EP1807609B1 - Valve drive of an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1807609B1 EP1807609B1 EP05799247A EP05799247A EP1807609B1 EP 1807609 B1 EP1807609 B1 EP 1807609B1 EP 05799247 A EP05799247 A EP 05799247A EP 05799247 A EP05799247 A EP 05799247A EP 1807609 B1 EP1807609 B1 EP 1807609B1
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- valve
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- F01L1/2405—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the cylinder head and rocker arm
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- F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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- F01L1/143—Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
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- F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
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- F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
- F01L2800/10—Providing exhaust gas recirculation [EGR]
Definitions
- the invention relates to a valve train of an internal combustion engine for actuating a gas exchange valve. Its movement follows a stroke of a cam and a stroke of the cam superimposed and independent of the stroke of the cam stroke of a hydraulic force application device.
- a piston of the force application device is movable relative to a housing of the force application device by time-variable supply of a pressure-adjustable hydraulic fluid from a hydraulic medium line in a pressure chamber formed by the piston and the housing from a first end position to a second end position.
- the piston is the DE 101 56 309 A1 designed as a stepped piston which displaces hydraulic means with a cylindrical ring portion of an annular space located on the cup bottom.
- the braking of the piston upon reaching the end position is intended to be generated by displacement of the hydraulic fluid from the annular space via guide gaps between the annular portion and annulus.
- such a design requires double fits of the components, so that the hydraulic force application device is associated with considerable production and quality assurance effort and consequently high production costs.
- the piston is prevented from leaving the end position with high acceleration and thus as quickly as possible, since the annulus above the narrow guide gaps must first be filled with hydraulic fluid again.
- the present invention is therefore the object of a valvetrain of the type mentioned in such a way that the disadvantages are avoided.
- the pressure chamber should therefore be equipped with a hydraulically acting device which allows both a targeted and on the viscosity of the hydraulic medium possible independent Abbremsverlauf the piston upon reaching the end position. At the same time a rapid acceleration of the piston when leaving the end position should be feasible.
- the valvetrain should also be inexpensive to produce in a simple manner and under high-volume conditions.
- the object is achieved in that the pressure chamber is connected both via a housing arranged in the housing and the pressure chamber opening to shut-off and at least one passage in the housing with the hydraulic medium line.
- the passage is at least partially blocked due to overlap by an outer circumferential surface of the piston in its first end position.
- the subject of the present invention is therefore a valve gear which can be produced cost-effectively and which makes it possible to superimpose the stroke of a cam and a stroke of a hydraulic force application device independent of the stroke of the cam on the gas exchange valve.
- Crucial for the quality of the valve train function is the course of movement of the piston upon reaching and leaving the first end position. When reaching the first end position, it is desirable that the movement of the piston is decelerated rapidly from a high to a low speed, in order to simultaneously ensure a gentle placement of the gas exchange valve in its valve seat.
- the hydraulic force application device should also be able to generate strokes on the gas exchange valve with a large time cross section, for which a high speed of the piston between the first and the second end position is required.
- the pressure chamber is connected both via the passage and via a throttle cross section with the hydraulic medium line.
- the throttle cross section should be formed substantially iris-shaped. Such a throttle cross-section produces a largely independent of the viscosity of the hydraulic fluid and thus one above the operating temperature of the internal combustion engine sufficiently uniform deceleration of the piston, while the passage can be consistently designed for a rapid emptying and filling of the pressure chamber out.
- the valve train according to the invention has a hydraulic valve clearance compensation device, which is arranged in a hollow cylindrical recess of the piston. This makes it possible both to minimize the timing variations of the internal combustion engine caused by mechanical valve clearance and to synchronize the movement of the piston with that of the gas exchange valve. This synchronization significantly promotes a smooth deceleration of the piston. Conversely, a large mechanical valve clearance could cause the piston would not be braked in time and therefore would hit the gas exchange valve with respect to valve train noise and wear excessive speed on his valve seat.
- the pressure chamber according to claim 5 also practice a discharge line for the hydraulic fluid relieve when the piston reaches the second end position.
- a discharge line for the hydraulic fluid relieve when the piston reaches the second end position at least one outlet opening is located in the housing, which is at most partially blocked by the outer circumferential surface of the piston when reaching the second end position and thus connects the pressure chamber with the drain line.
- An advantage of this design is on the one hand a reduced mechanical stress on the stop means and on the other hand the possibility to flush stiffness-reducing gas bubbles in the hydraulic fluid from the pressure chamber.
- the blocking means is a ball check valve.
- ball check valves have proven themselves many times in practice and are inexpensive to produce.
- valve train results according to claim 7, when the piston is arranged in a pivot bearing, which supports a finger lever pivotally.
- a camshaft bearing compensating piston of the hydraulic valve lash adjuster is guided in the piston longitudinally movable. It is expedient according to claim 8, to integrate in the drag lever a rotatably mounted roller as a low-friction contact surface to the cam.
- the valve train should also allow a secondary stroke of the gas exchange valve during a lift-free base circle phase of the cam according to claim 9. This results in advantageous ways to suck back exhaust gas in high and precisely adjustable amounts internally.
- This form of exhaust gas recirculation is in particular the basis for operation of the internal combustion engine with homogeneous and self-igniting charge.
- HCCl Homogeneous Charge Compression Ignition
- combustion method is used both in self-ignited diesel internal combustion engines as well as externally ignited gasoline internal combustion engines, at least in part-load operation of the internal combustion engine mainly for the purpose of emission reduction.
- the combustion process is determined in the HCCl process essentially by controlling the charge composition and the charge temperature profile.
- a very effective means for increasing the charge temperature is the increase of the residual gas content, ie the increase in the content of not flushed out or purged and recirculated exhaust gas of the previous combustion cycle in the cylinder charge for the next combustion cycle.
- the residual gas content on the operating point of the internal combustion engine must be fully variable, with residual gas quantities of 60% of the cylinder charge and more may be required. Residual gas components can no longer be provided at this altitude via internal exhaust gas recirculation through conventional valve overlap or via an arrangement for external exhaust gas recirculation.
- the HCCl process reacts with unacceptable combustion processes extremely sensitive to changes in charge characteristics, so that in addition to the provision of residual gas in the required amount also a combustion cycle-faithful, highly precise and cylinder-specific dosing of the residual gas content is required.
- the secondary stroke is carried out according to claim 10, preferably at an outlet valve.
- exhaust gas which has already been ejected into the exhaust passage during the intake stroke of the internal combustion engine is sucked back into the combustion chamber via the then opened exhaust valve.
- the valve gear according to the invention as an engine brake in particular in air-compressing internal combustion engines for safety-relevant supplementation of the service brake.
- engine brakes are usually used as a continuous brake in commercial vehicles and are based on the principle that the drag torque of the combustion engine located in overrun and not fueled by increasing the charge exchange work can be significantly increased and the vehicle is slowed down.
- the exhaust valve is still open during the compression phase, so that the cylinder charge is not compressed gas-spring-like, but is pushed by applying Ausschiebearbeit in the exhaust passage.
- exhaust gas recirculation it may also be expedient, according to claim 11, for the secondary stroke to take place at an inlet valve.
- exhaust gas is expelled in Ausschiebetakt the internal combustion engine with the intake valve again open in the inlet channel and sucked back into the combustion chamber during the intake stroke.
- the lubricating oil of the internal combustion engine is used according to claim 12 for the sake of simplicity.
- any other suitable fluids in a hydraulic fluid circuit which would then be separated from the lubricating oil circuit of the internal combustion engine.
- valve drive 1 according to the invention is disclosed using the example of a drag lever drive 2 for an internal combustion engine.
- a drag lever drive 2 for an internal combustion engine.
- FIG. 1 shown is located in a hollow cylindrical recess 3 of the internal combustion engine, a pivot bearing 4, which supports a drag lever 5 in the direction of actuation of a gas exchange valve 6 pivotally.
- a rotatably mounted in the finger lever 5 roller 7 serves as a low-friction stop surface 8 to a cam 9.
- the cam 9 has a cam elevation phase 10 which generates a stroke on the gas exchange valve 6, and a lift-free base circle phase eleventh
- the piston 13 In an inner circumferential surface 14 of a cup-shaped housing 15, the piston 13 is guided longitudinally movably with an outer circumferential surface 16.
- the first end position "A" is an end face 17 of the piston 13 on a bottom 18 of the housing 15 at.
- the bottom 18 has an indentation 19 for receiving a shut-off means 20 for a located within the housing 15 pressure chamber 21 which is bounded by the end face 17 of the piston 13.
- the Absperstoff 20 is formed in this embodiment as a ball check valve 22 which opens to the pressure chamber 21 and a hydraulic connection between, at least one arranged in the bottom 18 of the housing 15 channel 23 and the pressure chamber 21 produces.
- the channel 23 in turn is in hydraulic communication with an opening into the recess 3 hydraulic line 24.
- This is also part of the hydraulic force application device 12 and serves to supply the pressure chamber 21 with hydraulic fluid whose pressure is adjustable via a hydraulic drive device "S-P" shown schematically.
- a further line 25 communicating with the hydraulic medium line 24 there is also connection to the pressure space 21 via one or more passages 26 opening into the inner casing surface 14 of the housing 15.
- the passages 26 are partially or completely through in the first end position "A" of the piston 13 the outer circumferential surface 16 of the piston 13 is blocked.
- the supply line 25 is preferably designed so that the hydraulic fluid line 24 is associated with an annular groove 27 in an outer circumferential surface 28 of the housing 15, wherein from the annular groove 27 and the ball check valve 22 leading to channel 23 emanates.
- the pivot bearing 4 has in the illustrated embodiment via a hydraulic valve clearance compensation device 29 which is arranged in a hollow cylindrical recess 30 of the piston 13 and in a known manner a cam follower 5 overlapping balancing piston 31 and a working space 32, via a supply line 33, a hydraulic fluid supply " S-LA "is assigned.
- the ground 35 is connected via a discharge line 36 with a non-pressurized or low-pressure reservoir "T". Due to the pressure-relieving effect of the discharge line 36, it is therefore not necessary to secure the housing 15 against undesired longitudinal movement as a result of dammed up hydraulic medium in the recess 3 of the internal combustion engine.
- the piston 13 is braked in the region of the second end position "B" by stop means 37 again to a standstill.
- a stop means 37 a ring body 39 is inserted in a recess 38 of the housing 15, whose inner diameter is smaller than that of the inner circumferential surface 14 of the housing 15.
- Exceeding the second end position "B” of the piston 13 is prevented by a lower shoulder 40 of an annular groove 41 of the piston 13 abutting against the annular body 39.
- the annular groove 41 is to be designed so wide that reaching the first end position "A" is not hindered by contact of an upper shoulder 42 of the annular groove 41 with the annular body 39.
- a similar acting stop means not shown, also a reverse arrangement is conceivable.
- annular body would move in an outer recess of the piston 13 with the piston 13 and strike in the second end position "B" against a shoulder of an annular groove 15 located in the housing.
- a hydraulic braking of the piston 13 is possible by the outer circumferential surface 16 of the piston 13 in the region of the second end position "B" one or more outlet ports 43 releases that connect a return line "R" serving drain line 44 with the pressure chamber 21 , In this case, therefore, the piston 13 automatically regulates its second end position "B” by opening the outlet openings 43 just enough so that the volume of hydraulic fluid supplied into the pressure chamber 21 corresponds to the volume of hydraulic fluid discharged from the pressure chamber 21 into the outlet line 44.
- a return movement of the piston 13 in the direction of the first end position "A” begins when the hydraulic drive device "SP" allows a flow of hydraulic fluid from the pressure chamber 21.
- the expiration of the hydraulic fluid takes place - if necessary after closing the outlet openings 43 -by means of the passages 26 and the allocation 25 into the hydraulic medium line 24, since the ball check valve 22 to the channel 23 is now closed.
- the piston 13 is braked by its outer circumferential surface 16, the passages 26 closes successively.
- a gentle placement of the end face 17 of the piston 13 on the bottom 18 of the housing 15 can be ensured that at least one of Passages 26 in the first end position "A" is not completely blocked and can escape only a small volume flow of the hydraulic fluid at a correspondingly reduced speed of the piston 13 from the pressure chamber 21.
- a preferred alternative is the possibility of connecting the pressure chamber 21 to the supply line 25 via an orifice-shaped throttle cross-section 45.
- a throttle cross-section 45 With the help of such a throttle cross-section 45, a largely independent of the viscosity of the hydraulic fluid deceleration of the piston 13 can be ensured upon reaching the first end position "A". So that the braking effect of the throttle cross-section 45 unfolds optimally, it is expedient to completely close the passages 26 already before reaching the first end position "A" by the outer circumferential surface 16 of the piston 13.
- valve drive 1 has been explained using the example of a finger follower valve drive 2 with a pivot bearing 4 as a preferred embodiment.
- the idea of the invention can equally be implemented in other types of valve trains, such as cup drives or pushrod drives.
- the scope of the invention should also include valve trains, which are designed switchable by coupling means to selectively transfer strokes of several cams depending on the coupling state to the gas exchange valve 6. This applies equally to valve trains that continuously vary the stroke of the gas exchange valve 6 by means of a cam and other adjusting elements.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur Betätigung eines Gaswechselventils. Dessen Bewegung folgt einem Hub eines Nockens sowie einem zum Hub des Nockens überlagerten und vom Hub des Nockens unabhängigen Hub einer hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung. Hierzu ist ein Kolben der Kraftaufbringeinrichtung relativ zu einem Gehäuse der Kraftaufbringeinrichtung durch zeitlich variable Zufuhr eines im Druck einstellbaren Hydraulikmittels aus einer Hydraulikmittelleitung in einen vom Kolben und vom Gehäuse gebildeten Druckraum von einer ersten Endposition bis zu einer zweiten Endposition bewegbar.The invention relates to a valve train of an internal combustion engine for actuating a gas exchange valve. Its movement follows a stroke of a cam and a stroke of the cam superimposed and independent of the stroke of the cam stroke of a hydraulic force application device. For this purpose, a piston of the force application device is movable relative to a housing of the force application device by time-variable supply of a pressure-adjustable hydraulic fluid from a hydraulic medium line in a pressure chamber formed by the piston and the housing from a first end position to a second end position.
Gattungsgemäße Ventiltriebe, bei denen sich der Hub des Gaswechselventils aus einer Überlagerung eines vom Nocken ausgehenden Hubs und eines variabel einstellbaren Hubs einer hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung, die vom Nocken unabhängig auf die Bewegung des Gaswechselventils einwirkt, zusammensetzt, sind im Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die
In der ebenfalls gattungsgemäßen
Wenngleich mit den vorbenannten Ventiltrieben bereits eine weitgehend variable Beeinflussung des vom Nocken ausgehenden Ventilhubs möglich ist, wobei teilweise auch Mittel zum Abbremsen der Kolbenbewegung bei Erreichen der Endpositionen vorgesehen sind, haben die vorbekannten Systeme einige Nachteile. So ist der Kolben der
In der
Als nachteilig bei beiden oben genannten Schriften ist ferner der von der Viskosität und somit insbesondere von der Temperatur des Hydraulikmittels abhängige Abbremsverlauf des Kolbens bei Erreichen der Endposition anzusehen. Sowohl die Verdrängung des Hydraulikmittels über Ringspalte, wie sie in der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die aufgezeigten Nachteile vermieden werden. Der Druckraum soll also mit einer hydraulisch wirkenden Vorrichtung ausgestattet sein, die sowohl einen gezielten und von der Viskosität des Hydraulikmittels möglichst unabhängigen Abbremsverlauf des Kolbens bei Erreichen der Endposition ermöglicht. Gleichzeitig soll eine schnelle Beschleunigung des Kolbens bei Verlassen der Endposition realisierbar sein. Der Ventiltrieb soll ferner in einfacher Weise und unter Großserienbedingungen kostengünstig herstellbar sein.The present invention is therefore the object of a valvetrain of the type mentioned in such a way that the disadvantages are avoided. The pressure chamber should therefore be equipped with a hydraulically acting device which allows both a targeted and on the viscosity of the hydraulic medium possible independent Abbremsverlauf the piston upon reaching the end position. At the same time a rapid acceleration of the piston when leaving the end position should be feasible. The valvetrain should also be inexpensive to produce in a simple manner and under high-volume conditions.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution to this problem arises from the features of claim 1, while advantageous developments and refinements the dependent claims are removed.
Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Druckraum sowohl über ein im Gehäuse angeordnetes und zum Druckraum hin öffnendes Absperrmittel als auch über wenigstens einen Durchtritt im Gehäuse mit der Hydraulikmittelleitung verbunden ist. Dabei ist der Durchtritt aufgrund Überdeckung durch eine Außenmantelfläche des Kolbens in dessen erster Endposition zumindest teilweise versperrt.Accordingly, the object is achieved in that the pressure chamber is connected both via a housing arranged in the housing and the pressure chamber opening to shut-off and at least one passage in the housing with the hydraulic medium line. In this case, the passage is at least partially blocked due to overlap by an outer circumferential surface of the piston in its first end position.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein kostengünstig herzustellender Ventiltrieb, der es ermöglicht, den Hub eines Nockens und einen vom Hub des Nockens unabhängigen Hub einer hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung am Gaswechselventil zu überlagern. Für die Güte der Ventiltriebsfunktion entscheidend ist dabei der Bewegungsverlauf des Kolbens bei Erreichen und bei Verlassen der ersten Endposition. Bei Erreichen der ersten Endposition ist es erstrebenswert, dass die Bewegung des Kolbens von einer hohen auf eine kleine Geschwindigkeit zügig abgebremst wird, um gleichzeitig ein sanftes Aufsetzen des Gaswechselventils in seinen Ventilsitz zu gewährleisten. Die hydraulische Kraftaufbringeinrichtung soll ferner Hübe am Gaswechselventil mit großem Zeitquerschnitt erzeugen können, wozu eine hohe Geschwindigkeit des Kolbens zwischen der ersten und der zweiten Endposition erforderlich ist.The subject of the present invention is therefore a valve gear which can be produced cost-effectively and which makes it possible to superimpose the stroke of a cam and a stroke of a hydraulic force application device independent of the stroke of the cam on the gas exchange valve. Crucial for the quality of the valve train function is the course of movement of the piston upon reaching and leaving the first end position. When reaching the first end position, it is desirable that the movement of the piston is decelerated rapidly from a high to a low speed, in order to simultaneously ensure a gentle placement of the gas exchange valve in its valve seat. The hydraulic force application device should also be able to generate strokes on the gas exchange valve with a large time cross section, for which a high speed of the piston between the first and the second end position is required.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Ventiltriebs sieht nach Anspruch 2 vor, dass der Druckraum sowohl über den Durchtritt als auch über einen Drosselquerschnitt mit der Hydraulikmittelleitung verbunden ist. Dabei soll der Drosselquerschnitt im wesentlichen blendenförmig ausgebildet sein. Ein derartiger Drosselquerschnitt erzeugt einen von der Viskosität des Hydraulikmittels weitgehend unabhängigen und somit einen über der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ausreichend gleichmäßigen Abbremsverlauf des Kolbens, während der Durchtritt konsequent auf ein schnelles Entleeren und Befüllen des Druckraums hin ausgelegt werden kann.A preferred embodiment of the valve train according to claim 2, that the pressure chamber is connected both via the passage and via a throttle cross section with the hydraulic medium line. In this case, the throttle cross section should be formed substantially iris-shaped. Such a throttle cross-section produces a largely independent of the viscosity of the hydraulic fluid and thus one above the operating temperature of the internal combustion engine sufficiently uniform deceleration of the piston, while the passage can be consistently designed for a rapid emptying and filling of the pressure chamber out.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 verfügt der erfindungsgemäße Ventiltrieb über eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung, die in einer hohlzylindrischen Ausnehmung des Kolbens angeordnet ist. Hierdurch ist es sowohl möglich, die durch mechanisches Ventilspiel bedingten Steuerzeitenschwankungen der Brennkraftmaschine zu minimieren als auch die Bewegung des Kolbens mit derjenigen des Gaswechselventils zu synchronisieren. Diese Synchronisation begünstigt in erheblicher Weise einen gleichmäßigen Abbremsverlauf des Kolbens. So könnte umgekehrt ein großes mechanisches Ventilspiel dazu führen, dass der Kolben nicht rechtzeitig abgebremst werden würde und folglich das Gaswechselventil mit hinsichtlich Ventiltriebsgeräusch und -verschleiß unzulässig hoher Geschwindigkeit auf seinen Ventilsitz aufschlagen würde.In a particularly advantageous embodiment according to
Laut Anspruch 4 ist es vorteilhaft, die zweite Endposition des Kolbens durch Anschlagmittel zu definieren. Hierdurch wird zum einen ein Überschwingen des Kolbens über die zweite Endposition hinaus, wie es bei einer Fehlfunktion des Ventiltriebs beispielsweise aufgrund eines zu hohen Drucks in der Hydraulikmittelleitung auftreten kann, wirkungsvoll verhindert. Zum anderen wird der Kolben gegen Herausfallen aus dem Gehäuse im noch nicht montierten Zustand des Ventiltriebs gesichert.According to
Zusätzlich oder alternativ zu diesem Anschlagmittel kann sich der Druckraum gemäß Anspruch 5 auch üben eine Ablaufleitung für das Hydraulikmittel entlasten, wenn der Kolben die zweite Endposition erreicht. Hierzu befindet sich im Gehäuse wenigstens eine Auslassöffnung, die von der Außenmantelfläche des Kolbens bei Erreichen der zweiten Endposition höchstens teilweise versperrt ist und somit den Druckraum mit der Ablaufleitung verbindet.Additionally or alternatively to this stop means, the pressure chamber according to claim 5 also practice a discharge line for the hydraulic fluid relieve when the piston reaches the second end position. For this purpose, at least one outlet opening is located in the housing, which is at most partially blocked by the outer circumferential surface of the piston when reaching the second end position and thus connects the pressure chamber with the drain line.
Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist einerseits eine reduzierte mechanische Belastung der Anschlagmittel und andererseits die Möglichkeit, steifigkeitsmindernde Gasblasen im Hydraulikmittel aus dem Druckraum zu spülen.An advantage of this design is on the one hand a reduced mechanical stress on the stop means and on the other hand the possibility to flush stiffness-reducing gas bubbles in the hydraulic fluid from the pressure chamber.
Nach Anspruch 6 ist es vorteilhaft, wenn das Absperrmittel ein Kugelrückschlagventil ist. Derartige Kugelrückschlagventile haben sich in der Praxis vielfach bewährt und sind kostengünstig herstellbar.According to
Eine besonders bevorzugte Ausführung des Ventiltriebs ergibt sich nach Anspruch 7, wenn der Kolben in einem Schwenklager angeordnet ist, das einen Schlepphebel schwenkbar lagert. Zu diesem Zweck ist ein den Schlepphebel lagernder Ausgleichskolben der hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung im Kolben längsbeweglich geführt. Dabei ist es nach Anspruch 8 zweckmäßig, in den Schlepphebel eine drehbar gelagerte Rolle als reibungsarme Anlauffläche zum Nocken zu integrieren.A particularly preferred embodiment of the valve train results according to
Der Ventiltrieb soll gemäß Anspruch 9 auch einen Sekundärhub des Gaswechselventils während einer hubfreien Grundkreisphase des Nockens ermöglichen. Hieraus ergeben sich vorteilhafte Möglichkeiten, Abgas in hohen und genau einstellbaren Mengen intern rückzusaugen. Diese Form der Abgasrücksaugung ist insbesondere Grundlage für einen Betrieb der Brennkraftmaschine bei homogener und sich selbst zündender Ladung. Ein derartiges, auch als HCCl-Verfahren (Homogenous Charge Compression Ignition) bezeichnetes Brennverfahren ist sowohl bei selbst gezündeten Diesel-Brennkraftmaschinen als auch bei fremd gezündeten Otto-Brennkraftmaschinen zumindest im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine hauptsächlich zum Zweck der Emissionsreduzierung einsetzbar. Der Verbrennungsablauf wird beim HCCl-Verfahren im Wesentlichen durch Steuerung der Ladungszusammensetzung und des Ladungstemperaturverlaufs festgelegt. Es zeigt sich, dass bei diesem Brennverfahren eine hohe Ladungstemperatur zur Steuerung des Zündzeitpunktes erwünscht ist. Ein sehr wirksames Mittel zur Erhöhung der Ladungstemperatur ist die Erhöhung des Restgasgehalts, d.h. die Erhöhung des Gehalts an nicht ausgespültem oder ausgespültem und in den Zylinder wieder rückgeführten Abgas des vorhergehenden Verbrennungszyklus in der Zylinderladung für den nächsten Verbrennungszyklus. Dabei muss der Restgasgehalt auf den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine vollvariabel angepasst werden können, wobei Restgasmengen von 60% der Zylinderladung und mehr erforderlich sein können. Restgasanteile können in dieser Höhe nicht mehr über eine interne Abgasrückführung durch konventionelle Ventilüberschneidung oder über eine Einrichtung zur externen Abgasrückführung bereitgestellt werden. Überdies reagiert das HCCl-Verfahren mit unakzeptablen Verbrennungsabläufen äußerst sensibel auf Änderungen der Ladungseigenschaften, so dass neben der Bereitstellung von Restgas in der benötigten Menge ebenfalls eine verbrennungszyklustreue, hochpräzise und zylinderindividuelle Dosierung des Restgasanteils erforderlich ist.The valve train should also allow a secondary stroke of the gas exchange valve during a lift-free base circle phase of the cam according to
Der Sekundärhub erfolgt nach Anspruch 10 bevorzugt an einem Auslassventil. Im Falle der oben erläuterten Abgasrücksaugung wird bereits in den Auslasskanal ausgeschobenes Abgas während des Ansaugtakts der Brennkraftmaschine über das dann nochmalig geöffnete Auslassventil in den Brennraum rückgesaugt. Demgegenüber besteht aber auch die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Ventiltrieb als Motorbremse insbesondere bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen zur sicherheitsrelevanten Ergänzung der Betriebsbremse zu betreiben. Solche Motorbremsen werden üblicherweise als Dauerbremse bei Nutzfahrzeugen eingesetzt und basieren auf dem Prinzip, dass das Schleppmoment der sich im Schubbetrieb befindlichen und nicht befeuerten Brennkraftmaschine durch Erhöhung der Ladungswechselarbeit erheblich gesteigert werden kann und das Fahrzeug dadurch abgebremst wird. In diesem Fall wird das Auslassventil während der Verdichtungsphase nochmais geöffnet, so dass die Zylinderladung nicht gasfederartig komprimiert, sondern unter Aufbringung von Ausschiebearbeit in den Auslasskanal geschoben wird.The secondary stroke is carried out according to
Hinsichtlich der Abgasrücksaugung kann es gemäß Anspruch 11 aber auch zweckmäßig sein, dass der Sekundärhub an einem Einlassventil erfolgt. In dieser alternativen Ausgestaltung wird Abgas im Ausschiebetakt der Brennkraftmaschine bei nochmalig geöffnetem Einlassventil in den Einlasskanal ausgeschoben und während des Ansaugtakts in den Brennraum rückgesaugt.With regard to exhaust gas recirculation it may also be expedient, according to
Eine Kombination dieser vorgenannten Möglichkeiten der Abgasrücksaugung ist ebenfalls möglich. Demnach kann es zur Einstellung von Menge und Temperatur des Restgases vorteilhaft sein, sowohl Abgas aus dem Einlasskanal als auch aus dem Auslasskanal rückzusaugen.A combination of these aforementioned possibilities of exhaust gas recirculation is also possible. Accordingly, to adjust the amount and temperature of the residual gas, it can be advantageous to suck both exhaust gas out of the inlet channel and out of the outlet channel.
Als Hydraulikmittel wird nach Anspruch 12 der Einfachheit halber das Schmieröl der Brennkraftmaschine verwendet. Denkbar ist demgegenüber aber auch die Verwendung beliebig anderer geeigneter Fluide in einem Hydraulikmittelkreislauf, der dann vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zu separieren wäre.As hydraulic means, the lubricating oil of the internal combustion engine is used according to claim 12 for the sake of simplicity. However, it is also conceivable to use any other suitable fluids in a hydraulic fluid circuit, which would then be separated from the lubricating oil circuit of the internal combustion engine.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Schlepphebeltrieb als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventiltriebs dargestellt ist. Es zeigen:
- Figur 1
- den Schlepphebeltrieb bei geschlossenem Gaswechsel- ventil mit einem längsgeschnittenen Schwenklager,
- Figur 2
- eine vergrößerte Darstellung des Schwenklagers gemäß
Figur 1 , Figur 3- den Schlepphebeltrieb gemäß
Figur 1 bei geöffnetem Gas- wechselventil, Figur 4- eine vergrößerte Darstellung des Schwenklagers gemäß
.Figur 3
- FIG. 1
- the drag lever drive with closed gas exchange valve with a longitudinally slotted pivot bearing,
- FIG. 2
- an enlarged view of the pivot bearing according to
FIG. 1 . - FIG. 3
- the drag lever drive according to
FIG. 1 with open gas exchange valve, - FIG. 4
- an enlarged view of the pivot bearing according to
FIG. 3 ,
In den
Das Schwenklager 4 ist Bestandteil einer hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung 12 und ist in
In einer Innenmantelfläche 14 eines topfartigen Gehäuses 15 ist der Kolben 13 mit einer Außenmantelfläche 16 längsbeweglich geführt. In der ersten Endposition "A" liegt eine Stirnfläche 17 des Kolbens 13 auf einem Boden 18 des Gehäuses 15 an. Der Boden 18 hat eine Einformung 19 zur Aufnahme eines Absperrmittels 20 für einen innerhalb des Gehäuses 15 befindlichen Druckraum 21, der durch die Stirnfläche 17 des Kolben 13 begrenzt wird. Das Abspermittel 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kugelrückschlagventil 22 ausgebildet, das zum Druckraum 21 hin öffnet und eine hydraulische Verbindung zwischen, wenigstens einem im Boden 18 des Gehäuses 15 angeordneten Kanal 23 sowie dem Druckraum 21 herstellt.In an inner
Der Kanal 23 steht seinerseits in hydraulischer Verbindung mit einer in die Ausnehmung 3 mündenden Hydraulikmittelleitung 24. Diese ist ebenfalls Bestandteil der hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung 12 und dient zur Versorgung des Druckraums 21 mit Hydraulikmittel, dessen Druck über eine schematisch dargestellte hydraulische Ansteuervorrichtung "S-P" einstellbar ist.The
Über eine weitere mit der Hydraulikmittelleitung 24 kommunizierende Zuleitung 25 besteht über einen oder mehrere in die Innenmantelfläche 14 des Gehäuses 15 mündende Durchtritte 26 ebenfalls Verbindung zum Druckraum 21. Dabei sind die Durchtritte 26 in der ersten Endposition "A" des Kolbens 13 teilweise oder vollständig durch die Außenmantelfläche 16 des Kolbens 13 versperrt. Die Zuleitung 25 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Hydraulikmittelleitung 24 eine Ringnut 27 in einer Außenmantelfläche 28 des Gehäuses 15 zugeordnet ist, wobei von der Ringnut 27 auch der zum Kugelrückschlagventil 22 führende Kanal 23 ausgeht. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, eine gleichwirkende Ringnut in der Ausnehmung 3 anzuordnen.Via a further line 25 communicating with the hydraulic
Das Schwenklager 4 verfügt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung 29, die in einer hohlzylindrischen Ausnehmung 30 des Kolbens 13 angeordnet ist und in bekannter Weise einen den Schlepphebel 5 lagernden Ausgleichskolben 31 und einen Arbeitsraum 32 aufweist, dem über eine Versorgungsleitung 33 eine Hydraulikmittelversorgung "S-LA" zugeordnet ist.The
Um eine unerwünschte Beabstandung einer dem Schlepphebel 5 abgewandten Stirnseite 34 des Gehäuses 15 zu einem Grund 35 der Ausnehmung 3 infolge dazwischen aufgestauten Hydraulikmittels zu vermeiden, ist der Grund 35 über eine Entlastungsleitung 36 mit einem drucklosen oder druckarmen Reservoir "T" verbunden. Durch die druckentlastende Wirkung der Entlastungsleitung 36 ist es also nicht erforderlich, das Gehäuse 15 gegen unerwünschte Längsbewegung infolge aufgestauten Hydraulikmittels in der Ausnehmung 3 der Brennkraftmaschine zu sichern.In order to avoid an undesired spacing of a side facing away from the drag lever 5
In den
Der Kolben 13 wird im Bereich der zweiten Endposition "B" durch Anschlagmittel 37 wieder bis zum Stillstand abgebremst. Als Beispiel für ein solches Anschlagmittel 37 ist in einem Einstich 38 des Gehäuses 15 ein Ringkörper 39 eingelegt, dessen Innendurchmesser kleiner als desjenigen der Innenmantelfläche 14 des Gehäuses 15 ist. Ein Überschreiten der zweiten Endposition "B" des Kolbens 13 wird dadurch verhindert, dass ein unterer Absatz 40 einer Ringnut 41 des Kolbens 13 gegen den Ringkörper 39 anschlägt. Die Ringnut 41 ist dabei so breit zu gestalten, dass das Erreichen der ersten Endposition "A" nicht durch Kontakt eines oberen Absatzes 42 der Ringnut 41 mit dem Ringkörper 39 behindert wird. Als nicht dargestellte Variante eines gleichwirkenden Anschlagmittel ist ebenfalls eine umgekehrte Anordnung denkbar.The
Dabei würde sich ein Ringkörper in einem Außeneinstich des Kolbens 13 mit dem Kolben 13 mitbewegen und in der zweiten Endposition "B" gegen einen Absatz einer im Gehäuse 15 befindlichen Ringnut anschlagen.In this case, an annular body would move in an outer recess of the
Alternativ oder ergänzend ist auch ein hydraulisches Abbremsen des Kolbens 13 möglich, indem die Außenmantelfläche 16 des Kolbens 13 im Bereich der zweiten Endposition "B" eine oder mehrere Auslassöffnungen 43 freigibt, die eine als Rücklauf "R" dienende Ablaufleitung 44 mit dem Druckraum 21 verbinden. Der Kolben 13 regelt in diesem Fall also seine zweite Endposition "B" selbsttätig, indem er die Auslassöffnungen 43 gerade so weit öffnet, dass das in den Druckraum 21 zugeführte Hydraulikmittelvolumen dem aus dem Druckraum 21 in die Ablaufleitung 44 abgeführten Hydraulikmittelvolumen entspricht.Alternatively or additionally, a hydraulic braking of the
Es sei an dieser Stelle jedoch ausdrücklich erwähnt, dass die Variabilität der hydraulischen Kraftaufbringeinrichtung hinsichtlich des Hubs des Kolbens 13 nicht dadurch limitiert ist, dass der Kolben 13 die zweite Endposition "B" erreichen muss. Vielmehr ist es durch geeignete Ansteuerung der hydraulischen Ansteuervorrichtung "S-P" möglich, dass der Kolben 13 in jeder beliebigen Position zwischen der ersten Endposition "A" und der zweiten Endposition "B" zum Stillstand kommt, um anschließend zur Endposition "A", wie nachfolgend beschrieben, zurückzukehren.However, it should be expressly mentioned at this point that the variability of the hydraulic force application device with respect to the stroke of the
Eine Rückbewegung des Kolbens 13 in Richtung der ersten Endposition "A" beginnt dann, wenn die hydraulische Ansteuervorrichtung "S-P" einen Ablauf des Hydraulikmittels aus dem Druckraum 21 gestattet. Der Ablauf des Hydraulikmittels erfolgt -gegebenenfalls nach Verschließen der Auslassöffnungen 43-ledigilch über die Durchtritte 26 und die Zuteilung 25 in die Hydraulikmittelleitung 24, da das Kugelrückschlagventil 22 zum Kanal 23 jetzt geschlossen ist. Kurz vor Erreichen der ersten Endposition "A" wird der Kolben 13 abgebremst, indem seine Außenmantelfläche 16 die Durchtritte 26 sukzessiv verschließt. Ein sanftes Aufsetzen der Stirnfläche 17 des Kolbens 13 auf den Boden 18 des Gehäuses 15 kann dadurch gewährleistet werden, dass wenigstens einer der Durchtritte 26 in der ersten Endposition "A" nicht vollständig versperrt ist und nur einen kleinen Volumenstrom des Hydraulikmittels bei entsprechend reduzierter Geschwindigkeit des Kolbens 13 aus dem Druckraum 21 entweichen lässt.A return movement of the
Eine bevorzugte Alternative besteht in der Möglichkeit, den Druckraum 21 über einen blendenförmigen Drosselquerschnitt 45 mit der Zuleitung 25 zu verbinden. Mit Hilfe eines solchen Drosselquerschnitts 45 kann ein von der Viskosität des Hydraulikmittels weitgehend unabhängiger Abbremsverlauf des Kolbens 13 bei Erreichen der ersten Endposition "A" gewährleistet werden. Damit sich die Bremswirkung des Drosselquerschnitts 45 optimal entfaltet, ist es zweckmäßig die Durchtritte 26 bereits vor Erreichen der ersten Endposition "A" durch die Außenmantelfläche 16 des Kolbens 13 vollständig zu verschließen.A preferred alternative is the possibility of connecting the
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 wurde am Beispiel eines Schlepphebelventiltriebs 2 mit einem Schwenklager 4 als bevorzugte Ausführungsform erläutert. Der Erfindungsgedanke lässt sich jedoch gleichermaßen in anderen Ventiltriebsbauformen, wie beispielsweise bei Tassentrieben oder Stößelstangentrieben umsetzen. Vom Schutzbereich der Erfindung sollen ferner auch Ventiltriebe umfasst sein, die durch Koppelmittel umschaltbar ausgebildet sind, um Hübe mehrerer Nocken in Abhängigkeit vom Koppelzustand selektiv auf das Gaswechselventil 6 zu übertragen. Dies gilt gleichermaßen für Ventiltriebe, die den Hub des Gaswechselventils 6 mittels einem Nocken und weiteren Verstellelementen kontinuierlich variieren.The valve drive 1 according to the invention has been explained using the example of a finger follower valve drive 2 with a
- 11
- Ventiltriebvalve train
- 22
- SchlepphebeltriebFinger lever drive
- 33
- Ausnehmungrecess
- 44
- Schwenklagerpivot bearing
- 55
- Schlepphebelcam follower
- 66
- GaswechselventilGas exchange valve
- 77
- Rollerole
- 88th
- Anlaufflächeapproach surface
- 99
- Nockencam
- 1010
- NockenerhebungsphaseCam lobe phase
- 1111
- GrundkreisphaseBase circle phase
- 1212
- Kraftaufbringeinrichtungforce applicator
- 1313
- Kolbenpiston
- 1414
- InnenmantelflächeInner surface area
- 1515
- Gehäusecasing
- 1616
- AußenmantelflächeOuter casing surface
- 1717
- Stirnflächeface
- 1818
- Bodenground
- 1919
- Einformungindentation
- 2020
- Absperrmittelshutoff
- 2121
- Druckraumpressure chamber
- 2222
- KugelrückschlagventilBall check valve
- 2323
- Kanalchannel
- 2424
- HydraulikmittelleitungHydraulic medium line
- 2525
- Zuleitungsupply
- 2626
- Durchtrittpassage
- 2727
- Ringnutring groove
- 2828
- AußenmantelflächeOuter casing surface
- 2929
- VentilspielausgleichsvorrichtungValve lash adjuster
- 3030
- Ausnehmungrecess
- 3131
- Ausgleichskolbenbalance piston
- 3232
- Arbeitsraumworking space
- 3333
- Versorgungsleitungsupply line
- 3434
- Stirnseitefront
- 3535
- Grundreason
- 3636
- Entlastungsleitungrelief line
- 3737
- Anschlagmittelslings
- 3838
- Einstichpuncture
- 3939
- Ringkörperring body
- 4040
- unterer Absatzlower paragraph
- 4141
- Ringnutring groove
- 4242
- oberer Absatzupper paragraph
- 4343
- Auslassöffnungoutlet
- 4444
- Ablaufleitungdrain line
- 4545
- DrosselquerschnittThrottle cross section
- AA
- erste Endpositionfirst end position
- BB
- zweite Endpositionsecond end position
- S-PS-P
- Ansteuervorrichtungdriving
- S-LAS-LA
- HydraulikmittelversorgungHydraulic medium supply
- TT
- Reservoirreservoir
- RR
- Rücklaufreturns
Claims (12)
- Valve drive (1) of an internal combustion engine for actuating a gas exchange valve (6), the movement of which follows a stroke of a cam (9) and also a stroke, which is superposed on the stroke of the cam (9) and independent of the stroke of the cam (9), of a hydraulic force-exerting device (12) by virtue of a piston (13) of the force-exerting device (12) being movable relative to a housing (15) of the force-exerting device (12) from a first end position (A) into a second end position (B) by a supply, that varies over time, of a hydraulic medium adjustable in pressure from a hydraulic medium line (24) into a pressure chamber (21) formed by the piston (13) and by the housing (15), characterized in that the pressure chamber (21) is connected to the hydraulic medium line (24) both via a shut-off means (20) which is arranged in the housing (15) and which opens toward the pressure chamber (21) and also via at least one passage (26) in the housing (15), the passage (26) being at least partially blocked on account of its being covered by an outer lateral surface (16) of the piston (13) in the first end position (A) thereof.
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the pressure chamber (21) is additionally connected to the hydraulic medium line (24) via at least one throttle cross section (45), the throttle cross section (45) being designed substantially in the form of an orifice.
- Valve drive according to Claim 1 or 2, characterized in that the piston (13) has a hollow cylindrical recess (30) in which a hydraulic valve play compensating device (29) is arranged.
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the second end position (B) of the piston (13) is defined by stop means (37).
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the housing (15) has at least one outlet opening (43) which connects the pressure chamber (21) to a discharge line (44) for the hydraulic medium when, in the second end position (B) of the piston (13), the outlet opening (43) is at most partially blocked as a result of its being covered by the outer lateral surface (16) of the piston (13).
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the shut-off means (20) is a non-return ball valve (22).
- Valve drive according to Claim 3, characterized in that the piston (13) is arranged in a pivot bearing (4) which serves to pivotably mount a rocker arm (5) on a compensating piston (31), which is guided in a longitudinally movable manner in the piston (13), of the hydraulic valve play compensating device (29).
- Valve drive according to Claim 7, -characterized in that a rotatably mounted roller (7) is integrated, as a run-on surface (8) for the cam (9), in the rocker arm (5).
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the gas exchange valve (6) performs at least one secondary stroke during a base circle phase (11) of the cam (9).
- Valve drive according to Claim 9, characterized in that the gas exchange valve (6) is an outlet valve of the internal combustion engine.
- Valve drive according to Claim 9, characterized in that the gas exchange valve (6) is an inlet valve of the internal combustion engine.
- Valve drive according to Claim 1, characterized in that the hydraulic medium is lubricating oil of the internal combustion engine.
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