DE60200525T2

DE60200525T2 - Brennkraftmaschine mit variabler hydraulischer Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE60200525T2
Application number: DE60200525T
Authority: DE
Inventors: Stefano Chiappini; Andrea Pecori; Francesco Vattaneo
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2002295216A; ES2217213T3; ITTO20010271A0; US6712030B2; ITTO20010271A1; EP1243762A3; DE60200525D1; US20020134331A1; EP1243762B1; ATE267952T1; EP1243762A2; JP4009477B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs umschrieben ist. Ein Motor dieser Art ist z. B. in der US-A-4 765 288 offenbart.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, früher vorgeschlagene Lösungen des Anmelders so zu verbessern, dass der Betrieb des Systems für variable Betätigung der Motorventile so wirkungsvoll und verlässlich wie möglich wird.
Zur Erreichung dieses Zwecks ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verbrennungsmotor, der alle Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Dank der erfindungsgemäßen Merkmalskombination wird die Zuverlässigkeit des Systems verbessert, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, dass das rohrförmige Element, in dem der Stößel verschiebbar gelagert ist, in jedem Betriebszustand des Motors in seiner Lagerposition stabil gesichert werden kann (z. B. mittels eines Befestigungsstiftes) im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen es vorkommen kann, dass das rohrförmige Element, in dem der Stößel verschieblich gelagert ist, eine separate Buchse ist, die in einen entsprechenden Sitz des Zylinderkopfs des Motors eingeschraubt ist und dadurch dem Risiko unterworfen ist, dass sie sich losschraubt.
Die vorliegende Lösung ist vorteilhafter als bekannte Lösungen, wie z. B. diejenigen, die in der EP-A-0 803 642 und EP-A-1 091 097 desselben Anmelders offenbart sind, die keine entsprechenden Mittel vorgesehen haben für eine bestimmte Winkelposition, wobei der rohrförmige Körper von einem ringförmigen Futter umgeben ist zur Verbindung mit der Ölzufuhr, so dass die Verbindung für jede Winkelposition gesichert ist.
Verglichen mit den bekannten Lösungen bringt die Erfindung den Vorteil, den vom Drucköl eingenommenen Raum wesentlich zu verringern, was die Möglichkeit schafft, das System weniger elastisch zu machen, mit der Folge höhere Motordrehzahlen zu erreichen, wobei diese letztgenannte Eigenschaft z. B. besonders wichtig ist im Fall des Motors für einen Sportwagen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind und in denen:
1 eine Querschnittansicht durch den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors der Ausführungsform wie er aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 803 642 desselben Anmelders bekannt ist, zeigt;
2 eine Querschnittansicht durch die Zylinderköpfe eines Acht-Zylinder-V-Motors mit je vier Zylindern in Reihe entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Ansicht einer Einzelheit in vergrößertem Maßstab entsprechend 2 zeigt.
Mit Bezug auf 1 handelt es sich bei dem in der älteren europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 803 642 als auch in der EP-A-1 091 097, welche vom vorliegenden Anmelder eingereicht wurden, beschriebenen Verbrennungsmotor, um eine Mehrzylindermaschine, z. B. einen Fünf-Zylinder-Reihenmotor mit einem Zylinderkopf 1. Der Zylinderkopf 1 umfasst für jeden Zylinder einen Hohlraum 2, der in die Grundfläche 3 des Kopfes 1 eingeformt ist, wobei dieser Hohlraum 2 die Verbrennungskammer bildet, in die zwei Ansaugkanäle 4, 5 und zwei Auspuffkanäle 6 führen. Die Verbindung der zwei Ansaugkanäle 4, 5 mit der Verbrennungskammer 2 wird durch zwei Ansaugventile 7 gesteuert, die herkömmliche Teller- oder Pilzventile sind und von denen jedes einen Schaft 8 aufweist, der verschieblich im Körper des Zylinderkopfes 1 gelagert ist. Jedes Ventil 7 wird in die Schließstellung zurückgesetzt durch Federn 9, die zwischen einer inneren Oberfläche des Zylinderkopfs 1 und einer Endtasse des Ventils eingesetzt sind. Die Öffnung der Ansaugventile 7 wird in der nachfolgend beschriebenen Weise gesteuert durch eine Nockenwelle 11, die um eine Achse 12 in Lagern des Zylinderkopfs gleitend gelagert ist und die eine Mehrzahl von Nocken 14 zur Betätigung der Ventile aufweist.
Jeder Nocken 14 für die Betätigung eines Ansaugventils 7 wirkt mit einer Kappe 15 eines Stößels 16 zusammen, der in einer Achse 17 beweglich gelagert ist, wobei diese Achse in dem gezeigten Fall im Wesentlichen im 90°-Winkel bezüglich der Achse des Ventils 7 ausgerichtet ist (der Stößel kann auch so gelagert sein, dass er gleichgerichtet ist mit der Ventilachse, was mit Bezug auf 3 dargestellt ist); der Stößel 16 ist in einer Buchse 18 gelagert, die von einem Körper 19 einer vormontierten Unterbaugruppe 20 getragen wird, die alle elektrischen und hydraulischen Einrichtungen umfasst, welche der Betätigung der Ansaugventile zugeordnet sind, in der gezeigten und im Detail nachfolgend beschriebenen Weise. Der Stößel 16 kann auf den Schaft 8 des Ventils 7 Schub übertragen und so die Öffnung des Ventils gegen die Kraft der elastischen Rückstellmittel 9 über ein Druckmittel, welches in der Kammer C vorhanden ist (typischerweise handelt es sich um Öl aus dem Motorschmierkreislauf) und einen Kolben 21 übertragen, wobei der Kolben 21 in einem zylindrischen Körper, welcher durch eine Buchse 22 gebildet wird, verschieblich gelagert ist, wobei die Buchse 22 ebenfalls vom Körper 19 der Unterbaugruppe 20 getragen wird. Wiederum mit Bezug auf die bekannte, in 1 gezeigte Lösung, kann die das Druckmittel enthaltende Hydraulikkammer C, die jedem Ansaugventil 7 zugeordnet ist, über ein Magnetventil 24 in Verbindung mit einem Auslasskanal 23 gebracht werden. Das Magnetventil 24, das von jeder bekannten Ausführungsart sein kann, die für die hier gezeigte Funktion geeignet ist, wird von elektronischen Steuermitteln gesteuert – im Ganzen als 25 bezeichnet – entsprechend den Signalen S, die Betriebsparameter des Motors angeben, wie z. B. die Stellung des Gaspedals und die Motordrehzahl. Wenn das Magnetventil 24 geöffnet wird, kommt die Hydraulikkammer C in Ver bindung mit dem Auslasskanal 23, so dass das Druckmittel, welches in der Hydraulikkammer C vorhanden ist, in diesen Kanal einströmt und eine Entkopplung des Stößels 16 von dem betreffenden Ansaugventil 7 erreicht wird, wobei das Ansaugventil 7 dann schnell unter der Wirkung der Rückstellfeder 9 in seine Schließposition zurückkehrt. Durch die Steuerung der Verbindung zwischen der Hydraulikkammer C und dem Auslasskanal 23 ist es deshalb möglich, die Öffnungszeit und den Öffnungshub jedes Ansaugventils 7 wie gewünscht zu verändern.
Die Auslasskanäle 23 der verschiedenen Magnetventile 24 öffnen sich alle in ein und denselben Längskanal 26, der mit einem oder mehreren Druckspeichern 27 in Verbindung steht, von denen nur einer in 1 sichtbar ist. Alle Stößel 16 mit den zugehörigen Buchsen 18, die Kolben 21 mit den zugehörigen Buchsen 22 und die Magnetventile 24 sowie die entsprechenden Kanäle 23, 26 sind so ausgeführt und im Körper 19 der Unterbaugruppe 20 gebildet, dass Schnelligkeit und Leichtigkeit der Montage des Motors erreicht wird.
Die jedem Zylinder zugeordneten Auslassventile 80 werden bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in herkömmlicher Weise durch eine Nockenwelle 18 mittels entsprechender Stößel 29 gesteuert.
2 zeigt in vergrößertem Maßstab den Körper 19 der zusammengebauten Unterbaugruppe.
2 zeigt eine vereinfachte Ausführung eines regelbaren Ventils, das bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors angewendet ist, in dem die Achse des Stößels 16 gleichgerichtet ist mit der Achse des Kolbens 21 für die Betätigung des Ventils. Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf den Fall eines Acht-Zylinder-V-Motors mit vier Zylinder pro Reihe. In 2 sind gleiche Teile wie in 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine Rotation der Nockenwelle (in 2 nicht gezeigt) bewirkt einen Schub auf die Kappe 15 mit entsprechender Abwärtsbewegung des Stößels 16 gegen die Kraft der Feder 15a. Das Drucköl in der Hydraulikkammer C bewirkt dementsprechend eine Bewegung des Kolbens 21, der den Schaft des Ventils betätigt. Die Hydraulikkammer C kann durch das Magnetventil 24 von Drucköl entleert werden.
Wie in 3 klar erkennbar, wird bei dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel die Buchse 22, die den Kolben 21 für die Betätigung des Ventilschaftes führt, einstückig mit einem rohrförmigen Abschnitt 100 verlängert, der als Führung für den Stößel 16 dient.
Wie darüber hinaus in 3 erkennbar, enthält der einstückige rohrförmige Körper, der die Buchse 22 zur Führung des Kolbens 21 und den rohrförmigen Abschnitt 100 zur Führung des Stößels 16 bildet, auch die Hochdruckhydraulikkammer C, die mit einem Kanal 101 verbunden ist, um Drucköl durch eine radiale Bohrung 102 im rohrförmigen Körper einzuspeisen.
Um sicherzustellen, dass der rohrförmige Körper 22/100 in der richtigen Winkelposition angeordnet ist, in der die Radialbohrung 102 dem Kanal 101 gegenübersteht, weist der rohrförmige Körper eine äußere Nut 103 auf, in die ein Gewindestift 10 hineinragt, der in den Körper des Zylinderkopfes eingeschraubt ist.
Der rohrförmige Körper 22/100 ist mit einem Ringflansch 105 versehen, der auf eine ringförmige Gegenfläche des Zylinderkopfs gedrückt wird unter Zwischenfügung einer Unterlegscheibe 106. Der Flansch 105 wird von einer Ringmutter 107 gehalten, die in eine Gewindebohrung im Zylinderkopf eingeschraubt ist.
Das Beispiel der gezeigten Ausführungsform bezieht sich auf Motoransaugventile. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung sowohl für Ansaugventile als auch für Auslassventile angewendet werden kann.

Claims

Verbrennungsmotor, enthaltend: – wenigstens ein Ausgangsventil (8) und wenigstens ein Auslassventil für jeden Zylinder, wobei jedes Ventil mit einem entsprechenden elastischen Rückstellmittel (9) ausgestattet ist, welches das Ventil in die geschlossene Stellung zurückbringt, um die Verbindung zwischen dem Ansaugkanal (4) bzw. dem Auspuffkanal (6) und der Verbrennungskammer zu steuern; – eine Nockenwelle (11) zur Betätigung der Ansaug- und Auslassventile der Zylinder des Motors mit Hilfe entsprechender Stößel (16), wobei jedes Ansaugventil und jedes Auslassventil von einem Nocken (14) der Nockenwelle betätigt wird; wobei wenigstens einer der Stößel (16) das entsprechende Ansaug- oder Auslassventil gegen die Kraft der elastischen Rückstellmittel über die Zwischenschaltung von Hydraulikmitteln steuert, welche eine Hydraulikkammer (C) umfassen, die Druckfluid enthält; wobei die das Druckfluid enthaltende Hydraulikkammer über ein Magnetventil (24) mit einem Auslasskanal (26) verbindbar ist, um das Ventil vom Stößel (16) zu entkoppeln und ein schnelles Schließen des Ventils unter der Kraft der entsprechenden elastischen Rückstellmittel (9) zu bewirken; wobei die Hydraulikmittel weiterhin einen Kolben (21) umfassen, der dem Schaft des Ventils zugeordnet ist und in einer Führungsbuchse (22) verschieblich aufgenommen ist, wobei der Kolben (21) auf eine volumenveränderliche Kammer (34) gerichtet ist, die durch den Kolben in der Führungsbuchse (22) gebildet wird, wobei die volumenveränderliche Kammer (34) über einen Enddurchlass in der Führungsbuchse, mit der die Druck flüssigkeit enthaltenden Hydraulikkammer (C) in Verbindung steht, und wobei der Kolben einen Endansatz aufweist, der so gestaltet ist, dass er in diesen Enddurchlass hineinreicht während der Endbewegung des Ventils beim Schließhub, um die Verbindungsöffnung zwischen der volumenveränderlichen Kammer und der das Druckfluid enthaltenden Hydraulikkammer zu begrenzen und so die Hubbewegung des Ventils in Schließnähe zu verlangsamen, wobei der Kolben (21) zur Betätigung des Ventilschafts (8) gleichachsig mit der Achse des Stößels liegt und wobei der Stößel verschieblich in einem rohrförmigen Element (100) gelagert ist, welches eine integrale Verlängerung der Führungsbuchse (22) zur Führung des Kolbens für die Betätigung des Ventilschaftes (8) bildet, wobei der rohrförmige Körper, welcher einstückig ausgebildet ist und beides, sowohl die Führungsbuchse (22) des Kolbens (21) für die Betätigung des Ventilschaftes und das rohrförmige Element (100) für die Führung des Stößels bildet, selbst auch die Druckkammer (C) ausbildet und wenigstens eine Radialöffnung (102) aufweist, um die Druckkammer (C) mit einem Kanal für die Zufuhr von Drucköl verbindet, wobei Referenzmittel vorgesehen sind, die eine korrekte Winkelposition des rohrförmigen Körpers (22) gewähren, um sicherzustellen, dass die radiale Durchlassöffnung mit dem Ölzufuhrkanal ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmittel durch eine äußere Nut (103), die im rohrförmigen Körper (100) eingeformt ist und einen in sie hineinreichenden Gewindestift (104), der in den Körper des Zylinderkopfes eingeschraubt ist, umfassen.