EP1722076B1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a valve train for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
- a fixing device is provided, with which the support element is fixed in position in a first position, corresponding to a maximum valve lift of the gas exchange valve, wherein a stop in the pressure chamber of the support element is provided, with which the unfixed support element is positionally fixed in a second position.
- a disadvantage of the described embodiment is the very complicated to be manufactured adjusting mechanism for the variable-stroke valve drive of the internal combustion engine, and the high forces acting on the locking mechanism.
- Object of the present invention is to show a measure of how the structural complexity and at the same time the forces occurring in a generic valve train for Ventilhubsver ein can be significantly reduced.
- VANOS camshaft turning device
- the intake gas exchange valves may have different strokes (maximum lift (X) and mini lift (Y)) to increase charge and swirl in the combustion chamber in the medium speed range.
- the short opening of the mini-lift gas exchange valve ie a valve lift less than 2 mm (Y), prevents a larger HC output (hydrocarbon discharge), since no fuel can accumulate on it as with a completely closed intake gas changeover valve.
- the valve train according to the invention requires no special manufacturing tolerances in the mini stroke, since the Hubetzels the rotating cam very well, the opening and closing time very precise and the mini stroke (Y) is very easy to adjust from the outside when needed, which is especially in idle and idle close range of the engine a good synchronization with low speed fluctuations is achieved.
- the valve train according to the invention can also be used for Auslassgas crispventile.
- a preferred embodiment of the clearance compensation element is the use of a hydraulic clearance compensation element.
- the intermediate element is preferably a tilting or drag lever, particularly preferably with a roller.
- the valve train 1 has a camshaft 2 with a cam 2 ', which is in operative connection with a roller 4' of an intermediate element 4.
- the intermediate element 4 is a drag lever, which may also be a rocker arm in another embodiment.
- the intermediate element 4 rests on the one hand on a valve stem end 3 'of a gas exchange valve 3 and on the other hand on a support element 6.
- a spring element 7 is arranged, which presses the support element 6 together with the intermediate element 4 in the direction of the camshaft 2.
- the support element 6 is held by a fixing device 9 in a defined position. In this position, the gas exchange valve 3 is opened upon actuation of the valve train 1 by the cam 2 'with a maximum stroke (X) against a spring force of a valve spring 5.
- Fig. 2 in which the same reference numerals for the same components as in Fig. 1 apply, the same valve train for the internal combustion engine is shown again, but with an unlocked support 6.
- the support element 6 is now on the stop 10 and the gas exchange valve 3 has a mini stroke (Y) of a maximum of 2 mm due to the changed ratio.
- a very simple, extremely low-cost variability in the valve train 1 can be realized without the relevant mass for high speeds in the valve train 1 increase.
- the installation space in the cylinder head 8 is neither increased in comparison to a cylinder head without this variability, nor is a noticeable increase in weight ascertainable, since neither additional adjusting motors, additional control shafts or the like are required.
- a camshaft twisting device VANOS can be combined with the valve drive 1 according to the invention.
- the opening angles of the intake gas exchange valves required for higher speeds and higher power can be increased to a certain extent.
- the intake gas exchange valves 3 may also have different strokes, maximum lift (X) and mini lift (Y), in order to increase filling and swirl in the combustion chamber in the middle speed range.
- X maximum lift
- Y mini lift
- the short opening of the mini-lift gas exchange valve prevents a larger HC emissions (hydrocarbon emissions), since no fuel, as in a completely closed inlet gas exchange valve, can attach to this.
- valve gear 1 according to the invention requires in the Minihub Scheme (Y) no special manufacturing tolerances, since the Hubaufels the rotating cam very well, the opening and closing time very precise and the Minihub (Y) is very easy to adjust from the outside if necessary, which is particularly idle and idle region of the engine good synchronization with low speed fluctuations is achieved.
- the valve gear 1 according to the invention can also be used for Auslassgas strigventile.
- the cam 2 ' actuates a gas exchange valve 3, wherein the support member 6 has a fixing device 9, which causes the usual full stroke (X) of the gas exchange valve in the blocked state.
- the support member 6 takes on the cam lift such that the gas exchange valve 3 initially remains closed.
- the valve drive 1 runs against a fixed, advantageously also adjustable stop 10, so that the gas exchange valve 3 now has to compulsively open a mini-stroke (Y).
- a gas exchange valve speed assumes values that move in the ramp range of conventional valve trains and also the mini-stroke (Y) is driven only in the lower speed range.
- Y mini-stroke
- no higher opening and closing speeds of the gas exchange valve 3 are achieved than in a conventional valve train.
- the stop 10 can also be provided with an oil damping.
- the gas exchange valve speed is plotted against the cam angle.
- the gas exchange valve speed curve corresponds to an opening of the gas exchange valve 3 for a maximum lift (X).
- the opening stroke of the gas exchange valve 3 begins in the coordinate 0, 0 with a ramp region, which is predetermined by a contour of the cam 2 ', as used in valve trains without hydraulic clearance compensation.
- the region of the maximum gas exchange valve speed adjoins the ramp region in accordance with the further gas exchange valve opening stroke.
- the gas exchange valve speed is reached 0 m / s, after the zero crossing, which is designated with the cam tip, closes the gas exchange valve 3 again.
- the hatching area shown hatched in which the valve train 1 can be switched to the mini-stroke (Y).
- a clearance compensation element preferably a hydraulic clearance compensation element is integrated into the support element 6.
- the position fixing according to the invention can also be used when the valve train has no intermediate element.
- An example of this is a valve train with a valve cup, which below the bottom to the valve stem an element, for example, instead of a hydraulic lash adjuster, includes having a corresponding locking device.
- the operation of the locking device is slightly more difficult, the oscillating mass increases slightly and the space slightly increased, in this embodiment, the insects 4 and the support member 6 would be represented together by the valve cup.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Sie geht von der
deutschen Offenlegungsschrift DE 42 11 631 A1 aus, in der ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle beschrieben ist, deren Nocke ein Gaswechselventil mittelbar über ein Zwischenelement gegen eine Federkraft einer Ventilfeder betätigt. Das Zwischenelement ist auf einem Ventilschaftende des Gaswechselventils, sowie auf einem Abstützelement, einem hydraulischen Spielausgleichselement, abgestützt. Das Abstützelement ist ferner über eine Federkraft eines Federelementes gegenüber dem Zylinderkopf abgestützt, wobei die Federkraft des Federelementes kleiner als die Federkraft der Ventilfeder ist. Weiter ist eine Fixiervorrichtung vorgesehen, mit der das Abstützelement in einer ersten Lage, entsprechend einem maximalen Ventilhub des Gaswechselventils lagefixierbar ist, wobei ein Anschlag im Druckraum des Abstützelementes vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement in einer zweiten Lage lagefixierbar ist. - Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist der sehr aufwendig zu fertigende Verstellmechanismus für den hubvariablen Ventiltrieb der Brennkraftmaschine, sowie die hohen Kräfte, die auf den Rastmechanismus einwirken.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, wie der bauliche Aufwand für und gleichzeitig die auftretenden Kräfte in einem gattungsgemäßen Ventiltrieb zur Ventilhubsverstellung deutlich reduziert werden können.
- Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein Anschlag für das Abstützelement vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement in einer zweiten Lage lagefixierbar ist, entsprechend einem Ventilhub des Gaswechselventils kleiner als 2 mm, d. h. für eine geringe Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Bei geeigneter Wahl des zwischen dem Nocken und dem Gaswechselventil angeordneten Zwischenelementes, welches gemäß Patentanspruch 6 ein Kipp- oder Schlepphebel bzw. ein Rollenkipp- oder ein Rollenschlepphebel ist, lässt sich eine sehr einfache, extrem kostengünstige Variabilität im Ventiltrieb realisieren, ohne die für hohe Drehzahlen relevante Masse zu erhöhen. Der Bauraum im Zylinderkopf wird im Vergleich zu einem Zylinderkopf ohne diese Variabilität weder vergrößert, noch ist eine spürbare Gewichtszunahme feststellbar, da weder zusätzliche Verstellmotoren, noch Steuerwellen oder dgl. benötigt werden. Bei Bedarf kann eine Nockenwellenverdreheinrichtung (VANOS) mit dem vorgeschlagenen Ventiltrieb kombiniert werden. Da die im unteren Drehzahlbereich schädlichen Ventilöffnungsüberschneidungen von Einiass- und Auslassgaswechselventil vermieden werden (bei externer Gemischaufbereitung, d. h. Saugrohreinspritzung), können die für höhere Drehzahlen und höhere Leistung erforderlichen Öffnungswinkel der Gaswechselventile in einem gewissen Rahmen vergrößert werden. Bei 4-Ventil-Brennkraftmaschinen können die Einlassgaswechselventile unterschiedliche Hübe aufweisen (Maximalhub (X) und Minihub (Y)), um im mittleren Drehzahlbereich Füllung und Drall im Brennraum zu erhöhen. Das kurze Öffnen des Minihub-Gaswechselventils, d. h. ein Ventilhub kleiner 2 mm (Y), verhindert hierbei einen größeren HC-Ausstoß (Kohlenwasserstoffausstoß), da sich kein Kraftstoff wie bei einem gänzlich geschlossenen Einlassgaswechselventil an diesem anlagern kann. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb erfordert im Minihubbereich keine sonderlichen Fertigungstoleranzen, da die Hubauflösung des umlaufenden Nockens sehr gut, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt sehr präzise und der Minihub (Y) bei Bedarf sehr einfach von außen einstellbar ist, womit besonders im Leerlauf und leerlaufnahem Bereich der Brennkraftmaschine ein guter Gleichlauf mit geringen Drehzahlschwankungen erzielt wird. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb auch für Auslassgaswechselventile verwendet werden. - Durch die Ausgestaltung gemäß kann in vorteilhafter Weise die Hubhöhe des Gaswechselventils im Minihubbereich zusätzlich innerhalb des vorgeschlagenen Minihubbereichs variiert werden.
- Durch die Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 2 und 3 wird ein spielfreier Ventiltrieb erzielt.
- Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Spielausgleichselementes ist die Verwendung eines hydraulischen Spielausgleichselementes.
- Wie bereits unter den vorteilhaften Wirkungen von Patentanspruch 1 ausgeführt, ist das Zwischenelement vorzugsweise ein Kipp- oder Schlepphebel, besonders bevorzugt mit einer Rolle.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt in einer Schemazeichnung das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einem maximalen Gaswechselventilhub;
- Fig. 2
- zeigt die gleiche Schemazeichnung wie
Fig. 1 , jedoch für einen Minihub des Gaswechselventils; - Fig. 3
- zeigt in einem Diagramm eine Gaswechselventilgeschwindigkeit über einem Nockenwinkel aufgetragen.
-
Fig. 1 zeigt eine Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 8. Der Ventiltrieb 1 weist eine Nockenwelle 2 mit einem Nocken 2' auf, der mit einer Rolle 4' eines Zwischenelementes 4 in Wirkverbindung steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Zwischenelement 4 ein Schlepphebel, der in einem anderen Ausführungsbeispiel auch ein Kipphebel sein kann. Das Zwischenelement 4 liegt einerseits auf einem Ventilschaftende 3' eines Gaswechselventils 3 und andererseits auf einem Abstützelement 6 auf. Zwischen dem Zylinderkopf 8 und dem Abstützelement 6 ist ein Federelement 7 angeordnet, welches das Abstützelement 6 mitsamt dem Zwischenelement 4 in Richtung Nockenwelle 2 drückt. Das Abstützelement 6 wird von einer Fixiervorrichtung 9 in einer definierten Lage gehalten. In dieser Lage wird das Gaswechselventil 3 bei Betätigung des Ventiltriebes 1 von dem Nocken 2' mit einem Maximalhub (X) gegen eine Federkraft einer Ventilfeder 5 geöffnet. - Bei einer Entriegelung des Abstützelementes 6 durch die Fixiervorrichtung 9 drückt der Nocken 2' das Zwischenelement 4 beim Betrieb der Brennkraftmaschine abstützelementseitig in Richtung Zylinderkopf gegen die Federkraft des Federelementes 7 weg, da die Federkraft der Ventilfeder 5 größer als die Federkraft des Federelementes 7 ist. Das Abstützelement 6 sackt hierbei so weit in Richtung Zylinderkopf 8 ab, bis es auf einem Anschlag 10 aufliegt. Durch das Niederdrücken des entriegelten Abstützelementes 6, wird das Übersetzungsverhältnis im Ventiltrieb 1 verändert, wodurch - wie in
Fig. 2 dargestellt - nur noch ein Minihub (Y), kleiner 2 mm, von dem Gaswechselventil 3 durchgeführt wird. - In
Fig. 2 , in der die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bauelemente wie inFig. 1 gelten, ist der gleiche Ventiltrieb für die Brennkraftmaschine nochmals dargestellt, jedoch mit einem entriegelten Abstützelement 6. Das Abstützelement 6 liegt nun auf dem Anschlag 10 auf und das Gaswechselventil 3 hat aufgrund des geänderten Übersetzungsverhältnisses einen Minihub (Y) von maximal 2 mm. - Bei geeigneter Wahl des zwischen dem Nocken 2' und dem Gaswechselventil 3 angeordneten Zwischenelementes 4, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Rollenschlepphebel ist, lässt sich eine sehr einfache, extrem kostengünstige Variabilität im Ventiltrieb 1 realisieren, ohne die für hohe Drehzahlen relevante Masse im Ventiltrieb 1 zu erhöhen. Der Bauraum im Zylinderkopf 8 wird im Vergleich zu einem Zylinderkopf ohne diese Variabilität weder vergrößert, noch ist eine spürbare Gewichtszunahme feststellbar, da weder zusätzliche Verstellmotoren, zusätzliche Steuerwellen oder dgl. benötigt werden. Bei Bedarf kann eine Nockenwellenverdreheinrichtung (VANOS) mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 kombiniert werden. Da die im unteren Drehzahlbereich schädlichen Gaswechselventilöffnungsüberschneidungen vermieden werden, (bei externer Gemischaufbereitung, d. h. Saugrohreinspritzung), können die für höhere Drehzahlen und höhere Leistung erforderlichen Öffnungswinkel der Einlassgaswechselventile in einem gewissen Rahmen vergrößert werden. Bei 4-Ventil-Brennkraftmaschinen können die Einlassgaswechselventile 3 auch unterschiedliche Hübe, Maximalhub (X) und Minihub (Y), aufweisen, um im mittleren Drehzahlbereich Füllung und Drall im Brennraum zu erhöhen. Das kurze Öffnen des Minihub-Gaswechselventils verhindert hierbei einen größeren HC-Ausstoß (Kohlenwasserstoffausstoß), da sich kein Kraftstoff, wie bei einem gänzlich geschlossenen Einlassgaswechselventil, an diesem anlagern kann. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 erfordert im Minihubbereich (Y) keine sonderlichen Fertigungstoleranzen, da die Hubauflösung des umlaufenden Nockens sehr gut, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt sehr präzise und der Minihub (Y) bei Bedarf sehr einfach von außen einstellbar ist, womit besonders im Leerlauf und leerlaufnahen Bereich der Brennkraftmaschine ein guter Gleichlauf mit geringen Drehzahlschwankungen erzielt wird. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 auch für Auslassgaswechselventile verwendet werden.
- Beim Betrieb der Brennkraftmaschine liegt der Hauptvorteil darin, dass der Nocken 2' ein Gaswechselventil 3 betätigt, wobei das Abstützelement 6 eine Fixiervorrichtung 9 aufweist, die im blockierten Zustand den üblichen Vollhub (X) des Gaswechselventils bewirkt. Beim Entriegeln des Abstützelementes 6 durch die Fixiervorrichtung 9 nimmt das Abstützelement 6 den Nockenhub derart auf, dass das Gaswechselventil 3 zunächst geschlossen bleibt. In einem Spitzenbereich des Nockens 2' läuft der Ventiltrieb 1 gegen einen festen, vorteilhaft auch einstellbaren Anschlag 10, so dass das Gaswechselventil 3 nun zwanghaft einen Minihub (Y) öffnen muss. Dieser Vorgang ist ohne akustische oder mechanische Nachteile möglich, da im Spitzenbereich des Nockens 2' eine Gaswechselventilgeschwindigkeit Werte annimmt, die sich im Rampenbereich herkömmlicher Ventiltriebe bewegen und außerdem der Minihub (Y) nur im unteren Drehzahlbereich gefahren wird. Absolut gesehen werden keine höheren Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des Gaswechselventils 3 erreicht als in einem konventionellen Ventiltrieb. Besonders bevorzugt kann der Anschlag 10 auch mit einer Öldämpfung versehen werden.
- Um einen Umschaltbereich 11 auf einen Minihub (Y), kleiner 2 mm aufzuzeigen, ist in
Fig. 3 die Gaswechselventilgeschwindigkeit über dem Nockenwinkel aufgetragen. Der Gaswechselventilgeschwindigkeitsverlauf entspricht einer Öffnung des Gaswechselventils 3 für einen maximalen Hub (X). Der Öffnungshub des Gaswechselventils 3 beginnt in der Koordinate 0, 0 mit einem Rampenbereich, der durch eine Kontur des Nockens 2' vorgegeben ist, wie sie bei Ventiltrieben ohne hydraulischen Spielausgleich verwendet wird. An den Rampenbereich schließt sich der Bereich der maximalen Gaswechselventilgeschwindigkeit an, entsprechend dem weiteren Gaswechselventilöffnungshub. An der Nockenspitze des Nockens 2' wird die Gaswechselventilgeschwindigkeit 0 m/s erreicht, nach dem Nulldurchgang, der mit Nockenspitze bezeichnet ist, schließt das Gaswechselventil 3 wieder. Im Bereich des Nulldurchgangs der Gaswechselventilgeschwindigkeit liegt der schraffiert dargestellte Umschaltbereich 11, in dem der Ventiltrieb 1 auf den Minihub (Y) umgeschaltet werden kann. - In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist in das Abstützelement 6 ein Spielausgleichselement, vorzugsweise ein hydraulisches Spielausgleichselement integriert.
- Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Lagefixierung auch dann zum Einsatz kommen, wenn der Ventiltrieb kein Zwischenelement aufweist. Ein Beispiel hierfür ist ein Ventiltrieb mit einer Ventiltasse, die unterhalb des Bodens bis zum Ventilschaft ein Element, beispielsweise an Stelle eines hydraulischen Spielausgleichselementes, beinhaltet, das eine entsprechende Rastvorrichtung aufweist. Die Betätigung der Rastvorrichtung ist jedoch etwas schwieriger, die oszillierende Masse etwas erhöht und der Bauraum leicht vergrößert, in diesem Ausführungsbeispiel wären das Zwischeneiement 4 und das Abstützelement 6 gemeinsam durch die Ventiltasse dargestellt.
-
- 1.
- Ventiltrieb
- 2.
- Nockenwelle
- 2'
- Nocke
- 3.
- Gaswechselventil
- 3'
- Ventilschaftende
- 4.
- Zwischenelement
- 4'
- Rolle
- 5.
- Ventilfeder
- 6.
- Abstützelement
- 7.
- Federelement
- 8.
- Zylinderkopf
- 9.
- Fixiervorrichtung
- 10.
- Anschlag
- 11.
- Umschaltbereich
Claims (5)
- Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (2) deren Nocke (2') ein Gaswechselventil (3) mittelbar über ein Zwischenelement (4) gegen eine Federkraft einer Ventilfeder (5) betätigt, wobei das Zwischenelement (4) auf einem Ventilschaftende (3') des Gaswechselventils (3) sowie auf einem Abstützelement (6) abgestützt ist, wobei das Abstützelement (6) über eine Federkraft eines Federelementes (7) gegenüber einem Zylinderkopf (8) abgestützt ist und wobei die Federkraft des Federelementes (7) kleiner als die Federkraft der Ventilfeder (5) ist und wobei eine Fixiervorrichtung (9) vorgesehen ist, mit der das Abstützelement (6) in einer ersten Lage, entsprechend einem maximalen Ventilhub (X) des Gaswechselventils (3), lagefixierbar ist, wobei ein Anschlag (10) für das Abstützelement (6) vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement (6) in einer zweiten Lage lagefixierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage einem Ventilhub (Y) des Gaswechselventils (3) kleiner als 2 mm entspricht und wobei die Lage des Anschlags (10) in axialer Richtung des Abstützelementes (6) veränderbar ist. - Ventiltrieb nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in das Abstützelement (6) ein Spielausgleichselement integriert ist. - Ventiltrieb nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (6) als Spielausgleichselement ausgebildet ist. - Ventiltrieb nach Patentanspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement ein hydraulisches Spielausgleichselement ist. - Ventiltrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (4) ein Kipp- oder Schlepphebel ist.
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