DE102007050818A1

DE102007050818A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007050818A1
Application number: DE102007050818A
Authority: DE
Inventors: Ralph Engelberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-30
Also published as: WO2009053217A1

Abstract

Es sind schon Brennkraftmaschinen bekannt, mit mindestens einem Zylinder, der ein oder zwei Einlassventile und ein oder zwei Auslassventile zur Steuerung des Gaswechsels aufweist, und mit zumindest einem elektrischen oder hydraulischen Aktor, der einen Stellkolben hat, mittels dem über ein Koppelelement ein Paar von Einlassventilen oder ein Paar von Auslassventilen betätigbar ist. Das Koppelelement ist eine am Stellkolben drehbar gelagerte Platte, an der die Gaswechselventile starr befestigt sind. Durch die starre Verbindung werden die Gaswechselventile durch die Druckkräfte des Aktors aktiv geöffnet und durch die Zugkräfte des Aktors aktiv geschlossen. Nachteilig ist, dass mit dieser Anordnung kein präziser Spiel- und Toleranzausgleich möglich ist, der eine gleichförmige Bewegung der Gaswechselventile sicherstellt. Die drehende Lagerung des Koppelelementes lässt einen leicht unterschiedlichen Hub der beiden Gaswechselventile zu, wodurch diese nicht präzise betätigbar sind und ein Ventilspielausgleich nicht oder nur sehr aufwändig möglich ist. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist ein herkömmlicher Ventilspielausgleich auf einfache Art und Weise einsetzbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Koppelelement (8) ein drehbar gelagerter Ventilhebel oder eine in einer Linearführung (7) gelagerte Traverse ist und derart mit den Einlass- bzw. Auslassventilen (2, 3) gekoppelt ist, dass nur Druckkräfte auf die Einlass- bzw. Auslassventile (2, 3) übertragbar sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Brennkraftmaschine aus der DE 101 47 305 A1 bekannt, mit mindestens einem Zylinder, der ein oder zwei Einlassventile und ein oder zwei Auslassventile zur Steuerung des Gaswechsels aufweist, und mit zumindest einem elektrischen oder hydraulischen Aktor, der einen Stellkolben hat, mittels dem über ein Koppelelement ein Paar von Einlassventilen oder ein Paar von Auslassventilen betätigbar ist. Das Koppelelement ist eine am Stellkolben drehbar gelagerte Platte, an der die Gaswechselventile starr befestigt sind. Durch die starre Verbindung werden die Gaswechselventile durch die Druckkräfte des Aktors aktiv geöffnet und durch die Zugkräfte des Aktors aktiv geschlossen. Nachteilig ist, dass mit dieser Anordnung kein präziser Spiel- und Toleranzausgleich möglich ist, der eine gleichförmige Bewegung der Gaswechselventile sicherstellt. Die drehende Lagerung des Koppelelementes lässt einen leicht unterschiedlichen Hub der beiden Gaswechselventile zu, wodurch diese nicht präzise betätigbar sind und ein Ventilspielausgleich nicht oder nur sehr aufwendig möglich ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein herkömmlicher Ventilspielausgleich auf einfache Art und Weise einsetzbar ist, indem das Koppelelement ein drehbar gelagerter Ventilhebel oder eine in einer Linearführung gelagerte Traverse ist und derart mit den Einlass- bzw. Auslassventilen gekoppelt ist, dass nur Druckkräfte auf die Einlass- bzw. Auslassventile übertragbar sind.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Brennkraftmaschine möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Ventilhebel über ein Ventilspielausgleichselement auf das Paar von Einlass- bzw. Auslassventilen wirkt, da auf diese Weise Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, die Einstellung des Ventilspiels entfallen kann und Wärmedehnungen sowie Verschleiß im Betrieb ausgeglichen werden können.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Ventilspielausgleichselement ein Kipphebel ist, der an seinem einen Ende an den Einlass- bzw. Auslassventilen und an seinem anderen Ende an einem Hydrostößel abgestützt ist, da auf diese Weise ein herkömmlicher Spielausgleich aus Nockenwellen-gesteuerten Motoren erreicht wird.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Ventilspielausgleichselement ein Tassenstößel ist, der einen hydraulischen Ventilspielausgleich aufweist, da auf diese Weise ein alternativer herkömmlicher Spielausgleich aus Nockenwellen-gesteuerten Motoren erreicht wird.
Auch vorteilhaft ist, wenn an den Einlass- bzw. Auslassventilen eine Rückstellfeder und am Stellkolben des Aktors eine entgegen der Rückstellfeder wirkende Gegenfeder vorgesehen ist, da die Gegenfeder auf diese Weise die Schließgeschwindigkeit des Gaswechselventils bremst und dabei die Federenergie der Rückstellfeder für den nächsten Öffnungsvorgang speichert. Hierdurch wird am Stellglied immer nur die Bewegungsenergie benötigt, die der im momentanen Betriebspunkt erforderlichen Stellgeschwindigkeit entspricht.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn eine Schraubendrehfeder vorgesehen ist, die an einer Drehachse des Ventilhebels gelagert ist und mit einem Abschnitt am Stellkolben und mit zwei Abschnitten an den Einlass- bzw. Auslassventilen abgestützt ist. Auf diese Weise kann auf eine Abstützung der Feder am Gehäuse verzichtet werden und das Feder-Masse-Schwingungssystem wird leichter beherrschbar.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Verbindung zwischen dem Stellkolben und den Einlass- bzw. Auslassventilen derart ausgebildet ist, dass von dem Aktor nur Druckkräfte auf die Einlassbzw. Auslassventile übertragen werden, da die mechanische Verbindung zwischen dem Aktor und dem Gaswechselventil auf diese Weise besonders belastbar ist.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn zwischen dem Stellkolben und dem Gaswechselventil Mittel zur linearen oder nichtlinearen Übersetzung oder Untersetzung des Aktorhubs vorgesehen sind, da auf diese Weise die am Stellglied erzeugte Kraft und Bewegung an den Bedarf der Brennkraftmaschine anpassbar ist.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine vereinfacht dargestellte, erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Brennkraftmaschine weist zumindest einen Zylinder 1 auf, dem ein, zwei oder mehr Einlassventile 2 und ein, zwei oder mehr Auslassventile 3 zur Steuerung des Gaswechsels im Zylinder zugeordnet sind.
Es ist zumindest ein Stellglied 4 vorgesehen, das als elektrischer oder hydraulischer Aktor ausgeführt ist und ein Paar oder Tripel von Einlassventilen 2 oder ein Paar oder Tripel von Auslassventilen 3 steuert bzw. betätigt. Der Zylinder kann beispielsweise zwei Einlassventile 2 und ein Auslassventil 3 oder umgekehrt haben oder jeweils zwei Einlassventile 2 und zwei Auslassventile 3. Das Stellglied 4 hat einen linear verstellbaren Stellkolben 5, der über ein mechanisches Koppelelement 8 auf die Einlassventile 2 oder die Auslassventile 3 wirkt.
Gemäß den Ausführungsbeispielen nach 1 bis 3 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Koppelelement 8 ein drehbar gelagerter Ventilhebel ist und dass das Stellglied 4 derart angeordnet ist, dass die Bewegungsrichtung 9 seines Stellkolbens 5 von der Verstellrichtung 10 der Einlassventile 2 bzw. Auslassventile 3 abweicht. Die Bewegungsrichtung 9 des Stellkolbens 10 und die Verstellrichtung 10 der Gaswechselventile 2, 3 sind zueinander abgewinkelt. Das Koppelelement 8 ist fest mit einer Wandung der Brennkraftmaschine verbunden und beispielsweise U-förmig ausgeführt, wobei die beiden Schenkel 8.1 jeweils auf eines der beiden Einlassventile 2 oder der beiden Auslassventile 3 wirkt.
Der Ventilhebel 8 wirkt über jeweils eine Ventilspielausgleichsvorrichtung 11 auf die einzelnen Einlassventile 2 bzw. Auslassventile 3. Die Ventilspielausgleichsvorrichtung 11 ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und beispielsweise als Kipphebel ausgeführt, der an seinem einen Ende an den beiden Einlassventilen 2 bzw. Auslassventilen 3 und an seinem anderen Ende an einem gemeinsamen Hydrostößel 12 abgestützt ist. Alternativ kann die Ventilspielausgleichsvorrichtung 11 ein bekannter Tassenstößel zum Ventilspielausgleich sein. Gemäß einer weiteren Ausführung kann das Ventilspielausgleichselement 11 auch ein direkt im Koppelelement 8 integriertes hydraulisches Ventilspielausgleichselement sein.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist an den Einlassventilen 2 bzw. den Auslassventilen 3 jeweils eine Rückstellfeder 15 und am Stellkolben 5 des Stellglieds 4 eine entgegen der Rückstellfeder 15 wirkende Gegenfeder 16 vorgesehen. Die Rückstellfeder 15 ist mit ihrem einen Ende an einem Federteller 14 des Gaswechselventils 2, 3 und mit ihrem anderen Ende an einer Gehäusewand der Brennkraftmaschine abgestützt. Die Gegenfeder 16 ist mit einem Ende an einem Gehäuse des Stellglieds 4 und mit dem anderen Ende an einer Schulter 5.1 des Stellkolbens 5 abgestützt.
Zum Öffnen der Einlassventile 2 bzw. der Auslassventile 3 führt der Stellkolben 5 aus, wodurch die Gegenfeder 16 des Stellkolbens 5 zunehmend entlastet wird und die Rückstellfedern 15 der Gaswechselventile 2, 3 zunehmend vorgespannt werden. Bewegt sich der Stellkolben 5 zurück, werden die Gaswechselventile 2, 3 durch die Federkraft der Rückstellfedern 15 geschlossen. Beim Schließen der Einlassventile 2 bzw. der Auslassventile 3 werden die Einlassventile 2 bzw. die Auslassventile 3 durch die Gegenfeder 16 des Stellglieds 4 gebremst, wobei die Federenergie der Rückstellfedern 15 teilweise in der Gegenfeder 16 des Stellglieds 4 gespeichert und für den nächsten Öffnungsvorgang wieder genutzt wird.
Die hydraulischen Ventilspielausgleichelemente 12 verlieren während der Gaswechselventilbetätigung bestimmungsgemäß etwas Hub. Wenn die Gaswechselventile 2, 3 ihre geschlossene Position erreichen, bevor das Stellglied 4 seine Endposition erreicht, kann das Stellglied 4 noch in seine definierte geschlossene Position fahren. In dieser Zeit stellt die Ventilspielausgleichsvorrichtung 11 den fehlenden Hub nach, so dass beim nächsten Öffnungsvorgang wieder von der definierten Startposition aus geöffnet wird.
Die Verbindung zwischen dem Stellkolben 5 und den Einlass- bzw. Auslassventilen 2, 3 ist derart ausgebildet, dass von dem Stellglied 4 nur Dreckkräfte auf die Einlass- bzw. Auslassventile 2, 3 übertragen werden.
Zwischen dem Stellkolben 5 und den Einlass- bzw. Auslassventilen 2, 3 können Mittel zur Übersetzung oder Untersetzung des Stellgliedhubs vorgesehen sein.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Rückstellfeder 15 und die Gegenfeder 16 durch eine einzige Vorspannfeder 17 ersetzt ist. Die Vorspannfeder 17 ist beispielsweise als Schraubendrehfeder ausgeführt, die an einer Drehachse des Ventilhebels 8 gelagert ist und mit einem ersten Federabschnitt 18 am Stellkolben 5 und mit zwei zweiten Federabschnitten 19 an den beiden Einlassventilen 2 bzw. Auslassventilen 3 abgestützt ist.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 3 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass die Vorspannfeder 17 durch einen starren Koppelhebel 22 ersetzt ist, der an der Drehachse des Ventilhebels 8 drehbar gelagert ist und an seinem dem Stellkolben 5 zugewandten Ende derart mit dem Stellkolben 5 gekoppelt ist, dass er beim Schließen des Gaswechselventils 2, 3 von der Schulter 5.1 des Stellkolbens 5 in Bewegungsrichtung des Stellkolbens 5 mitgenommen wird und dabei mit dem dem Gaswechselventil 2, 3 zugewandten Ende rückstellend auf das Gaswechselventil 2, 3 wirkt. Das den Gaswechselventilen 2, 3 zugewandte Ende wirkt mit den Gaswechselventilen 2, 3 zusammen. Es weist zwei Durchgangsöffnungen 23 auf, die von den Einlassventilen 2 bzw. Auslassventilen 3 durchragt werden. Zwischen dem Federteller 14 der Gaswechselventile 2, 3 und dem Koppelhebel 22 ist jeweils ein Federelement 24, beispielsweise eine Tellerfeder, vorgesehen, die die Funktion der Vorspannfeder 17 nach 2 erfüllt.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 4 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Koppelelement 8 eine in einer Linearführung 7 gelagerte Traverse ist. Die Traverse ist beispielsweise T-förmig ausgeführt, wobei ein Längsabschnitt 8.1 in der Linearführung 7 geführt ist und ein Querabschnitt 8.2 auf das Paar oder Tripel von Gaswechselventilen 2, 3 wirkt. Die Linearführung 7 ist fest am Gehäuse der Brennkraftmaschine vorgesehen. Zwischen dem Querabschnitt 8.2 und den Gaswechselventilen 2, 3 ist beispielsweise ein Ventilspielausgleichselement 11 vorgesehen.
Die Traverse ist nicht fest mit den Gaswechselventilen 2, 3 verbunden, so dass auch in diesem Beispiel zwischen dem Stellkolben 5, dem Koppelelement 8, dem Spielausgleich 11, 12 und dem Gaswechselventil 2, 3 nur Druckkräfte übertragen werden.
Die Rückstellfedern 15 sind wie in 1 jeweils mit ihrem einen Ende am Federteller 14 des Gaswechselventils 2, 3 und mit ihrem anderen Ende an einer Gehäusewand der Brennkraftmaschine abgestützt und mit einer Gegenfeder 16 zumindest teilweise kraftkompensiert.
Das Stellglied 4 ist gemäß dieser vierten Ausführung derart angeordnet, dass die Bewegungsrichtung 9 des Stellkolbens 5 in Verstellrichtung 10 der Einlassventile 2 bzw. der Auslassventile 3 verläuft.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Bei der Vorrichtung nach 5 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 4 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel nach 3 darin, dass sich die Federelemente 24 mit ihrem dem Federteller 14 abgewandten Ende an einem mit dem Koppelelement 8 gekoppelten als Traverse 25 ausgebildeten Koppelhebel 22 abstützen. Die weitere Traverse 25 ist an einer Schulter 26 des Längsabschnitts 8.1 des Koppelelementes 8 abgestützt und in Richtung der Linearführung 7 beweglich gelagert.
Das Ventilspielausgleichselement 11 ist in dem Koppelelement 8 integriert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10147305 A1 [0001]

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der ein oder zwei Einlassventile und ein oder zwei Auslassventile zur Steuerung des Gaswechsels aufweist, und mit zumindest einem elektrischen oder hydraulischen Stellglied, das einen Stellkolben hat, mittels dem über ein Koppelelement ein Paar von Einlassventilen oder ein Paar von Auslassventilen betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (8) ein drehbar gelagerter Ventilhebel oder eine in einer Linearführung (7) gelagerte Traverse ist und derart mit den Einlass- bzw. Auslassventilen (2, 3) gekoppelt ist, dass nur Druckkräfte auf die Einlass- bzw. Auslassventile (2, 3) übertragbar sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (4) derart angeordnet ist, dass die Bewegungsrichtung (9) seines Stellkolbens (5) von der Verstellrichtung (10) der Einlass- bzw. Auslassventile (2, 3) abweicht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (8) über ein Ventilspielausgleichselement (11) auf die Einlass- bzw. Auslassventile (2, 3) wirkt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilspielausgleichselement (11) ein Kipphebel ist, der an seinem einen Ende an jeweils einem Einlass- bzw. Auslassventil (2, 3) und an seinem anderen Ende an einem Hydrostößel (12) abgestützt. ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilspielausgleichselement (11) ein Tassenstößel ist, der einen hydraulischen Ventilspielausgleich aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilspielausgleichselement (11) direkt im Koppelelement (8) integriert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einlass- bzw. Auslassventilen (2, 3) jeweils eine Rückstellfeder (15) und am Stellkolben (5) des Stellglieds (4) eine entgegen der Rückstellfeder (15) wirkende Gegenfeder (16) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraubendrehfeder (17) vorgesehen ist, die an einer Drehachse des Ventilhebels (8) gelagert ist und mit einem ersten Federabschnitt (18) am Stellkolben (5) und mit zwei zweiten Federabschnitten (19) an den Einlass- bzw. Auslassventilen (2, 3) abgestützt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein starrer Koppelhebel (22) mit Federelementen (24) vorgesehen ist, der an dem einen Ende mit dem Stellkolben (5) und an dem anderen Ende mit dem Paar von Einlassventilen (2) oder Auslassventilen (3) wirkverbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellkolben (5) und den Einlass- bzw. Auslassventilen (2, 3) Mittel zur Übersetzung oder Untersetzung des Stellgliedhubs vorgesehen sind.