CH666723A5

CH666723A5 - Einrichtung zur steuerung der einlassventile einer aufgeladenen viertakt-brennkraftmaschine.

Info

Publication number: CH666723A5
Application number: CH989/85A
Authority: CH
Inventors: Rolf Baring; Wolfgang Rudert; Gerd-Michael Wolters
Original assignee: Mtu Friedrichshafen Gmbh
Priority date: 1984-10-20
Filing date: 1985-03-05
Publication date: 1988-08-15
Also published as: US4593662A; FR2572129A1; DE3438556C2; DE3438556A1; GB8518617D0; GB2165887A; FR2572129B1; GB2165887B

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung der Einlassventile einer aufgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum. Durch die vom Einlasskanalsystem erzeugte Drehbewegung der Luft wird eine rauchfreie Verbrennung und ein wirtschaftlicher Betrieb mit aufgeladenen Viertakt-

Brennkraftmaschinen erreicht. Mit einer vorgegebenen Anordnung eines Einlasskanalsystems wird eine Drehbewegung der Luft im Verbrennungsraum erzielt, die für einen bestimmten Betriebsbereich optimiert ist. Es ist jedoch wün-5 sehenswert, die in den Verbrennungsraum einströmende Luft so zu beeinflussen, dass sich noch für einen anderen Betriebsbereich, z.B. für Teillast, eine optimierte Drehbewegung der Luft einstellt.

Eine gattungsgemässe Einrichtung zur Steuerung der Ein-io lassventile einer aufgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE-PS 12 32 393 bekannt geworden, die jedoch keine Einrichtung zur Veränderung der Luftströmung im Einlasskanalsystem enthält.

Aus der DE-PS 11 71 202 ist eine Viertakt-Brennkraftma-15 schine bekannt, bei der zwei Einlassventile ein zur Erzeugung einer Drehbewegung der Luft um die Zylinderachse ausgebildetes Einlasskanalsystem beherrschen. Diese Anordnung enthält im Einlasskanalsystem eine schwenkbare Klappe, die in ihrer Endstellung einen Einlasskanalzweig verschliesst. 20 Damit ist die Luftströmung im Einlasskanalsystem zwar veränderbar, aber die Bewegung des dem abgesperrten Einlasskanalzweig zugeordneten Ventiles bleibt unbeeinflusst. Die mit der Klappenendstellung erreichte Halbierung des Einlasskanalquerschnittes ergäbe bei kleinem Luftmassendurchsatz 25 der Viertakt-Brennkraftmaschine an sich eine verbesserte, drehende Luftbewegung im Verbrennungsraum. Diese Verbesserung wird aber nicht erreicht, weil das dem abgesperrten Einlasskanalzweig zugeordnete Einlassventil weiterhin betätigt wird und sein beim Ansaugtalct in den Zylinder hineinra-3o gender Ventilteller die erzeugte Drehbewegung der Luft stört.

Ausserdem bewirkt die Überschneidung der Steuerzeiten von Ein- und Auslassventilen, dass der zwischen geschlossener Klappe und Einlassventil befindliche Einlasskanalzweig nach jedem Arbeitszyklus zusammen mit dem Zylinderinhalt 35 bis auf Auslassgegendruck entlastet wird. Bei jedem Ansaugtakt füllt sich der Einlasskanalzweig zusätzlich zum Verbrennungsraum vom Zylinder her über das geöffnete Einlassventil wieder mit vorverdichteter Ladeluft. Der durch die Klappe vom übrigen Einlasskanalsystem abgesperrte Einlasskanal-40 zweig ergibt damit eine unerwünschte Vergrösserung des Totraumvolumens.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Ventilsteuerung mit einem für zwei Einlassventile gemeinsamen Ventiltrieb zu schaffen, mit der die aufgezeigten Nach-45 teile der bekannten Anordnung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Kolben-Zylinder-Einheit, die im inneren Aufbau der aus der DE-PS 949 852 bekannten Vorrichtung entspricht, wirkt so bei offener Druckölspeiseleitung als Ventilspielausgleichsele-ment für das zugeordnete Einlassventil. Bei gesperrter Druckölspeiseleitung ist der Zylinderraum der Kolben-Zylinder-Einheit nach wenigen Ventilbetätigungen drucklos. Die Verstellvorrichtung wird dadurch über einen grossen Hubbereich 55 nachgiebig, so dass sie ihre abstützende Wirkung verliert. Das zugeordnete Einlassventil bleibt in diesem Fall geschlossen.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe-60 sondere darin, dass die Drehbewegung der Luft im Verbrennungsraum für zwei Betriebspunkte bei voller und verringerter Öffnung des Einlassquerschnittes optimiert ist, dass durch Stillsetzen des einen der beiden gemeinsam betätigten Einlassventile dessen Ventilteller bei verkleinertem Einlassquer-65 schnitt nicht mehr bei jedem Ansaugtakt störend in den Zylinder ragt, dass eine Vergrösserung des Totraumes um das Volumen des abgesperrten Einlasskanalzweiges vermieden ist, dass sich die Verstellvorrichtung auf einfache Weise in

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einen für zwei Einlassventile gemeinsamen Ventiltrieb integrieren lässt und dass auch bei mehreren an eine Druckölspeiseleitung angeschlossenen Versteilvorrichtungen, unabhängig von der Leitungslänge, ein rasches und synchrones Ansprechen der Kolben-Zylinder-Einheiten erreicht ist.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 Querschnitt eines Zylinderkopfes mit längenveränderbarem Lenker im Ventiltrieb ;

Figur 2 Längsschnitt in grösserem Massstab durch die Verstellvorrichtung nach Linie II-II in Figur 1 ;

Figur 3 Querschnitt eines Zylinderkopfes mit veränderbarem Lenkergelenk;

Figur 4 Längsschnitt in grösserem Massstab durch die Verstellvorrichtung nach Linie IV-IV in Figur 3.

Der Zylinderkopf 11 einer aufgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine enthält neben nicht dargestellten Auslassventilen zwei Einlassventile 12,13, die ein aus Abschnitten 14,15 bestehendes Einlasskanalsystem beherrschen. Das Einlasskanalsystem ist derart ausgebildet, dass bei geöffneten Einlassventilen 12, 13 der in den Verbrennungsraum 16 einströmenden Luft eine intensive Drehbewegung um die Zylinderlängsachse erteilt wird. Von einer nicht dargestellten Einspritzdüse wird Kraftstoff direkt in die kreisend im Verbrennungsraum strömende Luft eingespritzt und dadurch fein verteilt.

Die Betätigung der Einlassventile 12, 13 erfolgt ausgehend vom Nocken 17 einer Nockenwelle 18 über eine Stoss-stange 19 auf den an Zylinderkopf 11 gelagerten Kipphebel 20. Der den Einlassventilen 12,13 zugewandte Arm des Kipphebels 20 steht mit demVentilschaft 21 des Einlassventi-les 13 in Wirkverbindung. Durch ein Gelenk 23 ist am Kipphebelarm 25 ein zweiarmiger Hebel 24 angelenkt, dessen einer Arm mit dem Ventilschaft 22 des Einlassventiles 12 in Wirkverbindung steht. Der andere Arm des zweiarmigen Hebels 24 ist durch ein Gelenk 26 mit einem Ende eines parallel zum Kipphebelarm 25 angeordneten Lenkers 27 verbunden. Das andere Ende des Lenkers 27 ist durch ein Gelenk 28 am Lagerbock 29 festgelegt. Kipphebelarm 25 und Lenker 27 bilden ein Parallelogramm zur Geradführung des zweiarmigen Hebels 24, so dass bei einer Ventilbetätigung beide Einlass ventile 12, 13 auf gleichen Hub geöffnet werden.

In Figur 1 und 2 ist eine Ventilsteuerung dargestellt, bei der eine aus einer Kolben-Zylinder-Einheit bestehende Verstellvorrichtung den Schaft des Lenkers 27 bildet. Dabei ist das mit Gelenk 26 am zweiarmigen Hebel 24 angelenkte Schaftteil des Lenkers 27 als Kolben 30 und das über Gelenk 28 mit Lagerbock 29 verbundene Schaftteil des Lenkers 27 als Zylinder 31 ausgebildet.

Die in Figuren 3 und 4 dargestellte Ventilsteuerung ist mit der Anordnung nach Figur 1 und 2 fast identisch. Deshalb wurden weitgehend die gleichen Bezugsziffern verwendet und bei abweichenden Teilen in Figuren 3 und 4 die Bezugsziffern mit Strichindex kenntlich gemacht. Der einzige Unterschied besteht in der Plazierung der Verstellvorrichtung, die beim zweiten Beispiel nicht als Bestandteil des Lenkers 27 zwischen Gelenk 26 und 28 angeordnet ist, sondern sich zwischen Gelenk 28' und Lagerbock 29' befindet. Der Zylinder 31' der Verstellvorrichtung nach Figuren 3 und 4 ist feststehend und Bestandteil des Lagerbockes 29'. Der im Zylinder 31' gleitend geführte Kolben 30' sitzt am freien Ende des Gelenkes 28' für den mit fixer Länge ausgebildeten Lenker 27'. Die innere Ausbildung der Verstellvorrichtung ist bei beiden Ausführungsbeispielen gleich.

Ein zwischen Kolben 30, 30' und Zylinder 31,31' vorhandener Zylinderraum 34 ist über ein Kugelrückschlagventil 32 und Bohrungen mit der Druckölspeiseleitung 33, 33' verbunden, die von einer steuerbaren Absperrvorrichtung 36

beherrscht wird. Im Kolben 30,30' ist ein Entlastungskanal 37 angeordnet, der mit Abstand von der Zylinderöffnung in dem zwischen Kolben 30,30' und Zylinder-31, 31' gebildeten Spalt mündet. Im Zylinderraum 34 ist eine schwache Druckfeder 35 angeordnet, die bei drucklosem Zylinderraum 34 für bleibenden Kontakt zwischen zweiarmigem Hebel 24 und Ventilschaft 22 sorgt.

Die Funktion der beiden Ausführungsbeispiele ist gleich. Bei geöffneter Absperrvorrichtung 36 füllt sich der Zylinderraum 34 mit Drucköl, z.B. aus der Schmierölversorgung der Viertakt-Brennkraftmaschine. Dadurch wird ein spielfreier Kontakt zwischen zweiarmigem Hebel 24 und Ventilschaft 22 erreicht. Wird nun der Ventiltrieb ausgehend von Nocken 17 zur Ausführung eines Ventilhubes in Bewegung versetzt, schliesst sich das Kugelrückschlagventil 32 aufgrund des ansteigenden Druckes im Zylinderraum 34. Dieser Druckanstieg ergibt sich dadurch, dass die Ventilschliessfeder 38 des Einlassventils 12 bestrebt ist, über den zweiarmigen Hebel 24 den Kolben 30,30' in den Zylinder 31,31' hineinzuschieben, was durch die Ölfüllung im Zylinderraum 34 jedoch verhindert wird. Das über den Entlastungskanal 37 und den Spalt zwischen Kolben 30, 30' und Zylinder 31, 31' in den Ventilsteuerungsraum austretende Drucköl wird in den Ruhephasen des Ventiltriebes aus der Druckölspeiseleitung 33,33' immer wieder nachgespeist.

Wird nun die Absperrvorrichtung 36 in Sperrstellung gebracht, ist die Nachspeisung von Drucköl unterbunden. Die Druckölspeiseleitung 33,33' wird über die geöffnete Entlastungsöffnung 40 drucklos, wodurch die Kugelrückschlagventile 32 aller an die Druckölspeiseleitung 33, 33' angeschlossenen Versteilvorrichtungen augenblicklich aufgrund des nun in den Zylinderräumen 34 überwiegenden Druckes schliessen. Von diesem Moment an wird bei der folgenden Ventilbetätigung der Kolben 30, 30' durch die oben beschriebene Rückwirkung der Ventilschliessfeder 38 in den Zylinder 31,31' gedrückt und dadurch Drucköl über die Entlastungsbohrung 37 und den Spalt zwischen Kolben 30, 30' und Zylinder 31, 31' in den Ventilsteuerungsraum verdrängt. Sobald der Kolben 30,30'ein kleines Stück in den Zylinder 31,31' eingedrungen ist, kommt der Entlastungskanal 37 mit der Entlastungsöffnung 39 in der Wand des Zylinders 31,31' zur Dek-kung, so dass das im Zylinderraum 34 noch unter Restdruck stehende Öl schlagartig entlastet wird. Da aus der Druckölspeiseleitung 33,33' kein Drucköl nachgespeist wird, ist der Zylinderraum 34 nach der zweiten Ventilbetätigung drucklos. Die Abstützung des zweiarmigen Hebels 24 an Gelenk 26 über den Lenker 27,27' durch das Ölpolster im Zylinderraum 34 ist dadurch nicht mehr vorhanden. Erfolgt bei nun drucklosem Zylinderraum 34 eine Ventilbetätigung, so wird Einlassventil 13 vom niedergehenden Kipphebelarm 25 geöffnet. Einlassventil 12 bleibt aber unter der Wirkung der Ventilschliessfeder 38 geschlossen, weil das abstützende Ölpolster im Zylinderraum 34 fehlt. Durch Ineinanderschieben von Kolben 30,30' und Zylinder 31,31' ist die Geradführung für den zweiarmigen Hebel 24 gestört. Der zweiarmige Hebel 24 führt dadurch eine Drehung um Gelenk 23 aus, wobei sich das Gelenk 26 in Richtung Lenker 27, 27' verlagert.

Die Betätigung der Absperrvorrichtung 36 erfolgt in Abhängigkeit der Belastung der Viertakt-Brennkraftmaschine. Bei grosser Belastung, wenn der Massendurchsatz an Luft gross ist, wird die Druckölspeiseleitung 33, 33' offen gehalten, so dass sich bei jeder Ventilbetätigung beide Einlassventile 12,13 öffnen. Bei Belastungszuständen mit geringem Luftmassendurchsatz wird die Zufuhr von Drucköl durch die Absperrvorrichtung unterbunden und die Druckölspeiseleitung 33,33' entlastet, so dass Einlassventil 12 geschlossen bleibt. Die durch das Einlassventil 13 und den Abschnitt 15 des Einlasskanals im Verbrennungsraum 16 erzeugte Drehbe5

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wegung der Luft um die Zylinderlängsachse, die wegen der kleinen beteiligten Luftmasse sehr störanfällig ist, wird nun nicht mehr durch den Ventilteller des Einlassventils 12 gestört. Damit ist die Kraftstoffaufbereitung im Verbrennungsraum 16 bei diesem Betriebszustand erheblich verbessert.

Zum Rückschalten auf Zwei-Ventil-Betrieb wird an der Absperrvorrichtung 36 die Druckölspeiseleitung 33,33' wieder geöffnet. Der Zylinderraum 34 ist dann nach wenigen Ventilbetätigungen mit Drucköl gefüllt, so dass die Abstützwirkung des Ölpolsters auf den Lenker 27, 27' wieder voll wirksam ist.

Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen nicht die einzige Anwendbarkeit der Erfindung dar. Durch entsprechende Einbindung der Verstellvorrichtung ist jeder für zwei 5 Einlassventile gemeinsame Ventiltrieb mit der vorgeschlagenen Anordnung ausrüstbar.

Das Ausführungsbeispiel nach Figuren 3 und 4 weist noch den besonderen Vorzug auf, dass die Verstellvorrichtung nicht Bestandteil der bei der Ventilbetätigung bewegten oszi-lo lierenden Massen ist.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Einrichtung zur Steuerung der Einlassventile einer aufgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinderkopf zwei Einlassventile aufweist, die ein Einlasskanalsystem beherrschen, welches der beim Ansaugtakt in den Verbrennungsraum einströmenden Luft eine Drehbewegung um die Zylinderlängsachse erteilt, und ein für beide Einlassventile gemeinsamer Ventiltrieb von einem Nocken einer Nokkenwelle aus betätigt wird, wobei der Ventiltrieb eine Ver-stellvorrichtung zum Ventilspielausgleich für eines der Einlassventile besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteilvorrichtung aus einer druckölgespeisten- Kolben-Zylinder-Einheit besteht, dass in der Druckölspeiseleitung (33,33') dieser Verstellvorrichtung eine steuerbare Absperrvorrichtung (36) angeordnet ist und dass Kolben (30, 30') und Zylinder (31,31') die Verstellvorrichtung bei drucklosem Zylinderraum (34) eine relative Verschiebbarkeit aufweisen, die das Öffnen des der Verstellvorrichtung zugeordneten Einlassventils (12) unterbindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, deren Ventiltrieb einen mit einem Kipphebel (20) und dem Ende des Ventilschaftes (22) des der Verstellvorrichtung zugeordneten Einlassventils (12) in Verbindung stehenden zweiarmigen Hebel (24) aufweist, der mit einer aus Kipphebelarm (25) und Lenker (27, 27') gebildeten Geradführung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (30) und Zylinder (31) der Verstellvorrichtung den Schaft des Lenkers (27) bilden.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 1, deren Ventiltrieb einen mit einem Kipphebel (20) und dem Ende des Ventilschaftes (22) des der Verstellvorrichtung zugeordneten Einlassventils (12) in Verbindung stehenden zweiarmigen Hebel (24) aufweist, der mit einer aus Kipphebelarm (25) und Lenker (27, 27') gebildeten Geradführung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (31') der Verstellvorrichtung mit dem Zylinderkopf (11) feststehend verbunden ist und der Kolben (30') der Verstellvorrichtung ein Gelenk (28') des Lenkers (27') aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der für mehrere Ventiltriebe gemeinsamen Druckölspeiseleitung (33, 33') eine steuerbare Absperrvorrichtung (36) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (36) in ihrer Stellung bei Sperrung der Druckölspeiseleitung (33, 33') eine Entlastungsöffnung (40) für den Abschnitt der Druckölspeiseleitung (33, 33') zwischen steuerbarer Absperrvorrichtung (36) und Kugelrückschlagventil (32) freigibt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des Zylinders (31,31') der Verstellvorrichtung eine Entlastungsöffnung (39) angeordnet ist, die vom Kolben (30, 30') gesteuert wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (30,30') ein Entlastungskanal (37) angeordnet ist, der bei bestimmter Hublage des Kolbens (30, 30') mit der Entlastungsöffnung (39) in der Wand des Zylinders (31,31') der Verstellvorrichtung zusammenwirkt.