DE19602013C2

DE19602013C2 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbaren Ventiltrieb

Info

Publication number: DE19602013C2
Application number: DE1996102013
Authority: DE
Inventors: Gerald Fischer; Michael Haas; Gerhard Maas
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-01-20
Filing date: 1996-01-20
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2016-01-21
Also published as: DE19602013A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbaren Ventiltrieb nach den oberbegriffs bildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger in einen Zylinderkopf eingebauter und auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbarer Ventiltrieb ist der Fachwelt beispielsweise aus der DE 43 14 619 A1 vorbekannt. Sein dort aus Fig. 1 hervorgehender Nockenfol ger ist dabei so ausgelegt, daß dessen Koppelmittel bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck durch Zugfederkraft in ihrer Entkoppelposition verbleiben. Wird nun der äußere Abschnitt des Nockenfolgers von einem Nocken großen Hubes und der innere von einem Nocken Null-Hubes beaufschlagt, so ist mit einem derartigen Nockenfolger bei Mehrventiltechnik ein Motorstart nur schwerlich möglich, da beim Start der Brennkraftmaschine durch einen dann fehlenden Hydraulikmitteldruck beide Abschnitte entkoppelt sind.

Auch geht aus dem DE 93 15 436 U1 ein weiterer Nockenfolger hervor, dessen Koppelmittel derart ausgelegt sind, daß sie bei nichtanliegendem Hy draulikmitteldruck unter Druckfederkraft beide Abschnitte des Nockenfolgers koppeln, so daß bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck das betreffende Gaswechselventil einen großen Hub vollzieht. Bei dieser Lösung ist beispiels weise bei Start der Brennkraftmaschine sichergestellt, daß ein ausreichender Ladungswechselquerschnitt vorliegt.

Letztgenannte Lösung wäre daher beispielsweise denkbar zur Abschaltung ganzer Zylinderbänke und erstgenannte Ausgestaltung zur selektiven Ventil abschaltung bei Mehrventiltechnik, wie schon mehrfach im vorbekannten Stand der Technik beschrieben.

Beide Varianten haben gemeinsam, daß durch ihre realisierbaren unterschiedli chen Ventilhubverläufe durchaus eine Optimierung des gesamten Ladungs wechsels in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last festzustellen ist. Dabei wird jedoch kompromißweise lediglich auf zwei unterschiedliche Ventilhubkur ven umgeschaltet.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb zu entwickeln, der die Vorteile der beiden eingangs erwähnten Ausgestaltungen vereint, jedoch diesen gegenüber eine wesentlich höhere Variabilität bezüglich der erzielbaren Hub verläufe und Ansteuermöglichkeiten aufweist und gleichzeitig im wesentlichen auf bekannte Bauteile zurückgreift.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der weiteren Ansprüche zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung darstellen.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen werden insgesamt vier unter schiedliche Gesamthubverläufe für gleichwirkende Gaswechselventile je Zylin der erzielt. Denkbar ist es an dieser Stelle auch, drei- oder mehrfach schaltbare Nockenfolger zu applizieren, wodurch sich dann die Variabilität des Ventiltriebs weiter erhöht. Es wird ein dem verbrennungsmotorischen Bedarf der Brenn kraftmaschine besser adaptierter Gesamtöffnungsquerschnitt der Gaswechselven tile angeboten. Hierdurch ist mit einer Absenkung der auftretenden Schad stoffemission bzw. mit einer Kraftstoffverbrauchseinsparung zu rechnen.

Gleichermaßen bezieht sich die Erfindung auf Lösungen, bei denen der äußere Abschnitt des Nockenfolgers mit Nocken kleinen Hubes bzw. Null-Hubes und der innere Abschnitt mit Nocken großen Hubes kommuniziert, wobei hier der äußere Abschnitt des Nockenfolgers mit dem Gaswechselventil zusammen wirken kann.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand eines nachfolgenden Anspruchs. Demnach ist ein erstes Gaswechselventil von einem Nocken beauf schlagt, welcher jenem wahlweise den großen Ventilhub bzw. einen Null-Hub übermittelt, und ein zweites Gaswechselventil ist von einem Nocken beauf schlagt, welcher jenem wahlweise den großen bzw. kleinen Ventilhub über trägt. Eine entsprechende nähere Darlegung hierzu ist der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Koppelmittel der Nockenfolger derart auszubilden, daß diese bei nichtanliegendem Hydraulik mitteldruck derart über die Kraft ihres Federmittels verschoben sind, daß beide Abschnitte voneinander entkoppelt vorliegen (drucklos entriegelter Zustand). Diese Maßnahme ist beispielsweise denkbar bei sequentieller Ventilabschaltung je Zylinder, da dann über den Teilhub des weiteren Ventils bei Start der Brenn kraftmaschine der erforderliche Ladungswechselvorgang vollzogen werden kann.

Aus einem weiteren Anspruch kann der Fachmann entnehmen, daß es vorgesehen ist, ein Koppelmittel für zumindest einen Nockenfolger derart auszugestalten, daß dieses bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck über Druckfederkraft in Entkoppelposition der Abschnitte verschoben ist, wobei das weitere Koppelmittel des weiteren Nockenfolgers gleichzeitig in Koppelposition verfährt. Somit stellt diese Ausgestaltung eine sinnvolle Kombination von Noc kenfolgern unterschiedlicher Verriegelungsmechanismen dar. Es ergeben sich hierbei wiederum mindestens vier Schaltzustände, die der Zeichnungsbeschrei bung entnehmbar ist. Auch ist es vorgesehen, die Nockenfolger im Zylinderkopf nicht zu gleichen Teilen mit Schaltmechanismen und Nocken zu bestücken, welche wie vorbeschrieben unterschiedlich wirken.

Prinzipiell in Frage kommen als Nockenfolger alle Arten von Tassenstößeln, Pilzstößeln, Schlepp- oder Kipphebeln u. a., wobei insbesondere bei Schlepp hebeln der Schaltmechanismus in ihrem Abstützelement integriert sein soll. Auch ist es denkbar, mehr als nur ein Gaswechselventil von einem Nockenfol ger zu betätigen, welcher dann brückenartig ausgebildet ist, so daß dann dieser brückenartige Nockenfolger im Zylinderkopf mit den unterschiedlichen Ver riegelungsmechanismen bestückt sein soll.

Insbesondere sinnvoll erweist sich die Erfindung bei einer Applikation an Einlaßventilen im Zylinderkopf. Auch ist es denkbar, den Ventiltrieb des erfin dungsgemäß bestückten Zylinderkopfes gleichzeitig mit einer Verstellvorrichtung zur Verschiebung der Phasenlage der Nockenwelle zu versehen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, wie oben ge nannt, als Nockenfolger Tassenstößel anzuwenden, bestehend aus einem äußeren kreisringförmigen Abschnitt, welcher konzentrisch einen inneren Abschnitt einschließt. Dabei ist es besonders einfach, beide Abschnitte über zumindest ein als Kolben ausgebildetes Koppelmittel zur Übertragung des großen Nockenhubes miteinander zu koppeln. Gleichzeitig soll als Federmittel, welches entgegen dem Hydraulikmitteldruck wirkt, wenigstens eine Schrauben feder eingesetzt werden. Denkbar sind an dieser Stelle auch weitere Feder elemente, beispielsweise elektromagnetisch, magnetisch, pneumatisch oder andersartig mechanisch wirkende.

Da die Nockenfolger im Zylinderkopf zur Umschaltung auf die unterschiedli chen Hubverläufe für das Gaswechselventil ohnehin mit Hydraulikmittel ver sorgt werden, ist es sinnvoll, den Nockenfolger gleichzeitig mit einer an sich bekannten hydraulischen Spielausgleichseinrichtung zu versehen. Somit braucht über den Betriebszeitraum der Brennkraftmaschine kein aufwendiges Einstellen des Ventilspiels mehr zu erfolgen. Unbedingt bezieht sich diese Erfindung auch auf Ausgestaltungen, bei denen ein mechanischer Spielausgleich vorgesehen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen als Tassenstößel ausgebildeten Nockenfolger, bei welchem bei nichtanliegendem Hydraulik mitteldruck (drucklos entriegelte Variante) ein Null-Hub reali siert ist;

Fig. 1a einen Nockenfolger ähnlich dem vorher, gezeigten, bei dem jedoch im entkoppelten Zustand ein kleiner Ventilhub herge stellt ist;

Fig. 2 einen Nockenfolger wiederum ähnlich dem aus Fig. 1 vor bekannten, jedoch mit einem Verriegelungsmechanismus, durch den bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck ein großer Nockenhub übertragen wird und

Fig. 3, 4 schematische Draufsichten auf den Zylinderkopf, aus denen die erfindungsgemäßen Bestückungsvarianten des Zylinderkopfes hervorge hen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die Fig. 1 bis 2 zeigen Ansichten eines als Tassenstößel ausgebildeten Nockenfolgers 1, 1a oder 18. Auf eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus und der Funktion eines derartigen Nockenfolgers 1, 1a oder 18 wird an dieser Stelle verzichtet, weil dies der Fachwelt hinreichend bekannt ist.

Der aus Fig. 1 entnehmbare Nockenfolger 1 besteht aus einem äußeren, kreisringförmigen Abschnitt 2, welcher konzentrisch einen kreisringförmigen Ab schnitt 3 einschließt. Beide Abschnitte 2, 3 sind relativ zueinander beweglich. Der äußere Abschnitt 2 verläuft dabei axial beweglich in einer Aufnahmeboh rung 4 eines Zylinderkopfes 5. In den inneren Abschnitt 3 ist ein hydraulisches Spielausgleichsmittel 6 eingebaut. Dieses wirkt hier unmittelbar mit einem Ende eines Gaswechselventils 23 (s. Fig. 2) zusammen. Zwischen beiden Abschnitten 2, 3 verlaufen radial verlagerbare Koppelmittel 7 (Kolben). Die Koppelmittel 7 sind dabei radial nach innen in Richtung eines Zentrums des Abschnitts 3 durch ein als Zugfeder ausgebildetes Federmittel 8 angefedert. Entgegen der Kraft des Federmittels 8 sind die Koppelmittel 7 radial nach außen über Hydraulikmittel druck verlagerbar, welches Hydraulikmittel in nicht näher zu beschreibender Art und Weise über eine Bohrung 9 vor eine innere Stirnfläche 10 der Koppelmittel 7 leitbar ist. Dabei ist dieser Nockenfolger 1 derart ausgebildet, daß bei nichtan liegendem Druck von Hydraulikmittel die Koppelmittel 7 vollkommen in ihrer Aufnahme 11 im kreisförmigen Abschnitt 3 verbleiben, so daß beide Abschnitte 2, 3 physisch voneinander entkoppelt sind.

Bodenseitig ist der Nockenfolger 1 an seinem kreisringförmigen Abschnitt 2 von zwei Nocken 12 großen Hubes beaufschlagt. Der kreisringförmige Abschnitt 3 wird von einem Nocken 13 Null-Hubes bzw. Minimalst-Hubes kontaktiert. Somit führt das Gaswechselventil, welches von dem Nockenfolger 1 beaufschlagt ist, bei nichtanliegendem bzw. geringem Hydraulikmitteldruck einen Null-Hub aus, d. h. es bleibt geschlossen. Wird nun Hydraulikmittel vor die innere Stirnfläche 10 der Koppelmittel 7 geleitet, werden diese radial nach außen mit Teilab schnitten ihrer Mantelfläche 14 in eine entsprechende Aufnahme 15 des kreis ringförmigen Abschnitts 2 verschoben. Somit sind beide Abschnitte 2, 3 phy sisch gekoppelt und das Gaswechselventil folgt, über den Nockenfolger 1 betätigt, dem Hub des Nockens 12 großen Hubes.

Fig. 1a zeigt einen Nockenfolger 1a ähnlich dem vorher beschriebenen, hierbei wird lediglich dessen kreisringförmiger Abschnitt 3 von einem Nocken 16 kleinen Hubes anstatt Null-Hubes beaufschlagt.

Nach der Erfindung soll nun der Zylinderkopf 5, welcher mit einem Mehrventil trieb ausgebildet ist, an seinen Einlaßventilen alternierend mit einem Stößel gemäß der Fig. 1 und Fig. 1a je Zylinder 17 bestückt werden (siehe Fig. 3). Die Bezeichnung DE₁ steht hierbei für einen Nockenfolger 1 (Stößel) nach Fig. 1, bei dem bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck eine Entkopplung seiner beiden Abschnitte 2, 3 vorliegt (drucklos entriegelt). NH/VH steht dabei für die Hubmöglichkeiten des Nockenfolgers 1, hervorgerufen durch die ihn beauf schlagenden Nocken 12, 13 (Null-Hub/Vollhub). DE_1a steht für einen Nocken folger 1a nach Fig. 1a, bei welchem ebenfalls bei nichtanliegendem Hydraulik mitteldruck eine Entkopplung seiner beiden Abschnitte 2, 3 realisiert ist, jedoch wird hier im entkoppelten Zustand dieser Abschnitte 2, 3 über den Nocken 16 ein Teilhub des Gaswechselventils 23 hergestellt.

Durch die wechselweise Bestückung der Gaswechselventile 23 mit Nockenfol gern 1, 1a wird eine gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik extrem hohe Variabilität des Ventiltriebs geschaffen. Dabei kann der Schaltzu stand NH des Nockenfolgers 1 mit dem Schaltzustand TH und VH des Nocken folgers 1a kombiniert werden, und weiterhin der Schaltzustand VH des Noc kenfolgers 1 mit dem Schaltzustand TH und VH des Nockenfolgers 1a. Die Umschaltung kann dabei auch so erfolgen, daß lediglich einer der Nockenfolger 1 oder 1a geschaltet wird und der weitere Nockenfolger 1a oder 1 in seiner bisher eingestellten Koppelposition verbleibt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Zylinderkopfbestückung gemäß der vorgenannten. Dabei wird zum einen der Nockenfolger 1a nach Fig. 1a einem Gaswechsel ventil zugeordnet, bei welchem bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck eine Entkopplung seiner beiden Abschnitte 2, 3 vorliegt. Gleichzeitig wird je Zylin der ein Nockenfolger 18 nach Fig. 2 appliziert, bei welchem bei nichtanlie gendem Druck an Hydraulikmittel eine Kopplung seiner beiden Abschnitte 2, 3 über die Kraft des Federmittels 8 vorliegt. Dabei werden Nocken 12, 13 gemäß Fig. 1 eingesetzt, wobei die Koppelmittel 7, welche wiederum als Kolben ausgebildet sind, in der Aufnahme 15 des kreisringförmigen Abschnitts 2 angeordnet sind und zum Zwecke einer Kopplung radial nach innen in Richtung der Aufnahme 11 über die Kraft des Federmittels 8 verschoben wer den. Die Bezeichnung DE_1a in Fig. 4 steht hierbei wiederum für die Anwen dung eines Nockenfolgers 1a nach Fig. 1a und die Bezeichnung DV₁₈ für einen Nockenfolger 18 nach Fig. 2. Durch diese Kombination von Nockenfol gern 1a und 18, wobei bei zweitgenanntem Nockenfolger 18 bei nichtanlie gendem Hydraulikmitteldruck eine Kopplung seiner beiden Abschnitte vorliegt, ist wiederum eine sehr hohe Variabilität des gesamten Ventiltriebs geschaffen. So kann beispielsweise der Nockenfolger 18 derart angesteuert werden, daß er einen Null-Hub vollzieht, wobei wahlweise der Nockenfolger 1a derart beauf schlagt wird, daß er einen Teilhub oder einen Vollhub ausführt. Des weiteren kann der Nockenfolger 18 wiederum so angesteuert werden, daß er einen Vollhub vollzieht, wobei wiederum wahlweise der Nockenfolger 1a so geschal tet werden kann, daß er entweder einen Teilhub bzw. einen Vollhub ausführt.

Bezugszeichen

1

Nockenfolger

1

a Nockenfolger

2

Abschnitt

3

Abschnitt

4

Aufnahmebohrung

5

Zylinderkopf

6

hydraulisches Spielaus gleichsmittel

7

Koppelmittel

8

Federmittel

9

Bohrung

10

innere Stirnfläche

11

Aufnahme

12

Nocken

13

Nocken

14

Mantelfläche

15

Aufnahme

16

Nocken

17

Zylinder
DE₁

Nockenfolger nach

Fig.

1 (drucklos entriegelt)
NH Nullhub des Nockenfolgers
VH großer Hub des Nockenfolgers (Vollhub)
DE_1a

Nockenfolger nach

Fig.

1a (drucklos entriegelt)
TH kleiner Hub des Nocken folgers/Teilhub
DV₁₈

Nockenfolger nach

Fig.

2 (drucklos verriegelt)

18

Nockenfolger

19

Ringfläche

20

nicht vergeben

21

nicht vergeben

22

nicht vergeben

23

Gaswechselventil

24

Hydraulikmittelzuleitung

25

Einlaßseite

26

Auslaßseite

27

Hydraulikmittelzuleitung

Claims

1. Zylinderkopf (5) einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei gleichwir kenden, auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbaren Gaswechselventilen (23) je Zylinder (17), wobei jedes dieser Gaswechselventile (23) von je einem Nockenfolger (1, 1a, 18) im Hubsinne beaufschlagt ist, dem mindestens ein Nocken (12, 13, 16) zugeordnet ist, wobei jeder Nockenfolger (1, 1a, 18) oder seine Abstützvorrichtung aus einem äußeren Abschnitt (2) besteht, der einen inneren Abschnitt (3) relativ zu diesem beweglich einschließt, wobei beide Abschnitte (2, 3) über verlagerbare Koppelmittel (7) zum Zwecke eines großen Ventilhubes miteinander koppelbar sind, wohingegen durch Entkopp lung ein kleiner Ventilhub bzw. Null-Hub hergestellt ist und wobei eine An steuerung der Koppelmittel (7) in eine Verschieberichtung über eine Servounter stützung wie Hydraulikmitteldruck und in die weitere Verschieberichtung über ein mechanisches Federmittel (8) realisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der gleichwirkenden Gaswechselventile (23) je Zylinder (17) von Nockenfolgern (1, 1a oder 18, 1a) beaufschlagt werden, deren Nocken (12, 13; 12, 16) von Nockenfolger zu Nockenfolger unterschiedliche Hubcharakteristika (NH, TH, VH) aufweisen (Fig. 3, 4).

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß einem ersten Gaswechselventil (23) ein Nocken (12) zugeordnet ist, welcher dem ersten Gaswechselventil (23) den großen Ventilhub (VH) verleiht, wobei das Koppelmittel (7) im Nockenfolger (1) oder seiner Abstützvorrichtung derart verlagerbar ist, daß der Nockenfolger (1) oder seine Abstützvorrichtung das Gaswechselventil (23) physisch vollständig von der Hubbewegung des Nockens (13) für den wahlweisen Null-Hub (NH) trennt, (Fig. 1 oder 2) und
daß einem zweiten Gaswechselventil (23) ein Nocken (12) zugeordnet ist, welcher dem Gaswechselventil (23) den großen Ventilhub (VH) verleiht, wobei das Koppelmittel (7) im Nockenfolger (1a) oder seiner Abstützvorrichtung derart verlagerbar ist, daß der Nockenfolger (1a) oder seine Abstützvorrichtung über einen kleinen Nocken (16) dem Gaswechselventil (23) den kleinen Ventilhub (TH) übermittelt (Fig. 1a).

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel mittel (7) der Nockenfolger (1, 1a) oder ihrer Abstützelemente für sämtliche beaufschlagte gleichwirkende Gaswechselventile (23) je Zylinder (17) bei nichtanliegendem Druck an Hydraulikmittel derart über die Kraft des Feder mittels (7) verschoben sind, daß beide Abschnitte (2, 3) voneinander entkoppelt sind (Fig. 3).

4. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppel mittel (7) eines Nockenfolgers (1a) (Fig. 1a) oder seiner Abstützvorrichtung für eines der Gaswechselventile (23) so über die Kraft des Federmittels (8) bei nichtanliegendem Hydraulikmitteldruck verschiebbar ist, daß beide Abschnitte (2, 3) voneinander entkoppelt sind, wobei das Koppelmittel (7) des weiteren Nockenfolgers (18) (Fig. 2) für das weitere Gaswechselventil (23) oder seine Abstützvorrichtung derart über die Kraft des Federmittels (7) bei nichtanliegen dem Hydraulikmitteldruck verschiebbar ist, daß beide Abschnitte (2, 3) gekop pelt sind (Fig. 4).

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichwir kende Gaswechselventile (23) Einlaßventile vorgesehen sind.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nockenfol ger (1, 1a, 18) Tassenstößel verwendet werden.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Abschnitt (2) des Nockenfolgers (1, 1a, 18) kreisringförmig hergestellt ist, welcher konzentrisch den inneren kreisringförmigen Abschnitt (3) einschließt.

8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppel mittel (7) zumindest ein radial oder sekantenartig verlagerbarer Kolben appliziert ist, der im Koppelfall eine Ringfläche (19) zwischen beiden Abschnitten (2, 3) übergreift und im Entkoppelfall in eine Aufnahme (15) oder (11) eines der beiden Abschnitte (2, 3) verlagerbar ist.

9. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federmittel (8) wenigstens eine Druckfeder vorgesehen ist.

10. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken folger (1, 1a, 18) oder seine Abstützvorrichtung hydraulische Spielausgleichs mittel (6) beinhalten.