EP1298288B1 - Valve actuating element for a valve of an internal combustion engine - Google Patents
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- F01L1/34406—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 helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventilbetätigungselement für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a valve actuating element for a gas exchange valve a Internal combustion engine according to the mentioned in the preamble of claim 1 Art.
Die Erfindung geht aus von der deutschen Patentschrift 35 26 292 C2. In dieser ist eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung in einem Kipphebel für Brennkraftmaschinen beschrieben. Der Kipphebel verfügt über eine Schmierölzufuhr in seiner Achse. Durch eine Bohrung in der Achse und einer weiteren Bohrung im Kipphebel wird Schmieröl zu einer Ventilspielausgleichseinrichtung befördert, die in dem Ende des Kipphebels integriert ist, welcher auf einem Gaswechselventil aufliegt. Durch eine Bohrung in dem hydraulischen Ventilspielausgleichselement auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite und einer Ölrückführbohrung an dem Kipphebel ist die Ölrückführung zu seiner Achse möglich. Zwischen der Achse und der Ölrückführbohrung ist eine Öffnung eingearbeitet, durch die die im Schmieröl befindlichen Gase aus diesem entweichen können.The invention is based on German Patent 35 26 292 C2. In this is a hydraulic valve clearance compensation device in a rocker arm for internal combustion engines described. The rocker arm has a lubricating oil supply in his axis. Through a hole in the axis and another hole in the Rocker arm lubricating oil is conveyed to a lash adjuster, which in the end of the rocker arm is integrated, which rests on a gas exchange valve. Through a hole in the hydraulic valve clearance compensation element the side facing away from the gas exchange valve and an oil return hole on the Rocker arm, the oil return to its axis is possible. Between the axis and The oil return hole is an opening incorporated through which in the lubricating oil located gases can escape from this.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist aufgrund der Gasabführöffnung die ständig notwendige Ölnachfuhr, damit das hydraulische Ventilspielausgleichselement im ständigen Kontakt mit dem Gaswechselventil bleibt. A disadvantage of this configuration is due to the Gasabführöffnung constantly necessary oil supply, so that the hydraulic valve clearance compensation element in constant contact with the gas exchange valve remains.
Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Ventilbetätigungselement mit einem hydraulischen Spielausgleichselement eine Ventilabschaltung zu realisieren, wobei gleichzeitig die Leckageverluste minimiert sind.The object of the invention is for a valve actuator with a hydraulic Loss compensation element to realize a valve shutdown, while simultaneously the leakage losses are minimized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 gelöst.
In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung sowohl für Kipphebel
als auch für Schlepphebel eingesetzt werden. Darüber hinaus handelt es sich
nur um geringe bewegte Massen im Ventiltrieb, wodurch auch bei höheren Drehzahlen
Gaswechselventile zu- und abgeschalten werden können. Durch den Entfall von
mechanischen Schaltsystemen, wie z. B. Verriegelungsstiften, treten bei dieser Erfindung
keine Verschleißprobleme auf. Neben der nahezu völligen Verschleißfreiheit
ist besonders hervorzuheben, dass bei der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung
keine zusätzliche aufwendige Ölversorgung bzw. zusätzliche Schaltventile benötigt
werden. Die hydraulische Umschaltung gestattet darüber hinaus die Verwendung
von einfachen Nockenkonturen, wie sie in Ventiltrieben ohne Schaltvorrichtung eingesetzt
werden. Insgesamt stellt das hier vorgestellte Schaltsystem eine relativ einfache
Lösung dar, die auch fertigungstechnisch einfach herstellbar ist. Aus diesem
Grund sind die Herstellkosten relativ niedrig. Bei Verwendung eines derartigen Systems
für jedes Ein- bzw. Auslassventil, ist es auf einfache Weise möglich, eine Ventilabschaltung
oder auch eine Zylinderabschaltung durchzuführen. Bei Verwendung
des brennkraftmaschineneigenen Schmiermittelsystems, wird keine weitere zusätzliche
Hochdruckschmiermittelversorgung benötigt. Darüber hinaus sind nur geringe
Änderungen an einem herkömmlichen Zylinderkopf zur Adaption des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Systems notwendig.This object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.
Advantageously, the embodiment according to the invention can be used both for rocker arms and for rocker arms. In addition, there are only small moving masses in the valve train, which can be switched on and off at higher speeds gas exchange valves. Due to the omission of mechanical switching systems, such. B. locking pins occur in this invention no wear problems. In addition to the almost complete wear-free is particularly noteworthy that in the embodiment proposed here no additional complex oil supply or additional switching valves are needed. The hydraulic changeover also allows the use of simple cam contours, as used in valve trains without switching device. Overall, the switching system presented here represents a relatively simple solution, which is also easy to manufacture. For this reason, the manufacturing costs are relatively low. When using such a system for each inlet or outlet valve, it is easily possible to perform a valve shutdown or a cylinder shutdown. When using the internal combustion engine's own lubricant system, no additional additional high-pressure lubricant supply is needed. In addition, only minor changes to a conventional cylinder head for adapting the inventively proposed system are necessary.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine einfache Herstellung des Ventilbetätigungselementes, wodurch trotz der Schaltbarkeit die Herstellkosten kaum erhöht werden.An embodiment according to claim 2 enables a simple production of the valve actuating element, which, despite the switchability, the production costs hardly increase.
Auch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 reduziert die Herstellkosten für das erfindungsgemäße Ventilbetätigungselement. The embodiment according to claim 3 reduces the production costs for the inventive Valve actuator.
Eine Schwenkeinrichtung nach den Ansprüchen 4 mit 6 gestattet den Entwicklungsingenieuren einen weiten Spielraum hinsichtlich der Auswahl des Stellelements bzw. der Kraftübertragungsmöglichkeiten vom Stellelement auf die Achse. Über die Auswahl des Stellelementes mit elektrischem oder hydraulischem Antrieb in Verbindung mit den Kraftübertragungselementen, beispielsweise über Schneckentrieb, Riementrieb, Flügelzellenversteller, Axialkolbenversteller mit Schrägverzahnung usw. können fast beliebige Ausgestaltungsvarianten miteinander kombiniert werden. Somit kann für jedes Ventiltriebskonzept die optimale Verstelleinheit angepasst werden.A pivoting device according to claims 4 to 6 allows the development engineers a wide margin in terms of the selection of the actuating element or the power transmission options from the actuator to the axle. About the selection of the control element with electric or hydraulic drive in connection with the force transmission elements, for example via worm drive, Belt drive, vane-type adjuster, axial piston adjuster with helical toothing etc., almost any design variants can be combined become. Thus, for each valve train concept, the optimum adjustment be adjusted.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 7 ermöglicht dem Entwickler weitere gestalterische Freiheiten bezüglich der Hydraulikmittelzuführung zu dem Verstellsystem.An embodiment according to claim 7 allows the developer more creative Freedoms regarding the hydraulic fluid supply to the adjustment.
Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in zwei Figuren näher erläutert.
- Fig. 1:
- Schnittzeichnung durch ein Ventilbetätigungselement
- Fig. 2:
- Schematische Darstellung eines Antriebs einer Achse
- Fig. 1:
- Sectional drawing through a valve actuator
- Fig. 2:
- Schematic representation of a drive of an axis
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ventilbetätigungselement 1, welches radial um
eine Hydraulikleitung 4 mit einem Hydraulikmedium führenden Bereich 5 und einer
Achse 3, angeordnet ist, und mit einem hydraulischen Spielausgleichselement 6,
bestehend aus einem Stößel 11 und einer Hydraulikkammer 12, in die eine erste
Feder 13 angeordnet ist. Der Hydraulikmedium führende Bereich 5 steht über ein
Einwegeventil 8, bestehend aus einem Käfig 14, einer Kugel 15 und einer zweiten
Feder 16, über eine Versorgungsleitung 7 mit der Hydraulikkammer 12 in Verbindung
und die Versorgungsleitung 7 ist gleichzeitig über eine Rückflussleitung 9 an
die Hydraulikleitung 4 zurückgeführt. Die Rückflussleitung 9 dient bei abgeschaltetem
Gaswechselventil gleichzeitig als Versorgungsleitung für Hydraulikmedium. Der
Stößel 11 liegt auf einem Gaswechselventil 2 auf, während auf der, dem Gaswechselventil
2 gegenüberliegenden Seite ein Nocken 10 mit dem Ventilbetätigungselement
1 in Wirkverbindung steht. Fig. 1 shows a section through a valve actuating element 1, which radially to
a hydraulic line 4 with a hydraulic medium leading portion 5 and a
Axis 3, is arranged, and with a hydraulic
In der dargestellten Position ist das Gaswechselventil 2 aktiviert. Das Hydraulikmedium,
hier Motoröl, wird durch die Hydraulikleitung 4 durch eine Bohrung 22 in
der Hydraulikleitung 4, durch das Einwegeventil 8 und die Versorgungsleitung 7 in
die Hydraulikkammer 12 gefördert und befüllt diese mit Hydraulikmedium. Durch die
Füllung mit Hydraulikmedium und durch die Federwirkung der ersten Feder 13, die
den Stößel 11 aus der Hydraulikkammer 12 drückt, wird ein eventuell vorhandenes
Spiel zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Ventilbetätigungselement 1 ausgeglichen.In the illustrated position, the gas exchange valve 2 is activated. The hydraulic medium,
Here engine oil is through the hydraulic line 4 through a
Durch Drehung des Nockens 10 von einem Nockengrundkreis in einen Nockenhubbereich
wird das Ventilbetätigungselement 1 um seinen Drehpunkt, die Achse 3, im
Uhrzeigersinn geschwenkt. Das in erster Näherung inkompressible Hydraulikmedium
in der Hydraulikkammer 12 überträgt den Nockenhub über den Stößel 11 auf
das Gaswechselventil 2. Das Gaswechselventil 2 öffnet sich entsprechend der Hubvorgabe
des Nockens 10.By rotating the
Das Einwegeventil 8 verhindert ein Zurückdrücken des Hydraulikmediums in die Hydraulikleitung 4. Gleichzeitig wird eine kleine Menge Hydraulikmedium durch die Rückflussleitung 9 in einen Bewegungsspalt zwischen der Hydraulikleitung 4 und dem Ventilbetätigungselement 1 gedrückt und sorgt in diesem Gleitreibungsbereich für die notwendige Schmierung. Ein Bewegungsringspalt, der nicht näher dargestellt ist, zwischen dem Stößel 11 und dem Ventilbetätigungselement 1 ist ebenfalls gleichzeitig ein Leckagespalt.The one-way valve 8 prevents a back pressure of the hydraulic medium in the Hydraulic line 4. At the same time, a small amount of hydraulic fluid through the Return line 9 in a movement gap between the hydraulic line 4 and pressed the valve operating member 1 and provides in this Gleitreibungsbereich for the necessary lubrication. A movement ring gap, which is not shown in detail is, between the plunger 11 and the valve operating member 1 is also at the same time a leakage gap.
Wenn der Nocken 10 weitergedreht wird und der Berührpunkt zwischen dem Stößel
11 und dem Nocken 10 wieder in dem Nockengrundkreisbereich liegt, öffnet sich
das Einwegeventil 8 und Hydraulikmedium wird infolge der Druckdifferenz zwischen
dem hydraulikmedienführenden Bereich 5 und der Hydraulikkammer 12 sowie der
Federkraft der ersten Feder 13 in die Hydraulikkammer 12 gesaugt. Hierdurch wird
eventuelles Spiel zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 ausgeglichen. When the
Zur Deaktivierung des Gaswechselventils 2 wird die Hydraulikleitung 4 um die Achse
3 derart verdreht, dass die Bohrung 22 mit der Rückflussleitung 9 verbunden und
die Versorgungsbohrung 7 verschlossen ist.To deactivate the gas exchange valve 2, the hydraulic line 4 is about the axis
3 so twisted that the
Drückt der Nocken 10 in dieser Stellung der Hydraulikleitung 4 auf das Ventilbetätigungselement
1, so kann sich so kein Hochdruck in der Hydraulikkammer 12 aufbauen.
Das Hydraulikmedium wird infolge der einwirkenden Kraft zwischen dem
Nockens 10 und dem Gaswechselventil 2 auf das Ventilbetätigungselement 1 aus
der Hydraulikkammer 12 zurück in die Hydraulikleitung 4 gedrückt. Das Gaswechselventil
bleibt in seiner Ruheposition und ist deaktiviert. Voraussetzung hierfür ist,
das trotz einer Schwenkbewegung des Ventilbetätigungselements 1 die Versorgungsleitung
7 immer mit der Bohrung 22 und somit mit der Rückflussleitung 9 verbunden
bleibt. Die erste Feder 13 sorgt dabei für ständigen Kontakt zwischen dem
Nocken 10, dem Ventilbetätigungselement 1, dem Stößel 11 und dem Gaswechselventil
2.Press the
In der Nockengrundkreisphase wird eventuelles Spiel zwischen dem Gaswechselventil
und dem Stößel 11 durch die Federwirkung der ersten Feder 13 und dem Befüllen
der Hydraulikkammer 12 mit Hydraulikmedium ausgeglichen.In the cam base circle phase, any play will occur between the gas exchange valve
and the plunger 11 by the spring action of the
In dem Ventilbetätigungselement 1 sind ferner zwei Bohrungen 9a, eine Bearbeitungsbohrung für die Rückflussleitung 9 und eine weitere Bohrung 7a, eine Bearbeitungsbohrung zur Versorgungsleitung 7 erkennbar. Diese, im Zusammenbau durch die Hydraulikleitung 4 verschlossenen Bohrungen 7a und 9a gestatten eine einfache mechanische Fertigung der Rückflussleitung 9 sowie der Versorgungsleitung 7 sowie eine einfache Implementierung des Einwegeventils 8 in das Ventilbetätigungselement 1.In the valve actuating element 1, two bores 9 a, a machining bore, are also provided for the return line 9 and a further bore 7a, a machining bore to the supply line 7 recognizable. These, in the assembly by the hydraulic line 4 sealed holes 7a and 9a allow a simple mechanical production of the return line 9 and the supply line 7 and a simple implementation of the one-way valve 8 in the valve actuator 1.
Die in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen gelten auch für Fig. 2, die eine schematische
Darstellung eines Antriebs der Hydraulikleitung 4 zeigt. Der Antrieb erfolgt über
ein Stellelement 17, welches mit einem ersten Übertragungselement 19, hier einem
Stirnzahnrad, in Verbindung steht. Dieses kämmt mit einem zweiten Übertragungselement
20, einem zweiten Stirnzahnrad, welches an der Hydraulikleitung 4 radial
am Außenumfang befestigt ist. Durch das Übertragungsverhältnis des ersten Übertragungselementes
19 zum zweiten Übertragungselement 20 kann eine fast beliebige
Übersetzung bzw. Untersetzung realisiert werden. In der Hydraulikleitung 4 ist
radial ein Langloch 21, ein Hydraulikzulauf sowie die Bohrung 22 erkennbar. Die
Stirnseiten der Hydraulikleitung 4 sind verschlossen und Hydraulikmedium wird
durch den Hydraulikzulauf 21 in die Hydraulikleitung 4 gefördert. Durch die Bohrung
22, die je nach Schaltzustand entweder bündig mit der Versorgungsleitung 7 ist oder
mit der Rückflussleitung 9 in Verbindung steht, wird das Hydraulikmedium entweder
in die Hydraulikkammer 12 oder aus dieser zurück in die Hydraulikleitung 4 gefördert.The reference numerals used in FIG. 1 also apply to FIG. 2, which is a schematic
Representation of a drive of the hydraulic line 4 shows. The drive is via
an
Eine weitere Möglichkeit die Hydraulikleitung 4 zu schwenken besteht darin, dies über einen nicht dargestellten Hebel von einem ebenfalls nicht dargestellten Aktor zu verdrehen. Als Aktor sind elektromagnetische, hydraulische, pneumatische, mechanische oder piezoelektrische Systeme möglich.Another way to pivot the hydraulic line 4 is this via a lever, not shown, of an actuator, also not shown to twist. Actuators are electromagnetic, hydraulic, pneumatic, mechanical or piezoelectric systems possible.
Das Hydraulikmedium kann dabei über den Hydraulikzulauf 21, z. B. durch ein
Schwinghebelachsenlager in die Hydraulikleitung 4 geführt werden und von dort
über die Bohrung 22 zu den Versorgungsleitungen 7, bzw. Rückflussleitungen 9 der
einzelnen Ventilbetätigungselemente 1 gelangen.The hydraulic medium can via the
Eine weitere Variante zur Verdrehung der Hydraulikleitung 4 besteht darin, die Hydraulikleitung 4 mit einem Elektromotor und einem Schneckengetriebe die Hydraulikleitung 4 zu verdrehen. Weitere Varianten wären Antriebe über einen Riementrieb, bzw. Flügelzellenversteller oder Axialkolbenversteller mit Schrägverzahnung.Another variant for rotating the hydraulic line 4 is the hydraulic line 4 with an electric motor and a worm gear, the hydraulic line 4 to twist. Other variants would be drives via a belt drive, or Flügelzellenversteller or axial piston adjuster with helical teeth.
Die gesamte hier vorgestellte Erfindung könnte bei genügend schneller Verdrehung
der Hydraulikleitung 4 und entsprechend genauer Anpassung der Toleranzen auch
zur Variation des Gaswechselventilhubes bei Motoren mit geringer Zylinderanzahl
verwendet werden, indem während der Gaswechselventilhubphase die Bohrung 22
kurzzeitig mit der Rückflussleitung 9 übereinandergebracht wird und somit eine definierte
Hydraulikmittelmenge aus der Hydraulikkammer 12 entweichen kann. Hierdurch
wird ein verringerter Gaswechselventilhub erreicht. The entire invention presented here could be sufficiently fast twisting
the hydraulic line 4 and correspondingly more accurate adaptation of the tolerances also
for varying the Gaswechselventilhubes for engines with a small number of cylinders
be used by during the Gaswechselventilhubphase the
Das erfindungsgemäße Ventilbetätigungselement 1 kann beispielsweise nur für ein Gaswechselventil 2 einer Brennkraftmaschine oder für mehrere Gaswechselventile eines Zylinders oder auch für alle Gaswechselventile der Brennkraftmaschine gleichzeitig eingesetzt werden.The valve actuating element 1 according to the invention can, for example, only for one Gas exchange valve 2 of an internal combustion engine or for a plurality of gas exchange valves a cylinder or for all gas exchange valves of the internal combustion engine be used simultaneously.
In technischen Ausführungen ist noch darauf zu achten, dass zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 ein weiteres Bauelement angeordnet ist, Winkelveränderung zwischen dem Gaswechselventil 2 und dem Stößel 11 aufgrund der Verkippung des Ventilbetätigungselementes 1 ausgleicht. In technical versions is still to make sure that between the gas exchange valve 2 and the plunger 11 another component is arranged, angle change between the gas exchange valve 2 and the plunger 11 due to Tilting of the valve actuating element 1 compensates.
- 11
- VentilbetätigungselementValve actuator
- 22
- GaswechselventilGas exchange valve
- 33
- Achseaxis
- 44
- Hydraulikleitunghydraulic line
- 55
- Hydraulikmediumführender BereichHydraulic fluid carrying area
- 66
- Hydraulisches SpielausgleichselementHydraulic clearance compensation element
- 77
- Versorgungsbohrungsupply hole
- 7a7a
- Bearbeitungsbohrung der VersorgungsleitungProcessing bore of the supply line
- 88th
- Einwegeventilone-way
- 99
- RückflussleitungReturn line
- 9a9a
- Bearbeitungsbohrung RückflussleitungMachining bore return line
- 1010
- Nockencam
- 1111
- Stößeltappet
- 1212
- Hydraulikkammerhydraulic chamber
- 1313
- Erste FederFirst spring
- 1414
- KäfigCage
- 1515
- KugelBullet
- 1616
- Zweite FederSecond spring
- 1717
- Stellelementactuator
- 1818
- Übersetzungtranslation
- 1919
- Erstes ÜbertragungselementFirst transmission element
- 2020
- Zweites ÜbertragungselementSecond transmission element
- 2121
- Hydraulikzulaufhydraulic inlet
- 2222
- Bohrungdrilling
Claims (7)
- An actuating element for a gas change valve of an internal combustion engine pivotably mounted around an axis of a hydraulic line and with a region for conveying hydraulic medium, wherein a hydraulic clearance compensating element is disposed in the valve actuating element at a distance from the hydraulic line and acts on the gas change valve, and the hydraulic clearance compensating element is supplied with hydraulic medium from the hydraulic line through a supply line incorporating a one-way valve, wherein the supply line is connected to a return line back to the hydraulic line,
characterised in that the hydraulic line (4) is pivotable around its axis (3) and alternately connects the supply line (7) and the return line (8) to the hydraulic medium-conveying region (5). - An actuating element for a gas change valve according to claim 1,
characterised in that the non-return valve (8) is disposed on the hydraulic line (4). - An actuating element for a gas change valve according to either of the previous claims, wherein the hydraulic clearance compensating element is disposed in a casing,
characterised in that the valve actuating element (1) is the casing. - An actuating element for a gas change valve according to at least one of the previous claims,
characterised in that the hydraulic line (4) is pivotable by an adjusting element (17). - An actuating element for a gas change valve according to claim 4,
characterised in that the hydraulic line (4) is pivotable by the adjusting element (17), either directly or via gearing (18). - An actuating element for a gas change valve according to claims 4 and 5,
characterised in that the adjusting element (17) is electrically or hydraulically driven. - An actuating element for a gas change valve according to at least one of the previous claims,
characterised in that hydraulic medium is supplied to the hydraulic line in the radial or axial direction.
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