DE60200965T2

DE60200965T2 - Brennkraftmaschine mit hydraulischer variablen Ventilsteuerung und Hydraulikkreislaufentlüftungseinrichtung

Info

Publication number: DE60200965T2
Application number: DE60200965T
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: 2002-03-18
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: EP1243763A3; EP1243763B1; EP1243763A2; ATE274135T1; ITTO20010273A1; DE60200965D1; ITTO20010273A0; JP2002309915A; US6520130B2; ES2223984T3; JP4002458B2; US20020134332A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen des Typs, welcher aufweist:

– zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil für jeden Zylinder, wobei jedes Ventil mit einem jeweiligen elastischen Mittel versehen ist, welches das Ventil in die geschlossene Position zurückbringt, um eine Verbindung zwischen den jeweiligen Einlass- und Auslasskanälen und der Verbrennungskammer zu steuern;
– eine Nockenwelle zum Betreiben der Einlass- und Auslassventile der Zylinder der Maschine mittels jeweiliger Stößel, wobei jedes Einlassventil und jedes Auslassventil durch einen Nocken der Nockenwelle angetrieben wird;

Eine Maschine des Typs, auf den man sich oben bezieht, ist z. B. in den europäischen Patentanmeldungen Nr. EP-A-0 803 642 und EP-A-1 091 097, eingereicht von derselben Anmelderin, oder in US-A-5,255,639 beschrieben und dargestellt.
Studien und Tests, welche durch die hiesige Anmelderin durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass während des Betriebs einige Probleme auftreten können, insbesondere beim Starten der Maschine. Wenn die Maschine für längere Zeit nicht gelaufen ist, ist tatsächlich der Hydraulikkreis des Ventilsteuersystems ohne Öl unter Druck. Wenn die Maschine neu gestartet wird, schickt die Pumpe zur Zuführung von Öl unter Druck das Öl zum Füllen des Kreises, wobei zur gleichen Zeit die in dem Kreis vorhandene Luft veranlasst wird, auszutreten. Die Luftablass- bzw. -entlüftungswege sind jedoch verhältnismäßig wenig, was bedeutet, dass es dort ein verzögertes Ansprechen des Systems gibt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, das oben erwähnte Problem zu lösen.
Im Hinblick auf die Erreichung dieses Zwecks ist der Gegenstand der Erfindung eine Maschine, welche alle Merkmale aufweist, auf welche zu Beginn der vorlie genden Beschreibung Bezug genommen wurde, und darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zumindest einen Durchgang aufweist zum Ablassen bzw. Entlüften des Hydraulikkreises, welcher die Druckkammer, jedem Stößel zugeordnet, angetrieben durch die Nockenwelle, direkt in Verbindung mit der äußeren Umgebung setzt, wobei der Durchgang unterbrochen und geschlossen wird in Folge auf eine Verschiebung des Stößels aus seiner Ruheposition.
In einer ersten Ausführungsform ist der Ablass- bzw. Entlüftungsdurchgang zwischen einem abgeflachten Abschnitt der zylindrischen Oberfläche des Stößels und der zylindrischen Wand einer Buchse definiert, innerhalb welcher der Stößel gleitbar montiert ist. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass der Ablass- bzw. Entlüftungsdurchgang leicht in der günstigsten Position durch eine Winkelorientierung des Stößels vorgegeben werden kann. Dies ist vorteilhaft, falls der Stößel eine Achse aufweist, welche bezüglich der Senkrechten insoweit geneigt ist, als der Durchgang an der höheren Seite des Stößels eingerichtet werden muss.
In einer zweiten Ausführungsform ist der Durchgang in dem Körper der Buchse gemacht, innerhalb welcher der Stößel gleitbar montiert ist, und letzterer weist einen Endabschnitt von reduziertem Durchmesser auf, der eine ringförmige Kammer definiert, in welcher der vorgenannte Durchgang herauskommt, wenn sich der Stößel in seiner Ruheposition befindet, wohingegen der Durchgang durch den Hauptabschnitt des Stößels, d. h. den weiteren Abschnitt, unterbrochen ist, wenn sich der letztere weg aus seiner Ruheposition bewegt. Alternativ kann der Durchgang durch einen Schlitz in der Führungsbuchse definiert sein.
Natürlich sind verschiedene andere Gestaltungen und Anordnungen des Ablass- bzw. Entlüftungsdurchgangs möglich.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen ergeben, welche rein als nicht-limitierende Beispiele vorgesehen sind, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht des Zylinderkopfs einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der von der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 803 642 gekannten Ausführungsform ist, welche von der hiesigen Anmelderin eingereicht ist;
2 eine Querschnittsansicht in vergrößertem Maßstab eines Details einer vereinfachten Version der Maschine gemäß dem Stand der Technik ist; und
3 und 4 ein Detail der 2 gemäß zweier möglicher Modifikationen darstellen, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist die Verbrennungskraftmaschine, beschrieben in der früheren europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 803 642 sowie in EP-A-1 091 097, eingereicht durch die hiesige Anmelderin, eine Multi-Zylindermaschine, z. B. eine Maschine mit fünf Zylindern, in Reihe gesetzt, welche einen Zylinderkopf 1 aufweist.
Der Kopf 1 weist für jeden Zylinder einen Hohlraum 2 auf, der in der Basisoberfläche 3 des Kopfes 1 ausgebildet ist, wobei der Hohlraum 2 die Verbrennungskammer definiert, in welche zwei Einlasskanäle 4, 5 und zwei Auslasskanäle 6 sich verteilen. Eine Verbindung der zwei Einlasskanäle 4, 5 mit der Verbrennungskammer 2 wird durch zwei Einlassventile 7 des herkömmlichen teller- oder pilzförmigen Typs gesteuert, von denen jedes einen Schaft 8 aufweist, welcher gleitbar in dem Körper des Kopfes 1 montiert ist. Jedes Ventil 7 wird in seine geschlossene Position durch Federn 9 zurückgebracht, welche zwischen eine innere Oberfläche des Kopfes 1 und einem Endtopf 10 des Ventils gesetzt sind. Ein Öffnen der Einlassventile 7 wird auf eine Art gesteuert, welche in dem, was folgt, beschrieben werden wird, durch eine Nockenwelle 11, welche gleitbar um eine Achse 12 innerhalb von Lagern des Kopfes 1 montiert ist, und welche eine Mehrzahl von Nocken 14 zum Betätigen der Ventile aufweist.
Jeder Nocken 14 zum Betätigen eines Einlassventils 7 arbeitet mit der Kappe 15 eines Stößels 16 zusammen, welcher gleitbar entlang einer Achse 17 montiert ist, welcher im dargestellten Fall im Wesentlichen bei 90° bezüglich der Achse des Ventils 7 gerichtet ist (der Stößel kann auch so montiert sein, dass er ausgerichtet ist, wie mit Bezugnahme auf 3 dargestellt werden wird), innerhalb einer Buchse 18, getragen von einem Körper 19 einer vorzusammengebauten Unterbaugruppe 20, welche alle die elektrischen und hydraulischen Vorrichtungen enthält, welche zum Betrieb der Einlassventile zugeordnet sind, gemäß dem, was detailliert in dem, was folgt, dargestellt ist. Der Stößel 16 ist in der Lage, einen Schub auf den Schaft 8 des Ventils 7 zu übertragen, um so ein Öffnen des letzteren gegen die Wirkung des elastischen Mittels 9 zu bewirken über ein Fluid unter Druck (typischerweise Öl, welches aus dem Maschinenschmierkreis kommt), vorhanden in einer Kammer C, und einen Kolben 21, der gleitbar in einem zylindrischen Körper montiert ist, der gebildet wird durch eine Buchse 22, welcher auch durch den Körper 19 der Unterbaugruppe 20 getragen ist. Wieder gemäß der bekannten Lösung, dargestellt in 1, kann die Kammer C, welche Fluid unter Druck enthält, zugeordnet zu jedem Einlassventil 7, in Verbindung mit einem Auslasskanal 23 über ein Magnetventil 24 gesetzt werden. Das Magnetventil 24, welches von irgendeinem bekannten Typ sein kann, welcher für die hier dargestellte Funktion geeignet ist, wird durch elektronische Steuermittel gesteuert, welche als Ganzes mit 25 bezeichnet sind, gemäß den Signalen S, welche Betriebsparameter der Maschine bezeichnen, wie etwa die Position des Gaspedals und der Maschinen-U/min. Wenn das Magnetventil 24 geöffnet wird, tritt die Kammer C in Verbindung mit dem Kanal 23, so dass das Fluid unter Druck, welches in der Kammer C vorhanden ist, in den Kanal strömt und ein Entkoppeln des Stößels 16 des jeweiligen Einlassventils 7 erreicht wird, wobei das Einlassventil 7 dann schnell in seine geschlossene Position unter der Wirkung der Rückholfeder 9 zurückkehrt. Durch Steuern der Verbindung zwischen der Kammer C und dem Auslasskanal 23 ist es daher möglich, die Öffnungszeit und einen Öffnungshub des Einlassventils 7, wie gewünscht, zu variieren.
Die Auslasskanäle 23 der verschiedenen Magnetventile 24 öffnen sich alle in ein und denselben Längskanal 26, welcher verbunden ist mit einem oder mehreren Druckspeichern 27, von denen nur einer in 1 gesehen werden kann. Alle Stößel 16 mit den zugehörigen Buchsen 18, die Kolben 21 mit den zugehörigen Buchsen 22 und die Magnetventile 24 und die entsprechenden Kanäle 23, 26 sind getragen und ausgeführt in dem vorgenannten Körper 19 der vormontierten Unterbaugruppe 20, was den Vorteil der Geschwindigkeit und Einfachheit des Zusammenbaus der Maschine bietet.
Die Auslassventile 80, welche jedem Zylinder zugeordnet sind, werden in der in 1 dargestellten Ausführungsform auf traditionelle Art und Weise durch eine Nockenwelle 28 mittels jeweiliger Stößel 29 gesteuert.
2 stellt in vergrößertem Maßstab den Körper 19 der vormontierten Unterbaugruppe dar.
2 stellt eine vereinfachte Version eines Ventils mit variabler Steuerung vor, wiederum gemäß dem bekannten Stand der Technik, wo die Achse des Stößels 16 mit der Achse des Schafts 8 des Ventils (nicht dargestellt) ausgerichtet ist. In 2 sind die Teile, welche mit 1 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine Drehung des Nockens (in 2 nicht dargestellt) bewirkt einen Schub auf die Kappe 15 mit einer nachfolgenden Absenkung des Stößels 16 gegen die Wirkung der Feder 15a. Das unter Druck stehende Öl, welches in der Kammer C vorhanden ist, bewirkt daraufhin eine Bewegung des Kolbens 21, welcher den Schaft des Ventils betätigt. Die Kammer C kann von Öl unter Druck geleert werden mittels des Magnetventils 24 (1).
Wie bereits in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung erwähnt, füllt beim Starten der Maschine, nachdem diese für eine lange Zeit nicht gelaufen war, was dazu geführt hat, dass das Öl aus dem Kreis herausgeht, die Ölzufuhrpumpe den Kreis wiederum, wobei zur gleichen Zeit die Luft veranlasst wird, aus den Kammern herauszugehen und aus den Röhren, welche mit der Kammer C in Verbindung stehen. Um ein Ablassen bzw. Entlüften zu begünstigen, sieht die Erfindung einen Ablass- bzw. Entlüftungsdurchgang vor, jedem Stößel 16 zugeordnet.
Im Fall der Lösung der 3 ist dieser Durchgang, bezeichnet mit 100, zwischen einem abgeflachten Abschnitt 101 der zylindrischen Wand des Stößels 16 und einer inneren zylindrischen Wand 102 der Buchse 18 gemacht, innerhalb welcher der Stößel gleitbar montiert ist. Dieser Durchgang wird unterbrochen und geschlossen, wenn sich der Stößel weg von seiner Ruheposition (dargestellt in der Figur) um einen Abstand bewegt, welcher ausreicht, um das obere Ende des Durchgangs 100 unter das obere Ende der Buchse 18 zu bringen.
Im Fall der Lösung der 4 ist der Durchgang 100 in der Buchse 103 gemacht, und der Stößel 16 weist ein Ende von reduziertem Durchmesser 16a auf, welches eine ringförmige Kammer 104 definiert, in welcher der Durchgang 100 herauskommt. Wenn sich der Stößel 16 weg aus seiner Ruheposition (dargestellt in der Figur) bewegt, wird der Auslass des Durchgangs 100 durch den Hauptabschnitt, d. h. denjenigen, welcher einen größeren Durchmesser aufweist, des Stößels 16 abgedeckt.

Claims

Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: – zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil (8) für jeden Zylinder, wobei jedes Ventil mit einem jeweiligen elastischen Mittel (9) versehen ist, welches das Ventil in die geschlossene Position zurückbringt, um eine Verbindung zwischen den jeweiligen Einlass- und Auslasskanälen (4, 6) und der Verbrennungskammer zu steuern; – eine Nockenwelle (11) zum Betreiben der Einlass- und Auslassventile der Zylinder der Maschine mittels eines jeweiligen Nockenmitnehmer-Stößelelementes (16), wobei jedes Einlassventil und jedes Auslassventil durch einen Nocken (14) der Nockenwelle angetrieben wird; wobei zumindest einer der Stößel (16) das jeweilige Einlass- oder Auslassventil gegen die Wirkung des elastischen Rückholmittels über die Zwischenanordnung von Hydraulikmitteln steuert, welche eine Hydraulikkammer (C) einschließen, die ein Fluid unter Druck enthält; wobei die Hydraulikkammer, welche ein Fluid unter Druck enthält, über ein Magnetventil (24) mit einem Auslasskanal (26) verbindbar ist, zum Abkoppeln des Ventils von dem jeweiligen Stößel (16), und wobei ein rasches Schließen des Ventils unter der Wirkung des jeweiligen elastischen Rückholmittels (9) bewirkt wird; wobei die Hydraulikmittel weiter aufweisen einen Kolben (21), einem Schaft (8) des Ventils zugeordnet und gleitbar in einer Führungsbuchse (22) montiert, wobei der Kolben gesetzt ist, damit er in Richtung einer Kammer mit variablem Volumen (34) zeigt, definiert durch den Kolben im Inneren der Führungsbuchse (22), wobei die Kammer variablen Volumens in Verbindung mit der Hydraulikkammer (C) steht, welche Fluid unter Druck enthält, mittels einer Endöffnung der Führungsbuchse, wobei der Kolben einen Endansatz aufweist, gestaltet, um in die Endöffnung eingefügt zu sein während der Endausdehnung des Schließhubs des Ventils, um den Verbindungsanschluss zwischen der Kammer variablen Volumens und der Hydraulikkammer, welche Fluid unter Druck enthält, zu begrenzen, um so den Hub des Ventils in der Nähe seines Schließens abzubremsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine zumindest einen Durchgang (100) aufweist zum Ablassen des Hydraulikkreises, welcher die Druckkammer (C), jedem Nockenmitnehmer-Stößelelement (16) zugeordnet, angetrieben durch die Nockenwelle, direkt in Verbindung mit der äußeren Umgebung setzt, wobei der Durchgang (100) unterbrochen und geschlossen wird in Folge auf eine Verschiebung des Nockenmitnehmer-Stößelelements (16) aus seiner Ruheposition.
Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablassdurchgang (100) zwischen einem abgeflachten Abschnitt (101) der zylindrischen Oberfläche des Nockenmitnehmer-Stößelelements (16) und der zylindrischen Wand (102) einer Buchse (103) definiert ist, innerhalb welcher das Nockenmitnehmer-Stößelelement (16) gleitbar montiert ist.
Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablassdurchgang (100) in dem Körper der Buchse (103) gemacht ist, innerhalb welcher das Nockenmitnehmer-Stößelelement (16) gleitbar montiert ist, und dass das letztere einen Endabschnitt (16a) von reduziertem Durchmesser aufweist, der eine ringförmige Kammer (104) definiert, in welcher der vorgenannte Durchgang (100) herauskommt, wenn sich das Nockenmitnehmer-Stößelelement (16) in seiner Ruheposition befindet, wohingegen der Durchgang durch den Hauptabschnitt des Nockenmitnehmer-Stößelelements (16) unterbrochen ist, wenn sich das letztere weg aus seiner Ruheposition bewegt.