EP2201223B1 - Brennkraftmaschine mit zumindest einem zylinder mit einer drehsteifen nockenwelle - Google Patents

Brennkraftmaschine mit zumindest einem zylinder mit einer drehsteifen nockenwelle Download PDF

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EP2201223B1
EP2201223B1 EP08804579A EP08804579A EP2201223B1 EP 2201223 B1 EP2201223 B1 EP 2201223B1 EP 08804579 A EP08804579 A EP 08804579A EP 08804579 A EP08804579 A EP 08804579A EP 2201223 B1 EP2201223 B1 EP 2201223B1
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camshaft
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internal combustion
injection pump
fuel injection
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/24—Varying fuel delivery in quantity or timing with constant-length-stroke pistons having variable effective portion of stroke

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder with a camshaft for actuating at least one gas exchange valve via a push rod and a valve lever, wherein a gas exchange cam of the camshaft acts on the push rod via an adjustable transmission lever.
  • the DE 10 2004 057 438 A1 describes a valve train for gas exchange valves of an internal combustion engine with an adjustable rocker arm, which cooperates on the one hand with an eccentric shaft and on the other hand with a roller running on a cam of a camshaft.
  • the valve drive has at least one rocker arm, wherein the rocker arm acts with a first end on a gas exchange valve and is pivotally connected to a second end, each with a push rod.
  • the adjustable rocker arm is articulated to the eccentric shaft that is adjusted by the eccentric adjustable by an eccentric eccentric having a comparatively large Exzentereconomic, a desired and predeterminable as a design parameter phase shift with a maximum Phasenverstellwinkel and a predetermined maximum valve lift and the base of the push rod on the adjustable rocker arm during the phase shift approximately follows the pivot radius of the push rod around the upper pivot point on the linkage on the rocker arm.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to adjust in the simplest possible way both the timing of the gas exchange valves and the injection timing.
  • a structurally particularly simple adjustment of the timing of the gas exchange valves can be achieved if the axis of rotation of the transmission lever is adjustable by means of an eccentric shaft. It is provided in a simple embodiment that the timing of the intake and exhaust valves can be adjusted by a single eccentric shaft. In order to allow a separate adjustment of the timing for intake and exhaust valves, provides a constructive development of the invention, that in each case a separate eccentric shaft is provided for intake valves and exhaust valves.
  • the gas exchange valves and the fuel injection pump can be driven by a single camshaft.
  • a purely mechanical fuel injection pump is used, which keeps the cost very small. Due to the rotation of the camshaft via the phaser a large adjustment range for the fuel injection pump can be achieved.
  • the adjustment range of the camshaft can be, for example, +/- 15 ° camshaft angle.
  • Fig. 1 shows two gas exchange valves 1, 2 of an internal combustion engine, which are driven by a lower camshaft 6 via a rocker arm 3a, a push rod 4a and a transmission lever 5a. Trained as a drag lever transmission lever 5a is mounted on a rotatable eccentric shaft 7. By rotating the eccentric shaft 7 with the eccentricity a, the transmission lever 5a is reciprocated, whereby the rotation axis 5 'of the transmission lever 5a shifts. As a result, the phase change for the gas exchange valves 1, 2 of the valve lift curve h within the in Fig. 5 illustrated adjustment range.
  • Fig. 5 shows the valve lift h applied to the camshaft angle ⁇ , where h 2, the basic position of the valve lift h is designated.
  • the lift curve is in the embodiment in the range of -15 ° to + 15 ° camshaft angle ⁇ adjustable.
  • the corresponding extreme positions of the lifting curves are designated h 1 and h 3 .
  • the gas exchange cams 8a, 8b act on the transmission levers 5a, 5b via rollers 9a, 9b.
  • an injection cam 10 is further arranged for actuating a mechanical fuel injection pump 11, as shown in Fig. 2 evident.
  • a phaser 12 is arranged at one end of the camshaft over which the injection time of the fuel injection pump 11 within a cam angle range ⁇ from -15 ° to + 15 ° camshaft angle ⁇ is adjustable, as shown in Fig. 6 evident.
  • Fig. 6 is the Einspritzpumpenhub H plotted against the camshaft angle ⁇ .
  • H 2 designates the basic position of the injection pump stroke H, by which the injection time of the fuel injection pump 11 can be adjusted within the range of the camshaft angle from -15 ° to + 15 °.
  • the outermost portions of the injection pump stroke H are in Fig. 6 designated H 1 and H 3 .
  • the distance between the transmission lever 5a, 5b and the rocker arm 3a, 3b changes because the movement of the transmission lever 5a, 5b on the base circle 6a of the camshaft 6 is reciprocated and the contact point between gas exchange cam 8a, 8b and transmission lever 5a, 5b along the base circle 6a wanders.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder mit einer drehsteifen Nockenwelle (6) zur Betätigung von zumindest einem Gaswechselventil (1, 2) über eine Stößelstange (4a, 4b) und einen Ventilhebel (3a, 3b), wobei ein Gaswechselnocken (8a, 8b) der Nockenwelle (6) über einen verstellbaren Übertragungshebel (5a, 5b) auf die Stößelstange (4a, 4b) einwirkt. Um auf möglichst einfache Weise die Steuerzeiten der Gaswechselventile (1, 2) und der Kraftstoffeinspritzpumpe (11) zu verstellen, ist vorgesehen, dass die Nockenwelle (6) über einen Einspritznocken (10) eine mechanische Kraftstoffeinspritzpumpe antreibt und dass die Steuerzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe (11) mittels eines auf die Nockenwelle (6) einwirkenden Phasenstellers (12) veränderbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder mit einer Nockenwelle zur Betätigung von zumindest einem Gaswechselventil über eine Stößelstange und einen Ventilhebel, wobei ein Gaswechselnocken der Nockenwelle über einen verstellbaren Übertragungshebel auf die Stößelstange einwirkt.
  • Die DE 10 2004 057 438 A1 beschreibt einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einem verstellbaren Schwinghebel, der einerseits mit einer Exzenterwelle und andererseits mit einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle zusammenwirkt. Der Ventiltrieb weist mindestens einen Kipphebel auf, wobei der Kipphebel mit einem ersten Ende auf ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stößelstange gelenkig verbunden ist. Der verstellbare Schwinghebel ist dabei derart an der Exzenterwelle angelenkt, dass durch den um einen Exzenterwinkel verstellbaren Exzenter, der ein vergleichsweise großes Exzentermaß aufweist, eine gewünschte und als Konstruktionsparameter vorgebbare Phasenverschiebung mit einem maximalen Phasenverstellwinkel und ein vorgegebener maximaler Ventilhub eingestellt ist und der Stützpunkt der Stößelstange auf den verstellbaren Schwinghebel während der Phasenverschiebung in etwa dem Schwenkradius der Stößelstange um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel folgt.
  • Aus der JP 61-058908 A ist eine ähnliche Ventilbetätigungseinrichtung bekannt, wobei der Übertragungshebel zwischen Nockenwelle und Stößelstange durch einen Exzenter hinsichtlich der Drehachse verstellbar ist. Ausserdem veröffentlicht die Druckschrift JP60-001354 eine solche Ventilbetätigungsvorrichtung.
  • Weiters ist es bekannt, zur Verstellung der Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile einer Brennkraftmaschine zwei unabhängige Nockenwellen zu verwenden. Des weiteren ist es bekannt, die Kraftstoffeinspritzung elektronisch zu verstellen, was aber den Nachteil hat, dass der Einspritzdruck über den gesamten Verstellbereich am Einspritzventil anliegen muss, weshalb teure Servoventile notwendig sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise sowohl die Steuerzeiten der Gaswechselventile als auch den Einspritzzeitpunkt zu verstellen.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Nockenwelle über einen Einspritznocken eine mechanische Kraftstoffeinspritzpumpe antreibt und dass die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe mittels eines auf die Nockenwelle einwirkenden Phasenstellers veränderbar ist, wobei vorzugsweise die Steuerzeiten der Gaswechselventile und die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe unabhängig voneinander verstellbar sind.
  • Eine konstruktiv besonders einfache Verstellung der Steuerzeiten der Gaswechselventile kann erreicht werden, wenn die Drehachse des Übertragungshebels mittels einer Exzenterwelle verstellbar ist. Dabei ist in einer einfachen Ausführung vorgesehen, dass die Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile durch eine einzige Exzenterwelle verstellt werden können. Um eine getrennte Verstellung der Steuerzeiten für Ein- und Auslassventile zu ermöglichen, sieht eine konstruktive Weiterentwicklung der Erfindung vor, dass für Einlassventile und Auslassventile jeweils eine eigene Exzenterwelle vorgesehen ist.
  • Gemäß einer herstellungsmäßig besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaswechselventile und die Kraftstoffeinspritzpumpe durch eine einzige Nockenwelle antreibbar sind.
  • Zum Unterschied zu bekannten Einspritzsystemen wird eine rein mechanische Kraftstoffeinspritzpumpe verwendet, was den Kostenaufwand sehr klein hält. Durch die Verdrehung der Nockenwelle über den Phasensteller kann ein großer Verstellbereich für die Kraftstoffeinspritzpumpe erreicht werden. Der Verstellbereich der Nockenwelle kann dabei beispielsweise +/-15° Nockenwellenwinkel betragen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Ventilbetätigungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Brenn- kraftmaschine in einem Querschnitt;
    Fig. 2
    die Ventilbetätigungseinrichtung in einer Seitenansicht;
    Fig. 3
    die Nockenwelle in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2;
    Fig. 4
    die Nockenwelle in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2;
    Fig. 5
    den Ventilhub über dem Nockenwellenwinkel; und
    Fig. 6
    den Einspritzpumpenhub über dem Nockenwellenwinkel aufgetra- gen.
  • Fig. 1 zeigt zwei Gaswechselventile 1, 2 einer Brennkraftmaschine, welcher über einen Kipphebel 3a, eine Stößelstange 4a und einen Übertragungshebel 5a durch eine untenliegende Nockenwelle 6 angetrieben werden. Der als Schlepphebel ausgebildete Übertragungshebel 5a ist über eine verdrehbare Exzenterwelle 7 gelagert. Durch Verdrehen der Exzenterwelle 7 mit der Exzentrizität a wird der Übertragungshebel 5a hin- und hergeschoben, wodurch sich die Drehachse 5' des Übertragungshebels 5a verschiebt. Dadurch erreicht man durch die Positionsänderung des Übertragungshebels 5a eine Phasenverschiebung für die Gaswechselventile 1, 2 der Ventilhubkurve h innerhalb des in Fig. 5 dargestellten Verstellbereiches. Fig. 5 zeigt dazu die Ventilerhebung h über dem Nockenwellenwinkel α aufgetragen, wobei mit h2 die Grundstellung der Ventilerhebung h bezeichnet ist. Die Hubkurve ist im Ausführungsbeispiel im Bereich von -15° bis +15° Nockenwellenwinkel α verstellbar. Die entsprechenden Extremlagen der Hubkurven sind mit h1 und h3 bezeichnet.
  • Die Gaswechselnocken 8a, 8b wirken über Rollen 9a, 9b auf die Übertragungshebel 5a, 5b ein.
  • Auf der Nockenwelle 6 ist weiters ein Einspritznocken 10 zur Betätigung einer mechanischen Kraftstoffeinspritzpumpe 11 angeordnet, wie aus der Fig. 2 hervorgeht. Um eine Verstellung der Einspritzzeiten der Einspritzpumpe 11 zu ermöglichen, ist an einem Ende der Nockenwelle ein Phasensteller 12 angeordnet, über welche die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe 11 innerhalb eines Nockenwinkelbereiches α von -15° bis +15° Nockenwellenwinkel α verstellbar ist, wie aus der Fig. 6 hervorgeht. In Fig. 6 ist dabei der Einspritzpumpenhub H über dem Nockenwellenwinkel α aufgetragen. Mit H2 ist die Grundstellung des Einspritzpumpenhubes H bezeichnet, um welchen die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe 11 innerhalb des Nockenwellenwinkelbereiches von -15° bis +15° verstellt werden kann. Die äußersten Bereiche des Einspritzpumpenhubes H sind in Fig. 6 mit H1 und H3 bezeichnet.
  • Durch die Verdrehung der Exzenterwelle 7 um einen Winkel γ ändert sich der Abstand zwischen dem Übertragungshebel 5a, 5b und dem Kipphebel 3a, 3b, weil durch die Bewegung der Übertragungshebel 5a, 5b am Grundkreis 6a der Nockenwelle 6 hin- und herbewegt wird und der Kontaktpunkt zwischen Gaswechselnocken 8a, 8b und Übertragungshebel 5a, 5b entlang des Grundkreises 6a wandert.
  • Dadurch, dass die Steuerzeitverstellungen der Gaswechselventile 1 und 2, sowie der Einspritzpumpe 11 nur eine Nockenwelle 6 vorgesehen ist, wird der konstruktive Aufwand auf ein Mindestmaß reduziert. Durch die Exzenterwelle 7 und den Phasensteller 12 können trotzdem die Gaswechselventile 1, 2 und die Kraftstoffeinspritzpumpe unabhängig voneinander verstellt werden.

Claims (5)

  1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder mit einer Nockenwelle (6) zur Betätigung von zumindest einem Gaswechselventil (1, 2) über eine Stößelstange (4a, 4b) und einen Ventilhebel (3a, 3b), wobei ein Gaswechselnocken (8a, 8b) der Nockenwelle (6) über einen verstellbaren Übertragungshebel (5a, 5b) auf die Stößelstange (4a, 4b) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (6) über einen Einspritznocken (10) eine mechanische Kraftstoffeinspritzpumpe (11) antreibt und dass die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe (11) mittels eines auf die Nockenwelle (6) einwirkenden Phasenstellers (12) veränderbar ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzeiten der Gaswechselventile (1, 2) und die Einspritzzeit der Kraftstoffeinspritzpumpe (11) unabhängig voneinander verstellbar sind.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (5a') des Übertragungshebels (5a, 5b) mittels einer Exzenterwelle (7) verstellbar ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für Einlassventile und Auslassventile jeweils eine eigene Exzenterwelle (7) vorgesehen ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswechselventile (1, 2) und die Kraftstoffeinspritzpumpe (11) durch eine einzige Nockenwelle (6) antreibbar sind.
EP08804579A 2007-10-11 2008-09-23 Brennkraftmaschine mit zumindest einem zylinder mit einer drehsteifen nockenwelle Not-in-force EP2201223B1 (de)

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