DE102005003611A1

DE102005003611A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005003611A1
Application number: DE200510003611
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Kieninger; Eric Whitefish Bay Berndt
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2005-09-29
Also published as: US20050183685A1; US7096837B2

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Nocken (1) und einem direktgetriebenen Nockenfolger (2) wie einem Rollenstößel. Dieser Ventiltrieb ist zusätzlich zur internen Abgasrückführung bei einem Auslassventil vorgesehen. Ein Gehäuse (4) des Nockenfolgers (2) besteht aus zwei relativ zueinander beweglichen Elementen (8, 9). Vorgesehen ist ein Großhubnocken (1a) als Nocken (1) für das innere Element (8) und wenigstens ein zu diesem phasenversetzter Kleinhubnocken (1b) für das äußere Element (9). Im Falle einer gewünschten internen Abgasrückführung werden die Elemente (8, 9) über Koppelmittel (10) miteinander gekoppelt, so dass am Grundkreisende des Großhubnockens (1a) über den in diesen hineinragenden Kleinhubnocken (1b) ein geringfügiges Nachöffnen des entpsprechenden Gaswechselventils und somit eine Abgasrückführung ermöglicht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Nocken und einem direkt getriebenen Nockenfolger wie einem Rollen- oder Tassenstößel, welcher Nockenfolger an einer Stirnseite seines Gehäuses eine unmittelbare Anlauffläche für den Nocken und an seiner weiteren Stirnseite eine zumindest mittelbare Beaufschlagungsfläche für wenigstens ein Gaswechselventil aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Ventiltriebe sind der Fachwelt hinreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Eine in engen Grenzen gehaltene interne Abgasrückführung findet hier über die Ventilüberschneidung statt. Beispielsweise wird über den Schließzeitpunkt des Auslaßventils die vom Abgassystem in den Brennraum zurückgeholte Abgasmenge determiniert. Dies kann zu Verbrauchs- und Emissionsvorteilen führen. Außerdem senkt ein später Schließzeitpunkt des Auslaßventils die Ansaugarbeit, da weniger Drosselung zur Lastregelung erforderlich ist.

Generell kann gesagt werden, dass bei Motoren ohne variable Ventilsteuerung die Abgasrückführungsmengen über die konstruktionsbedingten Ventilüberschneidungen relativ gering sind.

Des weiteren sind der Fachwelt Lösungen vorbekannt, bei denen eine externe Abgasrückführung eingesetzt ist. Hier werden Abgasbestandteile am Auspuffkrümmer entnommen und über aufwändige Rohleitungen zum Ansaugkrümmer zurückgeführt. Neben den Rohrleitungen sind hier noch Rückführungsventile für das Abgas notwendig.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, wobei mit einfachen Mitteln eine relativ breit „gespreizte" interne Abgasrückführung wahlweise ermöglicht ist.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Ventiltrieb selbst zusätzlich zur internen Abgasrückführung bei einem Auslassventil vorgesehen ist, wobei das Gehäuse aus zwei relativ zueinander axial verschieblichen und ineinander gesteckten Elementen besteht, die über Koppelmittel für den Fall der Abgasrückführung miteinander koppelbar sind, wobei je Nockenfolger ein zentraler Großhubnocken als Nocken und zumindest ein axial an diesen angrenzender Kleinhubnocken appliziert sind, welcher Großhubnocken das innere Element des Gehäuses mit der Anlauf- sowie Beaufschlagungsfläche betätigt, wohingegen der Kleinhubnocken das äußere Element des Gehäuses kontaktiert und wobei der Kleinhubnocken derart phasenversetzt zum Großhubnocken ausgestaltet ist, dass einerseits dessen Hubbeginn in einem Abschnitt zwischen einem Ende einer Nockenablaufflanke und einem Anfang eines Grundkreises des Großhubnockens und dass andererseits dessen Hubende vor einem Ende des Grundkreises des Großhubnockens liegt.

Diese vorgenannten Maßnahmen lassen sich recht einfach darstellen, da auf ohnehin vorhandene Rollen- oder Tassenstößel, an sich bekannter Bauart, zurückgegriffen werden kann. Unter Rollenstößel sind dabei derartige Stößel zu verstehen, die bei Motoren mit untenliegender Nockenwelle eine Stößelstange betätigen. Ggf. können diese Maßnahmen auch an Flach- oder Pilzstößeln oder auch bei Einsetzelementen in Schlepp- oder Kipphebeln Anwendung finden. Eine Anwendung bezieht sich außerdem auf Maßnahmen zur Frischgasnachführung, wobei dann hier der erfindungsgemäße Ventiltrieb an Einlassventilen vorgesehen ist.

Im Falle einer gewünschten Abgasnachführung wird somit das Koppelmittel derart beaufschlagt, dass es das innere Element des Gehäuses mit dem äußeren verbindet, so dass die Kleinhubnocken der Nockenwelle aktiviert sind und deren „Nachhub" auf das als Auslassventil ausgebildete Gaswechselventil über den Nockenfolger übertragen wird. Der Fachmann wird durch ihm geläufige Berechnungs- und Auslegungsmethoden die Größe der Phasenüberschneidung des Kleinhubnockens zum Großhubnocken sowie den Hubverlauf des Kleinhubnockens bestimmen.

Somit liegt bei nicht gewünschter Abgasrückführung ein nichtschaltbarer Ventiltrieb vor, bei dem das äußere Element des Gehäuses des Nockenfolgers relativ zu dem inneren Element beweglich ist.

Ggf. können die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einem variablen Ventiltrieb zusätzlich Anwendung finden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in den Nockenfolger eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung an sich bekannter Bauart eingebaut wird. Somit erübrigen sich aufwändige mechanische Spieleinstellmaßnahmen.

Im Gegensatz zu schaltbaren Ventiltriebsgliedern wie schaltbaren Rollenstößeln bekannter Bauart, wird bei dieser Erfindung das innere Element des Nockenfolgers von einem Nocken mit einem großen (normalen) Hub kontaktiert, wohingegen das äußere Element in Kontakt mit wenigstens einem Kleinhubnocken ist. Zweckmäßigerweise sind jedoch zwei Kleinhubnocken appliziert, welche den Großhubnocken flankieren.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung liegt dann vor, wenn eine Kontaktfläche des äußeren Elements zum Kleinhubnocken in Auswanderungsrichtung dieses Kleinhubnockens zylindrisch, beispielsweise konvex, ausgestaltet ist. Somit können Nockenfolger mit einem insgesamt kleineren Durchmesser geschaffen werden.

Dadurch, dass gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das äußere Element des Gehäuses im wesentlichen als dünnwandige Hülse vorliegt, ist ein Beitrag in Richtung Leichtbau geleistet. Beispielsweise kann diese aus einem Blechwerkstoff in einem Tiefziehverfahren gefertigt werden. Als Koppelmittel kommen von den schaltbaren Nockenfolgern her bekannte Schieber wie Kolben oder ähnliches in Frage. Es kann entweder eine ein- oder eine beidseitige Kopplung im Abgasrückführungsfall vorgesehen sein, wobei die beidseitige Kopplung Vorteile hinsichtlich Verkippung und Krafteinleitung hat.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, den Schieber als Koppelmittel in wenigstens eine Richtung hydraulisch zu verlagern. In die entgegengesetzte Richtung kann er ebenfalls hydraulisch oder über die Kraft einer mechanischen Feder wie beispielsweise einer Schraubenfeder verlagert werden. Es ist jedoch auch an eine elektromagnetische oder magnetische Beaufschlagung in wenigstens eine Verlagerungsrichtung gedacht.

weist sich insgesamt als platzsparend. Ggf. kann diese Feder auch im Inneren des Nockenfolgers appliziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 Einen Längsschnitt durch den Ventiltrieb mit Nockenfolger und Großhubnocken mit dargestelltem Koppelmittel und die
2 Einen Längsschnitt wie vorgenannt, jedoch um 90° gedreht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figuren offenbaren einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welcher neben der Öffnung eines Auslassventils gleichzeitig zur internen Abgasrückführung Verwendung findet. Dargestellt ist ein Nockenfolger 2, hier ein Rollenstößel, zur Beaufschlagung einer Stößelstange mit einem Gehäuse 4. Letzteres besteht aus einem äußeren Element 9 dünnwandiger Bauart, das relativ axial beweglich zu diesem ein inneres Element 8 einschließt. Im Bereich einer Stirnseite 3 hat das innere Element 8 eine Anlauffläche 5 für einen Großhubnocken 1a (siehe 1). Diese Anlauffläche 5 ist hier als wälzgelagerte Rolle dargestellt. Sie kann ggf. auch als Gleitfläche ausgebildet sein. An einer weiteren Stirnseite 6 hat das innere Element 8 eine Beaufschlagungsfläche 7. Diese dient hier als unmittelbare Anlage für ein Ende einer Stößelstange. Im Falle einer Direktbetätigung eines Gaswechselventils liegt dieses mit seinem Schaftende hier an.
Die Beaufschlagungsfläche 7 kann im Falle einer Verwendung einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung auch Bestandteil eines Druckkolbens dieser Einrichtung sein.
Des weiteren ist aus 1 ersichtlich, dass das innere Element 8 ein Koppelmittel 10 aufweist. Dieses ist hier als Schieber ausgebildet und radial nach außen über die Kraft einer Feder 13 verlagerbar. Im Koppelfall des inneren Elements 8 mit dem äußeren Element 9 zum Zwecke einer internen Abgasrückführung (weitere Erläuterungen siehe Beschreibungseinleitung und unten) wird der Schieber 11 bei nicht anliegendem Hydraulikmitteldruck über die Kraft der Feder 13 in die dann fluchtende Aussparung 12 verlagert.
Der Nockenfolger 2 folgt dann zwar immer noch generell dem Hub der Großhubnocken 1a (siehe auch 2), jedoch aufgrund des phasenversetzt zu diesem angeordneten Kleinhubnockens 1b erfolgt ein geringes Nachöffnen des Auslassventils im Sinne des Hubes des Kleinhubnockens 1b. Dieser ist mit seiner Nockenspitze dabei so angeordnet, dass er geringfügig in das Ende einer Nockenablaufflanke des Großhubnockens bzw. in beginnende Grundkreisbereiche dieses hineinragt. Somit können über nochmals teilweise zurückgeführtes Abgas Verbrauchs- und Emissionsvorteile (Stickoxide) erzielt werden.
Zu erkennen ist zudem, dass das innere Element 8 eine Stirnfläche 18 des äußeren Elements 9 mit einem domartigen Ansatz 14 überragt. Um diesen domartigen Ansatz 14 verläuft eine von den schaltbaren Ventiltriebsgliedern her bekannte Lost-Motion-Feder 15. Diese liegt an ihrer nockenfernen Seite an einer Anlage 16 des Ansatzes 14 des inneren Elements 8 an. An ihrer Nockenseite hingegen wirkt sie gegen eine Anlage 17 im Bereich der Stirnfläche 18 des äußeren Elements 9.

1: Nocken
2: Nockenfolger
1a: Großhubnocken
1b: Kleinhubnocken
3: Stirnseite
4: Gehäuse
5: Anlauffläche
6: Stirnseite
7: Beaufschlagungsfläche
8: inneres Element
9: äußeres Element
10: Koppelmittel
11: Schieber
12: Aussparung
13: Feder
14: Ansatz
15: Lost-Motion-Feder
16: Anlage
17: Anlage
18: Stirnfläche
19: Kontaktfläche

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Nocken (1) und einem direktgetriebenen Nockenfolger (2) wie einem Rollen- oder Tassenstößel, welcher Nockenfolger (2) an einer Stirnseite (3) seines Gehäuses (4) eine unmittelbare Anlauffläche (5) für den Nocken (1) und an seiner weiteren Stirnseite (6) eine zumindest mittelbare Beaufschlagungsfläche (7) für wenigstens ein Gaswechselventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, • dass der Ventiltrieb zusätzlich zur internen Abgasrückführung bei einem Auslaßventil vorgesehen ist, wobei das Gehäuse (4) aus zwei relativ zueinander axial verschieblichen und ineinander gesteckten Elementen (8, 9) besteht, die über Koppelmittel (10) für den Fall der Abgasrückführung miteinander koppelbar sind, wobei je Nockenfolger (2) ein zentraler Großhubnocken (1a) als Nocken (1) und zumindest ein axial an diesen angrenzender Kleinhubnocken (1b) appliziert sind, welcher Großhubnocken (1a) das innere Element (8) des Gehäuses (4) mit der Anlauf- sowie Beaufschlagungsfläche (5, 7) betätigt, wohingegen der Kleinhubnocken (1b) das äußere Element (9) des Gehäuses (4) kontaktiert und wobei der Kleinhubnocken (1b) derart phasenversetzt zum Großhubnocken (1a) ausgestaltet ist, dass einerseits dessen Hubbeginn in einem Abschnitt zwischen einem Ende einer Nockenablaufflanke und einem Anfang eines Grundkreises des Großhubnockens (1a) und dass andererseits dessen Hubende vor einem Ende des Grundkreises des Großhubnockens (1a) liegt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • dass zwei Kleinhubnocken (1b) auf der Nockenwelle appliziert sind, welche zwischen sich den Großhubnocken (1a) einschließen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • dass das äußere Element (9) des Gehäuses (4) als im wesentlichen dünnwandige Hülse ausgebildet ist, wobei das innere Element (8) des Gehäuses (4) wenigstens einen radial oder sekantenartig verlagerbaren Schieber (11) als Koppelmittel (10) aufweist, welcher zur Kopplung in eine komplementäre Aussparung (12) des äußeren Elements (9) verlagerbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, • dass die Verlagerung des Schiebers (11) in eine Richtung über Hydraulikmittel und in die entgegengesetzte Richtung wahlweise über die Kraft zumindest einer mechanischen Feder (13) wie einer Druckfeder oder ebenfalls über Hydraulikmittel dargestellt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, • dass das innere Element (8) das äußere Element (9) mit einem Ansatz (14) überragt, welcher Ansatz (14) endseitig die eine Stirnseite (6) mit der Beaufschlagungsfläche (7) aufweist, wobei der Ansatz (14) von wenigstens einer Lost-Motion-Feder (15) umschlossen ist, die einenends gegen eine Anlage (16) im Bereich der weiteren Stirnseite (6) des inneren Elements (8) und anderenends gegen eine Anlage (17) des äußeren Elements (9) im Abschnitt dessen nockenferner Stirnfläche (18) wirkt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • dass eine Kontaktfläche (19) des äußeren Elements (9) an der Stirnseite (3) in Auswanderungsrichtung des wenigstens einen Kleinhubnockens (1b) auf dieser gesehen zylindrisch gekrümmt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, • dass der Nockenfolger (2) mit einem hydraulischen Spielausgleichselement versehen ist.