EP1234957B1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1234957B1 EP02002529A EP02002529A EP1234957B1 EP 1234957 B1 EP1234957 B1 EP 1234957B1 EP 02002529 A EP02002529 A EP 02002529A EP 02002529 A EP02002529 A EP 02002529A EP 1234957 B1 EP1234957 B1 EP 1234957B1
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valve
cam
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compensating device
valve drive
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EP1234957A2 (de
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Stephan Laiminger
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GE Jenbacher GmbH and Co OHG
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

Definitions

  • the invention relates to a valve train for an internal combustion engine, comprising a driven cam element and a valve which can be opened from the cam region of the rotating cam element against a closing spring and which has a hydraulic lash adjuster with a check valve and a discharge for a pressure transfer medium, the discharge line closed by means of a spring-loaded locking element over the cam portion of the cam member and open over the base circle area.
  • Mechanical valve trains with hydraulic lash adjusters are known in large numbers and in various designs. They serve to adjust the valve in the valve seat, so that it is actually properly closed over the base circle region of the cam element.
  • the adjustment results from the height of the pressure transmission medium, in particular oil, in the pressure chamber, which can be adjusted by changing the inflow.
  • the derivative has an increased flow resistance, for example due to a small cross-section, a throttle element od.
  • a valve clearance compensation has the disadvantage that the medium exits from the pressure chamber during the opening of the valve, ie during the application of the cam portion of the cam member via the derivative.
  • a displaceable inner sleeve is arranged, and in the intermediate space between the cup and the inner sleeve engages an adjustable in the cylinder head intermediate sleeve, wherein passage openings are opened or closed in the sleeves depending on the position of the cam member.
  • passage openings are only released again at the transition to the base circle area, so that the valve clearance is established.
  • the invention has now taken on the task of simplifying the circuit of the blocking element, and proposes for this purpose that the base circle portion of the cam member is provided with a free space into which the blocking element or a holding member associated therewith can enter.
  • the free space of the cam element opens and the locking element can be moved under the action of a spring, so that the derivative of the pressure transmitting element is released.
  • the blocking element can be arranged in the pressure chamber of the hydraulic storage compensation device, wherein it is displaceable in the valve axis and can engage with a second end directly into the free space of the cam element.
  • the blocking element is arranged laterally next to the clearance compensation device on the holding part, wherein the holding part is associated with a compression spring which presses the holding part in the recess of the cam element.
  • the holding part of the blocking element is slidably disposed on the play compensation device, and provided the Durckfeder between the lash adjuster and the holding part.
  • the holding part the clearance compensation device on both sides axially projecting and has limit stops for the displacement of the lash adjuster.
  • the force of the compression spring is preferably substantially less than that of the valve closing spring.
  • the check valve and a throttle element are preferably arranged in series in the discharge line.
  • a valve drive for an intake or exhaust valve 13 of an internal combustion engine has a driven camshaft, on which at least one cam element 1 is arranged, which opens the valve 13 against a valve spring 14.
  • the cam element 1 has a cam area and a base circle area, in which a recessed space 2 is provided which is recessed with respect to the base circle 3.
  • a hydraulic lash adjuster is provided which engages a piston 10 acting on the plunger of the valve 13, a cup-like actuating cylinder 18 in which the piston 10 slidably engages, and a pressure space 14 between the piston 10 and the bottom the adjusting cylinder 18 includes.
  • the pressure chamber 14 can be filled via a supply line 17 and a check valve 16 with a pressure transmission medium, in particular oil, and emptied via a discharge line 6, in which a check valve 9 and a throttle element 7 are arranged one behind the other.
  • a holding part 19 is slidably disposed, which protrudes axially on both sides via the actuating cylinder 18 and in the displacement of the actuating cylinder 18 projecting limit stops 5, 11.
  • the holding part 19 is further provided with a bottom, on which the cam element 1 rests.
  • a compression spring 4 is provided, which presses the holding part 19 against the cam member 1.
  • a blocking element 8 is connected to the holding part 19, so that upon a displacement of the holding part 19, the blocking element 8 is moved, and the check valve 9 opens or closes.
  • valve drive The function of the valve drive is now as follows: At the beginning of the opening phase of the valve 13, the cam member 1, the position shown in Fig. 1, in which the lying on the contour of the base circle 3 between the free space 2 and the cam portion peripheral portion on the holding part 19th rests.
  • the cam member 1 rotates in the direction of the arrow in the position shown in Fig. 2, the holding part 19 is displaced downwards.
  • the actuating cylinder 18 abuts the stop 5 of the holding part, and is moved along.
  • the check valve 16 blocks the supply line 17, and the blocking element 8 blocks the discharge line 6, so that the enclosed in the pressure chamber 14 pressure transmission medium can not escape.
  • the application of the cam element 1 is thus transmitted directly to the piston 10, which bears against the valve tappet.
  • valve 13 lifts off the valve seat 12 and opens the inlet or outlet area.
  • the relative remain Positions of all parts to each other unchanged, so that the valve 13 is moved back by the valve spring 15 back into the valve seat 12.
  • the derivative 6 remains locked, and the volume of the pressure chamber 14 unchanged. Since the actuating cylinder 18 abuts on the stop 5, the holding part 19 follows the receding contour of the cam area until the base circle 3 is reached.
  • the compression spring 4 takes over the further displacement of the holding part 19, and the blocking element 8 is - pulled out of the check valve 9 - at least schematically - so that the discharge line 6 is opened. Excess pressure-transmitting medium can flow out of the pressure chamber 14, braked by the throttle element 7. A lower stop 15 of the retaining element 19 limits the action of the compression spring 4, i. it can be the adjusting cylinder 18 is moved only to rest against the stop 11, whereby an excessive reduction of the pressure chamber volume is prevented despite the open check valve 9.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem angetriebenen Nockenelement und mit einem vom Nockenbereich des sich drehenden Nockenelements gegen eine Schließfeder öffenbaren Ventil, das eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung mit einer mit einem Rückschlagventil versehenen Zuleitung und einer Ableitung für ein Druckübertragungsmedium aufweist, wobei die Ableitung mittels eines federbeaufschlagten Sperrelements über den Nockenbereich des Nockenelements geschlossen und über den Grundkreisbereich offen ist.
  • Mechanische Ventiltriebe mit hydraulischen Spielausgleichseinrichtungen sind in großer Zahl und in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie dienen dazu, das Ventil im Ventilsitz zu justieren, sodaß es über den Grundkreisbereich des Nockenelementes auch tatsächlich einwandfrei geschlossen ist. Die Anpassung ergibt sich dabei durch die Höhe des Druckübertragungsmediums, insbesondere Öls, im Druckraum, die durch Veränderung des Zuflusses eingestellt werden kann. Die Ableitung weist einen erhöhten Strömungswiderstand auf, beispielsweise aufgrund eines geringen Querschnitts, eines Drosselelements od. dgl., um einen raschen Abfluß zu vermeiden. Da ein derartiger Ventilspielausgleich den Nachteil hat, daß das Medium aus dem Druckraum auch während des Öffnens des Ventils, also während der Beaufschlagung durch den Nockenbereich des Nockenelementes über die Ableitung austritt, wurde in der DE 41 24 184 A ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der einen Tassenstößel beinhaltet. In der Tasse ist eine verschiebbare Innenhülse angeordnet, und in den Zwischenraum zwischen der Tasse und der Innenhülse greift eine im Zylinderkopf einstellbar angeordnete Zwischenhülse ein, wobei Durchtrittsöffnungen in den Hülsen abhängig von der Stellung des Nockenelementes geöffnet oder geschlossen sind. Auf diese Weise ist der Austritt des Druckübertragungsmediums während der Ventilöffnung unterbunden, und das Spielausgleichselement kann nicht komprimiert werden. Die Durchtrittsöffnungen werden erst wieder beim Übergang zum Grundkreisbereich frei, sodaß sich das Ventilspiel einrichtet.
  • Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, die Schaltung des Sperrelementes zu vereinfachen, und schlägt hierzu vor, daß der Grundkreisbereich des Nockenelements mit einem Freiraum versehen ist, in den das Sperrelement oder ein ihm zugeordneter Halteteil eintreten kann.
  • Ab dem Übergang vom Nockenbereich in den Grundkreisbereich öffnet sich der Freiraum des Nockenelementes und das Sperrelement kann unter der Wirkung einer Feder verschoben werden, sodaß die Ableitung des Druckübertragungselementes freigegeben wird. Das Sperrelement kann im Druckraum der hydraulischen Speicherausgleichseinrichtung angeordnet sein, wobei es verschiebbar in der Ventilachse liegen und mit einem zweiten Ende direkt in den Freiraum des Nockenelementes eingreifen kann. Bevorzugt ist das Sperrelement jedoch seitlich neben der Spielausgleichseinrichtung am Halteteil angeordnet, wobei dem Halteteil eine Druckfeder zugeordnet ist, die den Halteteil in die Vertiefung des Nockenelementes drückt.
  • Der Halteteil des Sperrelementes ist auf der Spielausgleichseinrichtung verschiebbar angeordnet, und die Durckfeder zwischen der Spielausgleichseinrichtung und dem Halteteil vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, daß der Halteteil die Spielausgleichseinrichtung beiderseits axial überragt und Begrenzungsanschläge für den Verschiebeweg der Spielausgleichseinrichtung aufweist. Die Kraft der Druckfeder ist bevorzugt wesentlich geringer als die der Ventilschließfeder.
  • Um einen zu raschen Abfluß des Druckübertragungsmediums bei geöffnetem Sperrventil zu verhindern, sind bevorzugt das Sperrventil und ein Drosselelement in Serie in der Ableitung angeordnet.
  • Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ventiltriebes zu Beginn der Öffnungsphase,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ventiltriebes bei maximaler Ventilöffnung,
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ventiltriebs am Ende der Öffnungsphase, und
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ventiltriebs in der Schließstellung.
  • Ein Ventiltrieb für ein Ein- oder Auslaßventil 13 einer Brennkraftmaschine weist eine angetriebene Nockenwelle auf, auf der zumindest ein Nockenelement 1 angeordnet ist, das das Ventil 13 gegen eine Ventilfeder 14 öffnet. Das Nockenelement 1 weist einen Nockenbereich und einen Grundkreisbereich auf, in dem ein in bezug auf den Grundkreis 3 vertiefter Freiraum 2 vorgesehen ist. Zwischen dem Nockenelement 1 und dem Ventil 13 ist eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung vorgesehen, die einen auf den Stößel des Ventils 13 wirkenden Kolben 10, einen tassenartigen Stellzylinder 18, in den der Kolben 10 verschiebbar eingreift, und einen Druckraum 14 zwischen dem Kolben 10 und dem Boden des Stellzylinders 18 umfaßt. Der Druckraum 14 ist über eine Zuleitung 17 und ein Rückschlagventil 16 mit einem Druckübertragungsmedium, insbesondere Öl, befüllbar und über eine Ableitung 6 entleerbar, in der ein Sperrventil 9 und ein Drosselelement 7 hintereinander angeordnet sind. Auf dem Stellzylinder 18 ist ein Halteteil 19 verschiebbar angeordnet, der beidseitig über den Stellzylinder 18 axial vorsteht und in den Verschiebeweg des Stellzylinders 18 ragende Begrenzungsanschläge 5, 11 aufweist. Der Halteteil 19 ist weiters mit einem Boden versehen, an dem das Nockenelement 1 anliegt. Zwischen dem Stellzylinder 18 und dem Halteteil 19 ist eine Druckfeder 4 vorgesehen, die den Halteteil 19 gegen das Nockenelement 1 drückt.
  • An der Seite der Ableitung 6 ist mit dem Halteteil 19 ein Sperrelement 8 verbunden, sodaß bei einer Verschiebung des Halteteils 19 das Sperrelement 8 mitbewegt wird, und das Sperrventil 9 öffnet bzw. schließt.
  • Die Funktion des Ventiltriebs ist nun folgendermaßen: Zu Beginn der Öffnungsphase des Ventils 13 weist das Nockenelement 1 die in Fig. 1 gezeigte Position auf, in der der auf der Kontur des Grundkreises 3 zwischen dem Freiraum 2 und dem Nockenbereich liegende Umfangsabschnitt auf dem Halteteil 19 aufliegt. Wenn sich das Nockenelement 1 in Richtung des Pfeiles in die in Fig. 2 gezeigte Stellung dreht, wird der Halteteil 19 nach unten verdrängt. Der Stellzylinder 18 liegt am Anschlag 5 des Halteteils an, und wird mitverschoben. Das Rückschlagventil 16 sperrt die Zuleitung 17, und das Sperrelement 8 sperrt die Ableitung 6, sodaß das im Druckraum 14 eingeschlossene Druckübertragungsmedium nicht entweichen kann. Die Beaufschlagung durch das Nockenelement 1 wird somit direkt auf den Kolben 10 übertragen, der am Ventilstößel anliegt. Das Ventil 13 hebt vom Ventilsitz 12 ab und öffnet den Ein- oder Auslaßbereich. Bei der Weiterdrehung in die Stellung der Fig. 3 bleiben die relativen Positionen aller Teile zueinander unverändert, sodaß das Ventil 13 durch die Ventilfeder 15 wieder in den Ventilsitz 12 zurückbewegt wird. Die Ableitung 6 bleibt gesperrt, und das Volumen des Druckraums 14 unverändert. Da auch der Stellzylinder 18 am Anschlag 5 anliegt, folgt der Halteteil 19 der zurückweichenden Kontur des Nockenbereiches, bis der Grundkreis 3 erreicht ist.
  • Vor allem thermische Einflüsse können dazu führen, daß das Ventil 13 nicht richtig in den Ventilsitz eingetreten ist und ein geringer Spalt verbleibt. Um dies zu vermeiden, muß das Volumen des Druckraumes 14 verringert werden, sodaß der Kolben 10 tiefer in den Stellzylinder 18 eintreten kann. Bei der weiteren Drehung des Nockenelementes 1 in die Stellung gemäß Fig. 4 wird unter Ausbildung eines sogenannten Negativhubes der Freiraum2 im Grundkreisbereich wirksam, in den der Halteteil 19 eindringen kann. Es wird somit ein weiterer Wegabschnitt freigegeben, über den zuerst das gesamte Spielausgleichselement unter Wirkung der Ventilfeder 15 verschoben wird, bis das Ventil 13 vollständig geschlossen ist. Um die nötige Volumensverringerung im Druckraum 14 zu erzielen, übernimmt die Druckfeder 4 die weitere Verschiebung des Halteteiles 19, und das Sperrelement 8 wird aus dem Sperrventil 9 ― zumindest schematisch ― herausgezogen, sodaß die Ableitung 6 geöffnet wird. Überschüssiges Druckübertragungsmedium kann durch das Drosselelement 7 gebremst aus dem Druckraum 14 abfließen. Ein unterer Anschlag 15 des Halteelementes 19 begrenzt die Wirkung der Druckfeder 4, d.h. es kann der Stellzylinder 18 nur bis zur Anlage am Anschlag 11 verschoben werden, wodurch eine übermäßige Verringerung des Druckraumvolumens trotz geöffnetem Sperrventil 9 verhindert wird.
  • Soferne der Druckraum 14 zu wenig Medium enthält, strömt dieses über die Zuleitung 17 und das Rückschlagventil 16 nach, wobei das Drosselelement 7 gleichzeitig den raschen Abfluß unterbricht.
  • Bei der Weiterdrehung in die Position der Fig. 1 werden, da die Druckfeder 4 schwächer als die Ventilfeder 15 ist, zuerst der Halteteil 19 und das Sperrelement 8 bewegt, bis das Halteelement 19 am Stellzylinder 18 aufliegt, wobei das Sperrventil 9 geschlossen wird. Das Öffnen des Ventils 13 erfolgt somit wieder wie beschrieben, wobei ein Einsinken der Ventilspielausgleichseinrichtung aufgrund der gesperrten Ableitung 6 verhindert ist.

Claims (4)

  1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem angetriebenen Nockenelement (1) und mit einem vom Nockenbereich des sich drehenden Nockenelements gegen eine Schließfeder (15) öffenbaren Ventil (13), das eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung mit einer mit einem Rückschlagventil (16) versehenen Zuleitung (17) und einer Ableitung (6) für ein Druckübertragungsmedium aufweist, wobei die Ableitung (6) mittels eines federbeaufschlagten Sperrelements (8) über den Nockenbereich des Nockenelements (1) geschlossen und über den Grundkreisbereich offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkreisbereich des Nockenelements (1) mit einem Freiraum (2) versehen ist, in den ein Halteteil (19) des Sperrelements (8) eintreten kann, und daß der Halteteil (19) des Sperrelementes (8) auf der Spielausgleichseinrichtung verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Spielausgleichseinrichtung und dem Halteteil (19) eine Druckfeder (4) vorgesehen ist.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteteil (19) die Spielausgleichseinrichtung beiderseits axial überragt und Begrenzungsanschläge (5, 11) für den Verschiebeweg der Spielausgleichseinrichtung aufweist.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (8) seitlich neben der Spielausgleichseinrichtung am Halteteil (19) angeordnet ist, wobei die Druckfeder (4) dem Halteteil (19) zugeordnet ist.
  4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (8) und ein Drosselelement (7) in Serie in der Ableitung (6) angeordnet sind.
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