Bezeichnung der Erfindung Name of the invention
Variabler Ventiltrieb einer BrennkraftmaschineVariable valve train of an internal combustion engine
Beschreibungdescription
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung, die zu einem betriebsartabhängigen Sekundärhub wenigs¬ tens eines Gaswechselventils für ein internes Abgasrücksaugen dient. Ein der¬ artig ausgebildeter Ventiltrieb bildet vorzugsweise die mechanische Grundlage zur Umsetzung von homogenen Selbstzündungsbrennverfahren.The invention relates to a variable valve train of an internal combustion engine having a device which serves for a mode-dependent secondary stroke wenigs¬ least a gas exchange valve for an internal exhaust gas recirculation. A der¬ like trained valve train preferably forms the mechanical basis for the implementation of homogeneous auto-ignition combustion.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein Ventiltrieb mit einem betriebsartabhängigen Sekundärhub des Gaswech¬ selventils ist bereits für eine Einrichtung vorgeschlagen, die als Motorbremse bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen dienen soll. Motorbremsen werden als sicherheitsrelevante Ergänzung zur Betriebsbremse üblicherweise als Dau¬ erbremse bei Nutzfahrzeugen eingesetzt und basieren auf dem Prinzip, dass das Schleppmoment der sich im Schubbetrieb befindlichen und nicht befeuer¬ ten Brennkraftmaschine durch Erhöhung der Ladungswechselarbeit erheblich gesteigert werden kann und das Fahrzeug dadurch abgebremst wird. Hierzu wird das Auslassventil während der Verdichtungsphase nochmals geöffnet, so dass die Zylinderladung nicht gasfederartig komprimiert, sondern unter Auf¬ bringung von Ausschiebearbeit in den Auslasskanal geschoben wird. So ist in der DE 40 07 287 A1 eine Motorbremse beschrieben, bei der ein Rollenstößel einen Nocken abgreift, der neben einer konventionellen Nockenerhebung so- wie einem Grundkreis eine Nockeneinformung aufweist, die sich -in Nocken¬ drehrichtung betrachtet- an die Nockenerhebung anschließt. Der Rollenstößel ist hydraulisch verlängerbar, indem er eine Kammer aufweist, die sich mit Hyd¬ raulikmittel füllt, während der Rollenstößel die Nockeneinformung durchfährt.
Der Zu- und Abfluss von Hydraulikmittel zu bzw. aus der Kammer wird über ein Hydraulikventil gesteuert, welches bei aktivierter Motorbremse in der Phase, in der der Nockenfolger aus der Nockeneinformung auf den Grundkreis aus¬ taucht, geschlossen ist. In diesem Fall erzeugt der Rollenstößel einen zusätzli- chen Hub während der Verdichtungsphase. Im befeuerten Betrieb der Brenn¬ kraftmaschine kann sich die Kammer hingegen über das dann offene Hydrau¬ likventil wieder leeren, so dass sich der Rollenstößel beim Ausfahren aus der Nockeneinformung wieder auf seine ursprüngliche Länge verkürzt und keinen zusätzlichen Hub am Auslassventil erzeugt.A valve train with a mode-dependent secondary stroke of the gas exchange valve is already proposed for a device which is to serve as an engine brake in air-compressing internal combustion engines. Motor brakes are used as a safety-relevant supplement to the service brake usually as Dau¬ erbremse in commercial vehicles and are based on the principle that the drag torque of the notch engine in overrun and not befeuer¬ th by increasing the charge exchange work can be significantly increased and the vehicle is braked. For this purpose, the exhaust valve is opened again during the compression phase, so that the cylinder charge is not compressed in the manner of a gas spring, but is pushed into the outlet channel while being pushed out. Thus, DE 40 07 287 A1 describes an engine brake in which a roller tappet taps off a cam which, in addition to a conventional cam elevation and a base circle, has a cam indentation which, viewed in the cam direction, adjoins the cam elevation. The roller tappet can be hydraulically extended by having a chamber which fills with hydraulic fluid while the roller tappet passes through the cam recess. The inflow and outflow of hydraulic fluid to and from the chamber is controlled by a hydraulic valve, which is closed when the engine brake is activated in the phase in which the cam follower dives out of the cam indentation onto the base circle. In this case, the roller tappet generates an additional stroke during the compression phase. In the fired operation of the internal combustion engine, however, the chamber can be emptied again via the then open hydraulic valve, so that the roller tappet shortens when retracted from the cam indentation back to its original length and generates no additional stroke on the outlet valve.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb zu schaffen, der ein internes Rücksaugen von Ab- gas in ausreichender Menge und mit ausreichend genauer und vollvariabel einstellbarer Dosierung ermöglicht, um insbesondere eine Brennkraftmaschine mit so genannter homogener Selbstzündung zu betreiben.Compared with the known prior art, the invention has the object to provide a valve train, which allows an internal Rücksaugen of exhaust gas in sufficient quantity and with sufficiently accurate and fully variable adjustable dosage, in particular to operate an internal combustion engine with so-called homogeneous self-ignition ,
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Ventiltrieb, der zur Ab- gasrücksaugung dient. Dies ist insbesondere die Voraussetzung für einen Be¬ trieb der Brennkraftmaschine bei homogener und sich selbst zündender La¬ dung. Ein derartiges, auch als HCCI-Verfahren (Homogenous Charge Compression Ignition) bezeichnetes Brennverfahren ist sowohl bei selbst ge¬ zündeten Diesel-Brennkraftmaschinen als auch bei fremd gezündeten Otto- Brennkraftmaschinen zumindest im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine hauptsächlich zum Zweck der Emissionsreduzierung einsetzbar. Der durch Brennbeginn, -Schwerpunkt und -dauer, maximalen Zylinderdruckanstieg sowie Spitzendruck gekennzeichnete Verbrennungsablauf wird beim HCCI-Verfahren im Wesentlichen durch Steuerung der Ladungszusammensetzung und des Ladungstemperaturverlaufs festgelegt. Es zeigt sich, dass bei diesem Brenn¬ verfahren 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 Be¬ triebspunkt 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 HCCI-Verfahren mit unakzeptab'.en Verbrennungsabläufen äußerst sensibel auf Änderungen der Ladungseigenschaften, so dass neben der Be¬ reitstellung von Restgas in der benötigten Menge ebenfalls eine verbrennungs- zyklustreue, hochpräzise und zylinderindividuelle Dosierung des Restgasan- teils erforderlich ist.The subject of the present invention is therefore a valve drive which serves for exhaust gas recirculation. This is in particular the prerequisite for a Be¬ operation of the internal combustion engine with homogeneous and self-igniting La¬ training. Such a combustion method, also referred to as HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), can be used primarily for self-ignited diesel internal combustion engines as well as for spark-ignited internal combustion engines, at least in partial load operation of the internal combustion engine, primarily for the purpose of reducing emissions. The combustion process, characterized by start of combustion, gravity and duration, maximum cylinder pressure rise and peak pressure, is determined in the HCCI process essentially by controlling the charge composition and the charge temperature profile. It turns out that in this Brenn¬ process a high charge temperature for controlling the ignition timing is desired. A very effective means for increasing the charge temperature is to increase the residual gas content, ie to increase the content of untrushed or purged exhaust gas returned to the cylinder of the previous combustion cycle in the cylinder charge for the next combustion cycle. In this case, the residual gas content must be able to be fully variably adjusted to the operating point of the internal combustion engine, whereby 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. Moreover, the HCCI process reacts with unacceptable combustion processes extremely sensitively to changes in the charge properties, so that in addition to the provision of residual gas in the required quantity, a combustion cycle-faithful, highly precise and cylinder-specific metering of the residual gas fraction is also required.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale liegt ein variabler Ventiltrieb mit we¬ nigstens einem Einlass- und wenigstens einem Auslassventil vor, von denen zumindest ein Gaswechselventil mit einem von wenigstens einem Nocken be- aufschlagten Nockenfolger in Wirkverbindung steht. Dies schließt somit auch einen Ventiltrieb ein, bei dem der Nockenfolger durch Koppelmittel umschaltbar ausgebildet ist und Hübe mehrerer Nocken in Abhängigkeit von seinem Kop¬ pelzustand selektiv auf das Gaswechselventil überträgt. Aber auch Ventiltriebe, die den Hub des Gaswechselventil mittels einem Nocken und weiteren Ver- Stellelementen kontinuierlich variieren, sollen im Schutzumfang eingeschlossen sein.The features according to the invention provide a variable valve drive with at least one inlet and at least one outlet valve, of which at least one gas exchange valve is in operative connection with a cam follower loaded by at least one cam. This therefore also includes a valvetrain, in which the cam follower is designed switchable by coupling means and selectively transfers strokes of a plurality of cams depending on its coupling state to the gas exchange valve. But also valve trains, which continuously vary the stroke of the gas exchange valve by means of a cam and other Ver adjusting elements should be included in the scope of protection.
Der Nockenfolger ist auf einem Hydraulikpolster, das mit wenigstens einem durch Absperrmittel verschließbaren Hydraulikmittelpfad verbunden ist, abstützbar gelagert. Der Nocken hat relativ zu einem Grundkreis eine Nocken¬ erhebung und eine Nockeneinformung, wobei die Nockenerhebung außerhalb des Grundkreises liegt und einen Primärhub des Gaswechselventils erzeugt
und die Nockeneinformung innerhalb des Grundkreises liegt, in die der No- ckenfolger bei hydraulischer Längung des Hydraulikpolsters eintaucht.The cam follower is supported on a hydraulic cushion, which is connected to at least one closable by means of shut-off hydraulic fluid path. The cam has a Nocken¬ elevation and a Nockeneinformung relative to a base circle, wherein the cam lobe is outside the base circle and generates a primary stroke of the gas exchange valve and the cam indentation lies within the base circle into which the cam follower immerses when the hydraulic pad is hydraulically elongated.
In einer Betriebsart, in der die Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Abgasrücksaugung betrieben wird, erfolgen der Primärhub und der Sekundär¬ hub des zumindest einen Gaswechselventils. Voraussetzung hierfür ist, dass das Absperrmittel geschlossen ist, sobald der Nockenfolger aus der Nocken¬ einformung auf den Grundkreis austaucht. In diesem Fall bleibt das Hydraulik¬ mittel im Hydraulikpolster eingeschlossen, und der gegenüber der Nockenein- formung erhabene Grundkreis stellt eine zusätzliche Nockenerhebung dar, die den Sekundärhub erzeugt.In an operating mode in which the internal combustion engine is operated with the exhaust gas recirculation according to the invention, the primary stroke and the secondary stroke of the at least one gas exchange valve take place. The prerequisite for this is that the blocking means is closed as soon as the cam follower emerges from the cam recessing on the base circle. In this case, the hydraulic medium remains enclosed in the hydraulic cushion, and the base circle raised relative to the cam formation constitutes an additional cam lobe which generates the secondary stroke.
In einer anderen Betriebsart der Brennkraftmaschine erfolgt lediglich der Pri¬ märhub des zumindest einen Gaswechselventils. Dabei ist das Absperrmittel geöffnet, sobald der Nockenfolger aus der Nockeneinformung auf den Grund¬ kreis austaucht. In dieser Betriebsart erfährt das Gaswechselventil keinen Se¬ kundärhub, da sich das Hydraulikpolster über das geöffnete Absperrmittel so¬ lange entleert, bis der Ventiltrieb eine hydraulische Länge aufweist, die dem Grundkreis des Nockens entspricht.In another operating mode of the internal combustion engine, only the primary stroke of the at least one gas exchange valve takes place. In this case, the blocking means is opened as soon as the cam follower emerges from the cam indentation onto the base circle. In this operating mode, the gas exchange valve does not undergo a secondary stroke, since the hydraulic cushion is emptied via the opened shut-off means until the valve drive has a hydraulic length which corresponds to the base circle of the cam.
Insbesondere für einen Betrieb der Brennkraftmaschine im homogenen Selbst- zündungsbrennverfahren ist es gemäß Anspruch 2 notwendig, dass die Dauer des Sekundärhubs und somit die Menge an rückgeführtem Abgas vollvariabel mit einem beliebig wählbarem Zeitpunkt, zu dem das Absperrmittel geöffnet wird, einstellbar ist. Überdies ist es nach den Ansprüchen 8 und 9 zweckmäßig vorgesehen, dass die Dauer des Sekundärhubs für jeden Zylinder der Brenn¬ kraftmaschine individuell und für jede Umdrehung des Nockens von einem Steuergerät neu berechnet und neu einstellbar ist.In particular, for an operation of the internal combustion engine in the homogeneous auto-ignition combustion method, it is necessary that the duration of the secondary stroke and thus the amount of recirculated exhaust gas fully variable with an arbitrary selectable time at which the shut-off is opened adjustable. Moreover, it is expediently provided according to claims 8 and 9, that the duration of the Sekundärhubs for each cylinder of Brenn¬ engine individually and recalculated for each revolution of the cam of a control unit and is newly adjustable.
In einer Variante nach Anspruch 3 ist es vorgeschlagen, dass der Sekundärhub an einem Auslassventil erfolgt, welcher teilweise oder vollständig innerhalb des Hubs des Einlassventils liegt. In dieser bevorzugten Ausgestaltung wird bereits in den Auslasskanal ausgeschobenes Abgas während des Ansaugtakts der
Brennkraftmaschine über das dann nochmalig geöffnete Auslassventil in den Brennraum rückgesaugt.In a variant according to claim 3, it is proposed that the secondary stroke takes place at an outlet valve which lies partially or completely within the stroke of the inlet valve. In this preferred embodiment, exhaust gas already exhausted into the exhaust passage during the intake stroke of Internal combustion engine sucked back into the combustion chamber via the then opened exhaust valve again.
Es kann laut Anspruch 4 aber auch zweckmäßig sein, dass der Sekundärhub an einem Einlassventil erfolgt, welcher teilweise oder vollständig innerhalb des Hubs des Auslassventils liegt. In dieser alternativen Ausgestaltung wird Abgas im Ausschiebetakt der Brennkraftmaschine in den Einlasskanal ausgeschoben und während des Ansaugtakts in den Brennraum rückgesaugt.However, according to claim 4, it may also be expedient that the secondary stroke takes place at an inlet valve which lies partially or completely within the stroke of the outlet valve. In this alternative embodiment, exhaust gas is expelled in Ausschiebetakt the internal combustion engine in the inlet channel and sucked back into the combustion chamber during the intake stroke.
Eine Kombination dieser vorgenannten Möglichkeiten ist in Anspruch 5 vorge¬ schlagen. 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 is proposed in claim 5. 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.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht nach Anspruch 6 vor, dass der durch Absperrmittel verschließbare Hydraulikmittelpfad als Ablauf des Hydraulikmittels vom Hydraulikpolster und ein weiterer Hydraulikmittelpfad als Zulauf des Hydraulikmittels zum Hydraulikpolster dient. Durch die Trennung von Zu- und Ablauf des Hydraulikmittels werden unerwünschte Druckschwan- kungen, wie sie in einem gleichzeitig als Zu- und Ablauf dienenden Hydraulik¬ mittelpfad besonders bei Versorgung mehrerer Hydraulikpolster auftreten kön¬ nen, wirkungsvoll reduziert.A further advantageous embodiment of the invention provides according to claim 6, that closable by shut-off hydraulic fluid path serves as a drain of the hydraulic fluid from the hydraulic cushion and another hydraulic fluid path as an inlet of the hydraulic fluid to the hydraulic cushion. Due to the separation of inlet and outlet of the hydraulic medium, undesired pressure fluctuations, as they can occur in a hydraulic path which simultaneously serves as inlet and outlet, especially when a plurality of hydraulic pads are supplied, are effectively reduced.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht laut Anspruch 7 die Verwen- düng eines elektrohydraulischen 2/2-Wege-Ventils als einfaches und preis¬ günstiges Absperrmittel für den Hydraulikmittelpfad vor. Es ist jedoch auch an den Einsatz von gleichwirkenden Absperrmitteln wie beispielsweise elektrohyd- raulische Proportionalventile oder elektrohydraulische 3/2-Wege- Ventile ge¬ dacht.According to claim 7, another expedient embodiment provides for the use of an electrohydraulic 2/2-way valve as a simple and inexpensive shut-off means for the hydraulic fluid path. However, it is also thought of the use of equally effective shut-off devices such as electrohydraulic Proportionalventile or electro-hydraulic 3/2-way valves thought.
In Anspruch 10 ist vorgeschlagen, dass die Kraft eines Federmittels den No- ckenfolger in Richtung der Nockeneinformung beaufschlagt. Dies unterstützt die hydraulische Längung des Hydraulikpolsters .
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb kann in verschiedenen Bauformen Anwen¬ dung finden. So geht aus Anspruch 11 hervor, dass der Nockenfolger linear und unmittelbar auf dem Hydraulikpolster vergleichbar mit Tassen- oder RoI- lenstößeltrieben abstützbar geführt ist. Alternativ ist es laut Anspruch 12 mög¬ lich, einen hebelartigen Nockenfolger zu verwenden und das Hydraulikpolster unterhalb eines Abstützlagers, das sich an einem dem Gaswechselventil ab¬ gewandten Ende des Nockenfolgers befindet, anzuordnen. Dies ist in diesem Fall bevorzugt ein reibungsarmer Rollenschlepphebel, der auf einem Abstütz- element drehbar gelagert ist. Nach Anspruch 13 kann das Hydraulikpolster aber auch in einem Stößel, der sich an einem dem Gaswechsel venti I zuge¬ wandten Ende des hebelartigen Nockenfolgers befindet, angeordnet sein.In claim 10 it is proposed that the force of a spring means acts on the cam follower in the direction of the cam indentation. This supports the hydraulic elongation of the hydraulic cushion. The valve drive according to the invention can be found in various designs. It is thus clear from claim 11 that the cam follower is guided linearly and directly on the hydraulic cushion in a manner comparable to cup or roller ram drives. Alternatively, it is possible, according to claim 12, to use a lever-type cam follower and to arrange the hydraulic pad below a support bearing, which is located at an end of the cam follower remote from the gas exchange valve. In this case, this is preferably a low-friction roller rocker arm, which is rotatably mounted on a support element. According to claim 13, the hydraulic cushion but also in a plunger, which is located at a the gas exchange venti I zuge¬ facing end of the lever-like cam follower, be arranged.
In zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung ist es gemäß Anspruch 14 vorge- sehen, dass der wenigstens eine Hydraulikmittelpfad mit einer Hydraulikmittel¬ fördereinrichtung, deren Ausgangsdruckniveau höher als das einer Schmieröl¬ pumpe für den Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine ist, in Verbindung steht. Hierdurch ist eine Versorgung des Hydraulikpolsters mit ausreichendem Volumenstrom an Hydraulikmittel sichergestellt, so dass in der Betriebsart mit Abgasrücksaugung auch bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein schnelles und vollständiges Auffüllen des Hydraulikpolsters gewährleistet ist.In an expedient development of the invention, it is provided according to claim 14, that the at least one hydraulic fluid path with a Hydraulikmittel¬ conveying device whose output pressure level is higher than that of a Schmieröl¬ pump for the lubricating oil circuit of the internal combustion engine, is in communication. In this way, a supply of the hydraulic cushion is ensured with sufficient volume flow of hydraulic fluid, so that in the operating mode with exhaust gas recirculation even at higher speeds of the internal combustion engine, a fast and complete filling of the hydraulic cushion is guaranteed.
Als Hydraulikmittel wird nach Anspruch 15 der Einfachheit halber das Schmier¬ öl der Brennkraftmaschine verwendet. Denkbar ist demgegenüber aber auch die Verwendung beliebig anderer geeigneter Fluide in einem Hydraulikmittel¬ kreislauf, der dann vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zu separie¬ ren wäre.As hydraulic means, the lubricating oil of the internal combustion engine is used according to claim 15 for the sake of simplicity. Conversely, however, it is also conceivable to use any other suitable fluids in a hydraulic fluid circuit, which would then be separable from the lubricating oil circuit of the internal combustion engine.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail in the following embodiments.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In beiliegenden Zeichnungen ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb schematisch in verschiedenen Ausführungsbeispielen und exemplarisch für den Sekundär¬ hub eines Auslassventils dargestellt. Es zeigen:Brief description of the drawings In accompanying drawings, the valve train according to the invention is shown schematically in various embodiments and by way of example for the Sekundär¬ stroke of an exhaust valve. Show it:
Figur 1 einen linear bewegten Nockenfolger zum Zeitpunkt desFIG. 1 shows a linearly moved cam follower at the time of
Ventilschließens nach Durchfahren der Nockenerhebung, wobei der Hydraulikmittelpfad als Zu- und Ablauf von Hyd¬ raulikmittel zum bzw. vom Hydraulikpolster dient,Closing the valve after passing through the cam elevation, wherein the hydraulic fluid path serves as inflow and outflow of hydraulic fluid to or from the hydraulic cushion,
Figur 2 den Ventiltrieb aus Fig. 1 zu dem Zeitpunkt, in dem derFigure 2 shows the valve gear of FIG. 1 at the time in which the
Nockenfolger vollständig in die Nockeneinformung einge¬ taucht ist,Cam follower is completely immersed in the cam indentation,
Figur 3 den Ventiltrieb aus Fig. 1 zu einem Zeitpunkt während des Sekundärhubs,FIG. 3 shows the valve drive from FIG. 1 at a time during the secondary stroke,
Figur 4 den Ventiltrieb aus Fig. 1 bei beendetem Sekundärhub,FIG. 4 shows the valve drive from FIG. 1 when the secondary stroke has ended,
Figur 5 den linear bewegten Nockenfolger nach Fig. 1 mit einem Hydraulikmittelzulaufpfad und einem Hydraulikmittelab¬ laufpfad,FIG. 5 shows the linearly moved cam follower according to FIG. 1 with a hydraulic medium feed path and a hydraulic medium drainage path,
Figur 6 einen hebelartigen Nockenfolger, wobei das Hydraulikpols¬ ter unterhalb eines Abstützlagers, das sich an einem dem Gaswechselventil abgewandten Ende des Nockenfolgers befindet, angeordnet ist,FIG. 6 shows a lever-like cam follower, the hydraulic pole being arranged below a support bearing, which is located at an end of the cam follower facing away from the gas exchange valve,
Figur 7 einen hebelartigen Nockenfolger, wobei das Hydraulikpols¬ ter unterhalb eines Abstützlagers, das sich an einem dem Gaswechselventil zugewandten Ende des Nockenfolgers befindet, angeordnet ist,
Figur 8 ein Steuerdiagramm der Brennkraftmaschine mit Sekun¬ därhub an einem Auslassventil.FIG. 7 shows a lever-like cam follower, the hydraulic pole being arranged below a support bearing, which is located at an end of the cam follower facing the gas exchange valve, FIG. 8 shows a control diagram of the internal combustion engine with a secondary stroke at an outlet valve.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die Figur 1 zeigt einen als Stößel 1a ausgebildeten Nockenfolger 2a, der zwi¬ schen einem Mitnehmer 3 und einem Nocken 4 angeordnet ist und in an sich bekannter Weise von dem Nocken 4 in Betätigungsrichtung eines Gaswech¬ selventils 36 angetrieben wird. Der Stößel 1a und der Mitnehmer 3 sind in einer als Durchgangsöffnung 5 ausgebildeten Führung 6a einer Brennkraftmaschine linear beweglich gelagert. Selbstverständlich kann anstelle einer mit dem Stö¬ ßel 1a starr verbundenen und eben, sphärisch oder bevorzugt zylindrisch aus¬ gebildeten Nockenkontaktfläche 7a auch eine am Stößel 1a angeordnete, drehbar gelagerte Rolle als Nockenkontaktfläche vorgesehen sein.FIG. 1 shows a cam follower 2a in the form of a tappet 1a, which is arranged between a driver 3 and a cam 4 and is driven in a manner known per se by the cam 4 in the direction of actuation of a gas exchange valve 36. The plunger 1a and the driver 3 are mounted linearly movable in a trained as a passage opening 5 guide 6a of an internal combustion engine. Of course, can be provided as a cam contact surface instead of a rigidly connected to the Stö¬ ßel 1a and just, spherical or preferably cylindrically aus¬ formed cam contact surface 7a arranged on the plunger 1a, rotatably mounted.
Der Stößel 1 a weist an einem dem Nocken 4 abgewandten Ende 8a eine Stirn¬ fläche 9a sowie eine hohlzylindrische Ausnehmung 10a auf. An einem dem Stößel 1a zugewandten Ende 11 des Mitnehmers 3 befinden sich eine Stirnflä¬ che 12a sowie eine hohlzylindrische Ausnehmung 13a. Innerhalb der durch die Ausnehmungen 10a, 13a gebildeten Kavität 14a befinden sich Hydraulikmittel sowie ein den Stößel 1a und den Mitnehmer 3 beabstandend wirkendes Fe¬ dermittel 15, welches den Stößel 1 a in Kontakt mit dem Nocken 4 hält.The plunger 1 a has an end face 9 a on a side facing away from the cam 4, and a hollow-cylindrical recess 10 a on the end 8 a. An end face 12a and a hollow cylindrical recess 13a are located on an end 11 of the driver 3 facing the plunger 1a. Within the cavity 14a formed by the recesses 10a, 13a, there are hydraulic means as well as a spring means 15, which acts on the plunger 1a and the driver 3 at a distance and keeps the plunger 1a in contact with the cam 4.
Der Nocken 4 rotiert in dem Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn und weist relativ zu einem Grundkreis 16 eine Nockenerhebung 17 und eine Nockenein¬ formung 18 auf. Die Nockenerhebung 17 liegt außerhalb des Grundkreises 16 und erzeugt einen Primärhub des Gaswechselventils 36. Die Nockeneinfor¬ mung 18 liegt innerhalb des Grundkreises 16.The cam 4 rotates clockwise in the exemplary embodiment and has a cam elevation 17 and a cam formation 18 relative to a base circle 16. The cam elevation 17 lies outside the base circle 16 and generates a primary stroke of the gas exchange valve 36. The cam information 18 lies within the base circle 16.
In der in Fig. 1 dargestellten Winkelposition des Nockens 4 befindet sich der Stößel 1a auf dem Grundkreis 16 des Nockens 4 und das Gaswechselventil 36 ist geschlossen. In dieser Stellung befinden sich die Stirnfläche 9a des Stößels 1a und die Stirnfläche 12a des Mitnehmers 3 auf Höhe eines in die Führung 6a
mündenden Hydraulikmittelpfads 19a. Dieser dient als Zu- und Ablauf von Hyd¬ raulikmittel und weist eine Hydraulikmittelfördereinrichtung 20 sowie ein als Hydraulikventil 21 ausgebildetes Absperrmittel 22 auf.In the angular position of the cam 4 shown in Fig. 1, the plunger 1a is located on the base circle 16 of the cam 4 and the gas exchange valve 36 is closed. In this position, the end face 9a of the plunger 1a and the end face 12a of the driver 3 are at the level of one in the guide 6a opening hydraulic fluid path 19a. This serves as an inflow and outflow of hydraulic fluid and has a hydraulic fluid delivery device 20 and a shut-off device 22 designed as a hydraulic valve 21.
In Fig. 2 ist der Stößel 1a vollständig in die Nockeneinformung 18 unter Bildung eines Hydraulikpolsters 23 eingetaucht. Das Hydraulikpolster 23 besteht aus dem zwischen Stößel 1a und Mitnehmer 3 sowie dem im Hydraulikmittelpfad 19a zwischen Führung 6a und dem Hydraulikventil 21 befindlichen Hydraulik¬ mittel. Für die Steifigkeit des Hydraulikpolsters 23 ist es unter anderem wesent- lieh, dass eine Innenmantelfläche 24 der Führung 6a eine Außenmantelfläche 25 des Stößels 1a und eine Außenmantelfläche 26 des Mitnehmers 3 dicht- spaltartig umfasst, um einerseits eine Leckage von Hydraulikmittel aus dem Hydraulikpolster 23 und andererseits ein Eindringen von Gasblasen in das Hydraulikpolster 23 zu vermeiden oder wenigstens gering zu halten.In Fig. 2, the plunger 1a is completely immersed in the cam indentation 18 to form a hydraulic pad 23. The hydraulic cushion 23 consists of the plunger 1a and driver 3 as well as the in the hydraulic medium path 19a between the guide 6a and the hydraulic valve 21 located Hydraulik¬ medium. Amongst other things, it is essential for the rigidity of the hydraulic pad 23 that an inner circumferential surface 24 of the guide 6a comprises an outer lateral surface 25 of the plunger 1a and an outer lateral surface 26 of the driver 3 in a sealing-gap-like manner in order to prevent leakage of hydraulic fluid from the hydraulic pad 23 and On the other hand, to prevent penetration of gas bubbles in the hydraulic cushion 23 or at least to keep low.
Nach Austauchen des Stößels 1a aus der Nockeneinformung 18 befindet sich die Nockenkontaktfläche 7a des Stößels 1a auf dem Grundkreis 16, wobei in der Darstellung gemäß Fig. 3 ein Sekundärhub des Gaswechselventils 36 bei geschlossenem Hydraulikventil 21 erfolgt. Der Sekundärhub ist, wie in Fig. 4 gezeigt, beendet, wenn sich das Hydraulikpolster 23 über das dann geöffnete Hydraulikventil 21 soweit entleert hat, dass das Gaswechselventil 36 schließt.After removal of the plunger 1a from the cam indentation 18, the cam contact surface 7a of the plunger 1a is located on the base circle 16, wherein in the illustration according to FIG. 3, a secondary stroke of the gas exchange valve 36 takes place with the hydraulic valve 21 closed. The secondary stroke is, as shown in Fig. 4, terminated when the hydraulic pad 23 has emptied so far about the then opened hydraulic valve 21, that the gas exchange valve 36 closes.
In Fig. 5 dient ein durch das Hydraulikventil 21 verschließbarer Hydraulikmit¬ telpfad 19b lediglich als Ablauf des Hydraulikmittels aus einem Hydraulikpolster 23. Der Zulauf von Hydraulikmittel zum Hydraulikpolster 23 erfolgt über einen weiteren Hydraulikmittelpfad 19c, in dem die Hydraulikmittelfördereinrichtung 20 sowie eine Drosselstelle 27 und ein zum Hydraulikpolster 23 öffnendes Rückschlagventil 28 angeordnet sind. Die Drosselstelle 27 sorgt dafür, dass der Druck des Hydraulikmittels stromabwärts der Hydraulikmittelfördereinrich- tung 20 nicht zusammenbricht. Das Hydraulikpolster 23 besteht in der Ausfüh¬ rung nach Fig. 5 aus zwischen dem Stößel 1a und dem Mitnehmer 3 sowie dem im Hydraulikmittelpfad 19b zwischen der Führung 6a und dem Hydraulikventil
21 und dem im Hydraulikmittelpfad 19c zwischen Führung 6a und Rückschlag¬ ventil 28 befindlichen Hydraulikmittel.In FIG. 5, a hydraulic fluid path 19b which can be closed by the hydraulic valve 21 serves merely as a drain of the hydraulic fluid from a hydraulic pad 23. The supply of hydraulic fluid to the hydraulic pad 23 takes place via a further hydraulic fluid path 19c, in which the hydraulic fluid delivery device 20 and a throttle point 27 and to the hydraulic cushion 23 opening check valve 28 are arranged. The throttle point 27 ensures that the pressure of the hydraulic fluid downstream of the hydraulic fluid delivery device 20 does not collapse. In the embodiment according to FIG. 5, the hydraulic cushion 23 consists of between the plunger 1a and the driver 3 as well as in the hydraulic fluid path 19b between the guide 6a and the hydraulic valve 21 and located in the hydraulic fluid path 19c between guide 6a and check valve 28 hydraulic means.
In alternativen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs gemäß den Figuren 6 und 7 ist ein Nockenfolger 2b, 2c als Schlepphebel 29a, 29b mit drehbar gelagerter Rolle 30 als Nocken kontaktfläche 7b ausgebildet. In Fig. 6 ist das Hydraulikpolster 23 unterhalb eines als Abstützelement 31 ausgebilde¬ ten Abstützlagers 32a angeordnet, das den Schlepphebel 29a schwenkbar lagert und sich an einem dem Gaswechselventil 36 abgewandten Ende 34 des Schlepphebels 29a befindet. Das Abstützelement 31 ist in einer als Sackboh¬ rung 33 ausgebildeten Führung 6b der Brennkraftmaschine linear beweglich angeordnet und besitzt an einem dem Schlepphebel 29a abgewandten Ende 8b eine Stirnfläche 9b, der eine als axialer Anschlag zur Abstützung des Ab¬ stützelements 31 dienende Stirnfläche 12b der Sackbohrung 33 zugewandt ist. Innerhalb einer durch eine hohlzylindrische Ausnehmung 10b des Abstützele¬ ments 31 und eine hohlzylindrische Ausnehmung 13b der Sackbohrung 33 gebildeten Kavität 14b befinden sich Hydraulikmittel sowie das das Abstütz¬ element 31 und die Stirnfläche 12b der Sackbohrung 33 beabstandend wirken¬ de Federmittel 15, welches die Rolle 30 des Schlepphebels 29a in Kontakt mit dem Nocken 4 hält.In alternative embodiments of the valve gear according to the invention according to Figures 6 and 7, a cam follower 2b, 2c as a follower lever 29a, 29b with rotatably mounted roller 30 as cam contact surface 7b formed. In FIG. 6, the hydraulic pad 23 is arranged below a support bearing 32a designed as a support element 31, which pivotally supports the drag lever 29a and is located at an end 34 of the drag lever 29a facing away from the gas exchange valve 36. The support element 31 is arranged to be linearly movable in a guide 6b of the internal combustion engine designed as a blind bore 33 and has an end face 9b on an end 8b facing away from the follower lever 29a, which serves as an axial stop for supporting the support element 31 end face 12b of the blind bore 33 faces. Within a cavity 14b formed by a hollow-cylindrical recess 10b of the support element 31 and a hollow-cylindrical recess 13b of the blind bore 33 are hydraulic means as well as the support element 31 and the end face 12b of the blind bore 33 spaced-apart spring means 15, which is the roller 30 of the finger lever 29a in contact with the cam 4 stops.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Ven¬ tiltrieb mit einem als Schlepphebel 29b ausgebildeten Nockenfolger 2c. Diese Variante entspricht funktionell der Ausbildung des Ventiltriebs nach Fig. 5, wo- bei das Hydraulikpolster 23 unterhalb eines Stößels 1 b angeordnet ist, der sich an einem dem Gaswechselventil 36 zugewandten Ende 35 des Schlepphebels 29b befindet. Der Schlepphebel 29b ist dabei auf einem Abstützlager 32b der Brennkraftmaschine schwenkbar abgestützt.FIG. 7 shows a further embodiment variant of the inventive valve drive with a cam follower 2c designed as a drag lever 29b. This variant corresponds functionally to the design of the valve drive according to FIG. 5, whereby the hydraulic pad 23 is arranged below a plunger 1b, which is located at an end 35 of the drag lever 29b facing the gas exchange valve 36. The drag lever 29b is pivotally supported on a support bearing 32b of the internal combustion engine.
Die Ausbildung des Sekundärhubs des Gaswechselventils 36 hängt von Win¬ kelpositionen des Nockens 4 ab, zu denen das Hydraulikventil 21 öffnet und schließt. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 8 anhand von Ventilhüben "VL" in einem schematischen Steuerzeitendiagramm der Brennkraftmaschine exempla-
risch für einen mit "SL-EX" bezeichneten Sekundärhub an einem Auslassventil dargestellt. Der als PL-EX bezeichnete Primärhub des Auslassventils endet bei "EXC" nach dem oberen Totpunkt "TDC" der Brennkraftmaschine, während ein Einlassventil bereits mit einem Primärhub "PL-IN" geöffnet ist. Ein unterer Tot- punkt der Brennkraftmaschine ist mit "BDC" bezeichnet.The formation of the secondary lift of the gas exchange valve 36 depends on angular positions of the cam 4, to which the hydraulic valve 21 opens and closes. This relationship is illustrated in FIG. 8 on the basis of valve strokes "VL" in a schematic timing diagram of the internal combustion engine. for a designated with "SL-EX" secondary stroke on an exhaust valve. The primary lift of the exhaust valve designated PL-EX ends at "EXC" after the top dead center "TDC" of the internal combustion engine, while an intake valve is already opened with a primary stroke "PL-IN". A bottom dead center of the internal combustion engine is designated "BDC".
"HVC-L" ist die spätest mögliche Winkelposition des Nockens 4 an dem das Hydraulikventil 21 schließt, um das Hydraulikpolster 23 einzuschließen und einen Sekundärhub des Auslassventils zu erzeugen. Dies entspricht der Win- kelposition des Nockens 4 bei der der Nockenfolger 2a, 2b, 2c beginnt, aus der Nockeneinformung 18 auf den Grundkreis 16 auszutauchen. Ein hinsichtlich Dauer und Hubhöhe minimaler Sekundärhub ergibt sich dann, wenn das Hyd¬ raulikventil 21 frühest möglich bei "HVO-E" wieder öffnet, wobei dann im Grenzfall die Winkelpositionen "HVC-L" und "HVO-E" identisch sind. Der Se- kundärhub des Auslassventils endet spätestens zur Winkel Position des No¬ ckens 4 bei "SLC", wobei ein Abbruch des Sekundärhubs spätestens zur Win¬ kelposition "HVO-L" durch Öffnen des Hydraulikventils 21 eingeleitet wird. Im Hinblick auf ein vollständiges Schließen des Gaswechselventils 36 bei "SLC" darf das Hydraulikventil 21 frühest möglich wieder bei "HVC-E" schließen, um eine ausreichende Verkürzung des Hydraulikpolsters 23 zu gewährleisten."HVC-L" is the latest possible angular position of the cam 4 at which the hydraulic valve 21 closes to enclose the hydraulic pad 23 and to produce a secondary lift of the exhaust valve. This corresponds to the angular position of the cam 4 at which the cam follower 2 a, 2 b, 2 c begins to dive out of the cam indentation 18 onto the base circle 16. A minimal secondary stroke in terms of duration and lifting height results when the hydraulic valve 21 reopens as soon as possible at "HVO-E", whereby in the limiting case the angular positions "HVC-L" and "HVO-E" are identical. The secondary stroke of the outlet valve ends at the latest at the angle position of the nozzle 4 in the case of "SLC", whereby termination of the secondary stroke is initiated at the latest at the angle position "HVO-L" by opening the hydraulic valve 21. With regard to a complete closing of the gas exchange valve 36 in "SLC", the hydraulic valve 21 may close as soon as possible again at "HVC-E" to ensure a sufficient shortening of the hydraulic pad 23.
Für den Fall, dass kein Sekundärhub am Auslassventil erfolgen soll, ist das Hydraulikventil 21 bevorzugt permanent geöffnet, um ein Ansaugen von Luft in das Hydraulikpolster 23 wie es bei geschlossenem Hydraulikventil 21 auftreten könnte, zu vermeiden.In the event that no secondary stroke is to take place on the outlet valve, the hydraulic valve 21 is preferably permanently open in order to avoid sucking air into the hydraulic cushion 23, as might occur with the hydraulic valve 21 closed.
Die Figuren 1-7 sowie das Steuerzeitendiagramm nach Fig. 8 gelten bei ent¬ sprechender Modifizierung der Winkelposition der Nockeneinformung 18 ana¬ log auch für einen Sekundärhub am Einlassventil oder für eine Kombination von Sekundärhüben am Ein- und Auslassventil.FIGS. 1-7 and the timing diagram of FIG. 8 also apply to a secondary stroke at the inlet valve or to a combination of secondary strokes at the inlet and outlet valve, given a corresponding modification of the angular position of the cam indentation 18.
Die in den Figuren 1-7 dargestellte Hydraulikmittelfördereinrichtung 20 kann identisch mit der Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine sein. Die Hydrau-
likmittelfördereinrichtung 20 kann aber auch zur Schmierölpumpe parallel oder mit dieser in Reihe geschaltet sein. In all diesen Fällen ist das Hydraulikmittel zur Versorgung des Hydraulikpolsters 23 identisch mit dem Schmieröl der Brennkraftmaschine. Eine weitere alternative Ausgestaltung besteht darin, dass das Hydraulikmittel ein vom Schmieröl der Brennkraftmaschine verschiedenes Fluid ist. In diesem Fall erfolgt dann die Versorgung des Hydraulikpolsters 23 in einem vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine separierten Hydrau¬ likmittelkreislauf. Sofern die Hydraulikmittelfördereinrichtung 20 nicht identisch mit der Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine ist, ist es vorteilhaft, dass das Ausgangsdruckniveau der Hydraulikmittelfördereinrichtung 20 höher ist als das der Schmierölpumpe. So ist in der Betriebsart mit Abgasrücksaugung auch bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein schnelles und vollständiges Auffüllen des Hydraulikpolsters 23 gewährleistet.
The hydraulic fluid delivery device 20 shown in FIGS. 1-7 can be identical to the lubricating oil pump of the internal combustion engine. The hydraulic But likmittelfördereinrichtung 20 may also be connected in parallel to the lubricating oil pump or in series with this. In all of these cases, the hydraulic means for supplying the hydraulic cushion 23 is identical to the lubricating oil of the internal combustion engine. Another alternative embodiment is that the hydraulic fluid is a different fluid from the lubricating oil of the internal combustion engine. In this case, then the supply of the hydraulic pad 23 takes place in a hydraulic medium circuit separated from the lubricating oil circuit of the internal combustion engine. Unless the hydraulic fluid delivery device 20 is identical to the lubricating oil pump of the internal combustion engine, it is advantageous that the output pressure level of the hydraulic fluid delivery device 20 is higher than that of the lubricating oil pump. Thus, in the operating mode with exhaust gas recirculation, a quick and complete filling of the hydraulic pad 23 is ensured even at higher rotational speeds of the internal combustion engine.
Liste der Bezugszahlen und -zeichenList of reference numbers and symbols
a Stößel 19c Hydraulikmittelpfad b Stößel 20 Hydraulikmittelför¬ a Nockenf olger dereinrichtung b Nockenfolger 21 Hydraulikventil c Nockenfolger 22 Absperrmittela plunger 19c hydraulic fluid path b plunger 20 Hydraulikmittelför¬ a Nockenf ger ger of the device b cam follower 21 hydraulic valve c cam follower 22 shut-off
Mitnehmer 23 HydraulikpolsterDriver 23 hydraulic pads
Nocken 24 InnenmantelflächeCam 24 inner circumferential surface
Durchgangsöffnung 25 Außenmantelfläche a Führung 26 Außenmantelfläche b Führung 27 Drosselstelle a Nocken kontaktf I äche 28 Rückschlagventil b Nockenkontaktfläche 29a Schlepphebel a Ende 29b Schlepphebel b Ende 30 Rolle a Stirnfläche 31 Abstützelement b Stirnfläche 32a Abstützlager 0a Ausnehmung 32b Abstützlager 0b Ausnehmung 33 Sackbohrung 1 Ende 34 Ende 2a Stirnfläche 35 Ende 2b Stirnfläche 36 Gaswechselventil 3a Ausnehmung 3b Ausnehmung 4a Kavität 4b Kavität 5 Federmittel 6 Grundkreis 7 Nockenerhebung 8 Nockeneinformung 9a Hydraulikmittelpfad 9b Hydraulikmittelpfad
VL VentilhubThrough hole 25 Outer jacket surface a Guide 26 Outer jacket surface b Guide 27 Throttle a Cam contact surface 28 Check valve b Cam contact surface 29a Cam follower a End 29b Cam follower b End 30 Roller a End surface 31 Support element b End surface 32a Support bearing 0a Recess 32b Support bearing 0b Recess 33 Blind hole 1 End 34 End 2a end face 35 end 2b end face 36 gas exchange valve 3a recess 3b recess 4a cavity 4b cavity 5 spring means 6 base circle 7 cam elevation 8 Nockeneinformung 9a hydraulic fluid path 9b hydraulic fluid path VL valve lift
TDC Oberer TotpunktTDC top dead center
BDC Unterer Totpunkt PL-EX Primärhub des AuslassventilsBDC Bottom dead center PL-EX Primary lift of the exhaust valve
PL-IN Primärhub des EinlassventilsPL-IN primary lift of intake valve
SL-EX Sekundärhub des AuslassventilsSL-EX secondary lift of the exhaust valve
EXC Auslassventil SchließzeitpunktEXC exhaust valve closing time
HVO-E Frühester Öffnungswinkel des Hydraulikventils HVO-L Spätester Öffnungswinkel des HydraulikventilsHVO-E Earliest opening angle of the hydraulic valve HVO-L Latest opening angle of the hydraulic valve
HVC-E Frühester Schließwinkel des HydrauükventilsHVC-E Earliest closing angle of the hydraulic valve
HVC-L Spätester Schließwinkel des Hydraulikventils
HVC-L Latest closing angle of the hydraulic valve