kipphebelwellen und dergleichen erforderlich. Der Bauraumbedarf entspricht einem konventionellen Ventilantrieb, bei dem die Nocken direkt auf die Ventile wirken.This object is achieved with the features of
Due to the design of the cams, which also serve as transmission elements, no rocker arm shafts and the like are required. Of the Installation space corresponds to a conventional valve drive, in which the cams act directly on the valves.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die in den Unteransprüchen gekennzeichnete Ausgestaltungen.
Durch die Anordnung von drei nebeneinander auf der Nockenwelle liegenden Nocken, von denen die mittlere oder die beiden äußeren zu-bzw. abschaltbar sind, können die Gaswechselventile mit verschiedenen Nockenprofilen betrieben werden.
Ist die mittlere Nocke zuschaltbar und mit größerem Hub versehen, werden z.B. zwei über einen gemeinsamen Stößel betätigte Ventile im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine so betrieben, das ein verbesserter Gaswechsel stattfindet.Further advantages result from the configurations characterized in the subclaims.
The arrangement of three cams lying side by side on the camshaft, of which the middle one or the two outer ones add or remove. can be switched off, the gas exchange valves can be operated with different cam profiles.
If the middle cam can be activated and provided with a larger stroke, two valves operated via a common tappet are operated in the upper load range of the internal combustion engine in such a way that an improved gas exchange takes place.
Eine Anordnung von drei Nocken mit identischem Hub, jedoch verschiedenen Profilverläufen ermöglicht es, beispielsweise eine mittig angeordnete Schaltnocke mit einem für den Teillastbereich optimalen Ventilhubverlauf zu versehen. Zur Herabsetzung der dabei auftretenden Reibungsverluste kann der Schaltnocke dabei auf eine in dem Stößel integrierte Rolle auflaufen. Die mittige Anordnung eines Festnockens mit geringerem Hub ermöglicht eine für den Stößel beanspruchungsgünstige Lage der bei hohen Drehzahlen zugeschalteten Schaltnocken.An arrangement of three cams with an identical stroke, but different profile profiles, makes it possible, for example, to provide a switching cam arranged in the center with an optimal valve stroke profile for the partial load range. To reduce the friction losses that occur, the switch cam can run onto a roller integrated in the tappet. The central arrangement of a fixed cam with a smaller stroke enables a position of the switch cams that are activated at high speeds, which is advantageous for the tappet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig.1
- schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform,
- Fig.2
- schematisch einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform,
- Fig.3
- schematisch einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform,
- Fig.4
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig.3,
- Fig.5
- einen Schnitt entlang der Linie V-V gemäß Fig.2,
- Fig.6
- einen Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäß Fig.1 mit festgelegter Schaltnocke,
- Fig.7
- einen Schnitt entlang der Linie VII-VII gemäß Fig.2 und
- Fig.8
- einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII gemäß Fig.7
Show it:
- Fig. 1
- schematically a section through a first embodiment,
- Fig. 2
- schematically a section through a second embodiment,
- Fig. 3
- schematically a section through a third embodiment,
- Fig. 4
- 4 shows a section along the line IV-IV according to FIG. 3,
- Fig. 5
- 3 shows a section along the line VV according to FIG. 2,
- Fig. 6
- 2 shows a section along the line VI-VI according to FIG. 1 with a fixed control cam,
- Fig. 7
- a section along the line VII-VII of Figure 2 and
- Fig. 8
- a section along the line VIII-VIII of Figure 7
In einem nicht gezeigten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine wird eine Nockenwelle 1 in Lagern 2 gehalten und über ein Kettenrad 3 von einer nicht gezeigten Kurbelwelle angetrieben.
Die Nockenwelle 1 trägt mehrere Nocken, welche als Übertragungselemente zwischen der Nockenwelle 1 und Einlaßventilen 4 unter zwischenschaltung eines Stößels 5 dienen.
Die Nockenwelle 1 weist eine Zentralbohrung 6 auf, in welcher durch Stopfen 7 ein Abschnitt 8 begrenzt ist.
In ein innerhalb des Abschnittes 8 gelegenes Lager 2 ist eine Nut 9 eingestochen, welche über eine Druckölleitung 11 gespeist wird und über eine radiale Bohrung 10 mit der Zentralbohrung 6 verbunden ist. Im Bereich der Nocken ist eine Radialbohrung 12 angeordnet, welche die Zentralbohrung 6 schneidet und in eine zylindische Hydraulikkammer 13 eines Nockens mündet.In a cylinder head, not shown, of an internal combustion engine, a
The
The
A
In einer ersten Ausführungsform gemäß Fig.1 ist ein erster, als Schaltnocke 14 ausgebildeter mittlerer Nocken drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagert, während beidseitig dazu ein zweiter bzw. dritter, als Festnocke 15 bzw. 16 ausgebildeter Nocken drehfest angeordnet ist.
Die Schaltnocke 14 weist im Bereich ihrer maximalen Erhebung eine Durchgangsbohrung 17 auf, in der ein Kolben 18 axial verschiebbar gelagert ist. Beide Festnocken 15, 16 weisen mit der Durchgangsbohrung 17 korrespondierende Bohrungen 19, 20 auf. In Bohrung 19 mündet die Radialbohrung 12 und ein weiterer, verschiebbarer Kolben 21 ist in ihr gelagert.
Bohrung 20 weist einen federbelasteten Hohlkolben 22 auf, dessen Feder 23 sich an einem Boden 24 der Bohrung 20 abstützt.In a first embodiment according to FIG. 1, a first middle cam designed as a switching
The
Bore 20 has a spring-loaded
Die Bohrungen 19 und 20 sowie die Durchgangsbohrung 17 weisen einen gleilchen Abstand H zur Längsachse A-A der Nockenwelle 1 auf und die Kolben 18, 21 und der Hohlkolben 22 haben einen identischen Durchmesser D. Der maximale Hub der Festnocken 15, 16 ist geringer als der der Schaltnocke 14.The
Alle Nocken wirken auf den Stößel 5 ein, welcher einstückig ausgebildet beide Ventile 4 gleichzeitig betätigt. Jedem Ventil 4 ist dabei eine übliche Ventilfeder 25 sowie ein in den Stößel 5 integriertes, hydraulisches Ventilspielausgleichselement 26 zugeordnet.All cams act on the
In der Druckölleitung 11 ist ein Sperrventil 29 angeordnet, welches über eine Leitung 30 von einer elektronischen Steuerung 31 geöffnet oder gesperrt wird. Diese Steuerung 31 nimmt u.a. Signale auf, welche mit den aktuellen Werten der Öltemparatur T und der Brennkraftmaschinendrehzahl N korrespondieren. Die Druckölleitung 11 ist an eine Verteilerleitung 32 angeschloßen, welche über weitere Druckölleitungen 11 mit allen Zylindern der Brennkraftmaschine verbunden ist und über einen Zulauf 33 mit Drucköl gespeist wird.A
Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ist das Sperrventil 29 geschlossen, es liegt kein Öldruck in der Hydraulikkammer 13 an. Aufgrund dessen schiebt die Feder 23 des Hohlkolbens 22 die Kolben 18 bzw. 21 vollständig in die zugehörige Schaltnocke 14 bzw. Festnocke 15. Die Schaltnocke 14 ist entkoppelt und die Nockenwelle 1 rotiert frei in dieser Nocke 14. Die Festnocken 15 bzw. 16 laufen synchron auf den Stößel 5 auf und betätigen die Einlaßventile 4 mit einem relativ geringen Hub.
Beim Überschreiten eines bestimmten Lastzustandes der Brennkraftmaschine wird das Sperrventil 29 geöffnet und die kreisringförmig umlaufende Nut 9 wird ständig über die Bohrung 10 aus der Druckölleitung 11 gespeist. Der auf den Kolben 21 wirkende Öldruck schiebt diesen gegen die Schaltnocke 14. Beim Überlaufen einer in Drehrichtung vor der Durchgangsbohrung 17 liegende Einlauframpe 34 wird der Kolben 21 teilweise in diese Bohrung 17 gedrückt und schiebt dabei Kolben 18 teilweise in Bohrung 20, wobei der Hohlkolben entgegen der Feder 23 bis zur Anlage mit Boden 24 verschoben wird. Die formschlüssig angekoppelte Schaltnocke 14 rotiert synchron mit den Festnocken 15, 16 und betätigt aufgrund des größeren Hubes den Stößel 5.In the part-load operation of the internal combustion engine, the shut-off
When a certain load state of the internal combustion engine is exceeded, the shut-off
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.2 erfolgt die Ankoppelung der Schaltnocke nur über eine Festnocke 15 mittels des Kolbens 21.
Der Stößel 5 ist als Rollenstößel ausgebildet und hier nicht näher erläutert, da er in DE-40 39 256 A1 beschrieben ist. Die mittlere Nocke ist hierbei für den Teillastbereich der Brennkraftmaschine mit einem anderen Profil versehen wie die Festnocken 15, 16 und betätigt reibungsarm über eine Rolle 35 den Stößel 5, wobei Sperrventil 29 geöffnet ist. Alle Nocken weisen einen identischen Hub auf.In a second embodiment of the invention according to FIG. 2, the switching cam is only coupled via a fixed
The
Bei hoher Last der Brennkraftmaschine schließt das Sperrventil 29, so daß die Schaltnocke 14 abgekoppelt ist und Stößel 5 von den Festnocken 15, 16 betätigt wird. Bezüglich aller übrigen Teile entspricht diese Ausführungsform der in Fig.1 gezeigten.When the internal combustion engine is under high load, the shut-off
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.3 weist einen mittleren, als Festnocke 40 ausgebildeten Nocken sowie beidseitig dazu je eine als Schaltnocke 41 bzw. 42 ausgebildeten Nocke auf. Die Radialbohrung 12 verläuft mittig in der Festnocke 40 und mündet zentral in die zwischen zwei gegenläufigen Kolben 43 und der Durchgangsbohrung 19 gebildeten Hydraulikkammer 13. Die Schaltnocken 41 und 42 weisen jeweils einen federbelasteten Hohlkolben 22 auf.A third embodiment of the invention according to FIG. 3 has a central cam designed as a fixed
Im Lager 2 ist Nut 9 kreissegmentförmig ausgebildet und allen Zylindern ist nur ein gemeinsames Sperrventil 29 im Zulauf 33 zugeordnet.In
Die mittlere Nocke ist mit einem geringeren Hub versehen dem Teillastbereich zugeordnet, während bei erhöhter Last und offenem Sperrventil 29 die mit einem größeren Hub versehenen Schaltnocken 41, 42 formschlüssig angekoppelt den Stößel 5 betätigen.
Hierbei weisen beide Schaltnocken 41, 42 eine Einlauframpe 34 auf. Die Steuerung 31 verarbeitet zusätzlich ein dem aktuellen Drosselklappenwinkel K entsprechendes Signal.The middle cam is provided with a smaller stroke and assigned to the part-load range, while with increased load and open shut-off
Here, both switching
In allen Ausführungen der Erfindung erfolgt das An- bzw. Abkoppeln der Schaltnocken zumindest in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinendrehzahl N. Zusätzlich können weitere Parameter, wie z.B. der Drosselklappenwinkel K, als Lastinformation der Steuerung 31 zugeführt werden. Die Steuerung 31 kann auch adaptiv ausgelegt sein. Hierbei wird gemäß Fig.1 über einen weiteren Eingang 43 beispielsweise ein Signal über die zeitliche Änderung des Drosselklappenwinkels K als ein Maß für die Dynamik des Fahrbetriebes eines mit diesem Ventilantrieb ausgestatteten Kraftfahrzeuges erfaßt. Eine bewußt ruhige Fahrweise ohne Dynamiksprünge verschiebt dabei das Zuschalten der mit größerem Hub ausgestatteten Nocken in ökonomische Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine. Bei betont sportlicher Fahrweise wird das Schalten in Bereiche verschoben, die optimale Werte für Leistung und Drehmoment liefern.In all embodiments of the invention, the switching cams are coupled or uncoupled at least as a function of the engine speed N. In addition, other parameters, such as the throttle valve angle K, are supplied to the
In Abwandlung davon kann ein manuell zu betätigender Schalter 44 vorgesehen sein, der ein Umschalten zwischen einer ökonomischen und einer sportlichen Fahrweise gemäß in der Steuerung 31 abgespeicherter, festgelegter Kennfelder gestattet. Aus diesen Kennfeldern werden Werte zum Schalten der Schaltnocken in Abhängigkeit der Drehzahl N ausgelesen.In a modification of this, a manually operated switch 44 can be provided, which allows a switchover between an economical and a sporty driving style in accordance with defined characteristic diagrams stored in the
In allen Ausführungen wird zum Festlegen der abgekoppelten Schaltnocken 14 bzw. 41, 42 ein hydraulisch betätigter Feststeller 45 mit einem Kolben 46 verwendet. Dieser ist gemäß Fig.6 in einem im Zylinderkopf gehaltenen Gehäuse 47 geführt und wird über eine Druckleitung 48 bei abgekoppelter Schaltnocke 14; 41, 42 ausgefahren. Somit ist eine definierte Stellung beim erneuten Einfahren der Kolben in die Einlauframpe 34 gegeben und es steht eine ausreichend große Zeitspanne zum formschlüssigen Verbinden zur Verfügung. Die Stellung ist dabei so gewählt, daß der Schaltnocken während des Zuschaltens mit seinem Grunkreis 49 auf dem Stößel 5 läuft.In all versions, a hydraulically operated locking
Claims (13)
- A valve-operating device for an internal-combustion engine, with at least one camshaft and at least two cams mounted thereon and having different profiles for actuating gas-change valves, wherein the said valves are optionally actuated by one or other cam, transmission members arranged between the camshaft and the gas-change valves being connected to one another with positive locking by means of axially displaceable pistons mounted therein, characterized in that the transmission members are formed by the cams, wherein at least one cam is connected in a rotationally fixed manner as a fixed cam (15, 16; 40) to the camshaft (1) and the other cam is mounted rotatably as a trip cam (14; 41, 42) on the camshaft (1).
- A valve-operating device according to Claim 1, characterized in that a fixed cam (15; 40) is mounted directly adjacent to a trip cam (14; 41) on the camshaft (1), wherein a piston (21; 43) mounted in an hydraulic chamber (13) in the fixed cam (15; 40) is movable with positive locking into a through bore (17) in the trip cam (14; 41) by means of oil pressure.
- A valve-operating device according to Claim 2, characterized in that the trip cam (14; 41) or the fixed cam (15; 40) [actuates] gas-change valves constructed as inlet valves (4) by way of a common tappet (5).
- A valve-operating device according to Claim 1, characterized in that a trip cam (14) is arranged between two fixed cams (15; 40), the maximum stroke of the trip cam (14) being greater than that of the fixed cams (15; 40).
- A valve-operating device according to Claim 4, characterized in that a spring-loaded hollow piston (22) is arranged in a bore (20) in one fixed cam (16), the hollow piston (22) displacing a piston (18) in a through bore (17) in the trip cam (14) and the said piston (18) in turn displacing a piston (21) in a bore (19) in the other fixed cam (15) when the oil pressure is switched off.
- A valve-operating device according to Claim 3, characterized in that the trip cam (14) acts upon the gas-change valves by way of a roller (35) connected to the tappet (5).
- A valve-operating device according to Claim 2, characterized in that directly adjacent to the trip cam (14) a further fixed cam (16) is mounted on the camshaft (1) in such a way that the trip cam (14) is arranged centrally between the fixed cams (15 and 16).
- A valve-operating device according to Claim 2, characterized in that directly adjacent to the fixed cam (40) a further trip cam (42) is mounted on the camshaft (1) in such a way that the fixed cam (40) is arranged centrally between the trip cams (41 and 42).
- A valve-operating device according to Claim 2 or 7, characterized in that all the cams having an identical stroke act upon a common tappet (5).
- A valve-operating device according to Claim 2 or 8, characterized in that the fixed cam (40) is provided with a shorter stroke than the trip cam (41, 42).
- A valve-operating device according to one or more of the preceding Claims 2 to 10, characterized in that the hydraulic chamber (13) is connected - by way of a central bore (6) extending in the camshaft (1) - to a pressure-oil line (11) cooperating with a shut-off valve (29) actuated by an electronic control (31).
- A valve-operating device according to Claim 11, characterized in that a switch (44) to be actuated manually is connected to the control (31), wherein performance graphs stored in the control (31) and controlling the shut-off valve (29) are selectable by the said switch (44).
- A valve-operating device according to one or more of the preceding Claims 2 to 12, characterized in that when the shut-off valve (29) is blocked the trip cam (14; 41, 42) [is] fixed by means of an hydraulic fixing means (45) having an extensible piston (46).
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