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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm, insbesondere von mehr als 175 mm, aufweisen. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsdieselbrennkraftmaschinen.
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Bei derartigen Großbrennkraftmaschinen sind die Gaswechselventile von Zylindern der Brennkraftmaschine, nämlich die Einlassventile für Ladeluft und die Auslassventile für Abgas, von einem Ventiltrieb aus ansteuerbar, der mit mindestens einer untenliegenden Nockenwelle zusammenwirkt. Dabei trägt die oder die jeweilige unten liegende Nockenwelle für jeden Zylinder Einlassnocken zur Betätigung der Einlassventile des jeweiligen Zylinders und/oder Auslassnocken zur Betätigung der Auslassventile des jeweiligen Zylinders, wobei der Ventiltrieb für jeweils mindestens ein Einlassventil des jeweiligen Zylinders und für jeweils mindestens ein Auslassventil des jeweiligen Zylinders jeweils einen sogenannten Kipphebel, eine mit dem Kipphebel zusammenwirkende Stoßstange und einen mit der Stoßstange zusammenwirkenden Schwinghebel aufweist. Über den jeweiligen Kipphebel, die jeweilige Stoßstange und den jeweiligen Schwinghebel des Ventiltriebs ist die durch die Einlassnocken und die Auslassnocken vorgegebene Ansteuerung für die Gaswechselventile auf dieselben übertragbar.
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Aus der
DE 10 2004 057 438 A1 ist eine Brennkraftmaschine bzw. ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle bekannt. So offenbart dieser Stand der Technik, dass das oder jedes Einlassventil eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine ausgehend von einem Einlassnocken der Nockenwelle betätigbar ist, wobei das oder jedes Einlassventil des jeweiligen Zylinders mit dem jeweiligen Einlassnocken der Nockenwelle über einen Kipphebel, eine Stoßstange und einen Schwinghebel gekoppelt ist. Ebenso ist das oder jedes Auslassventil eines jeden Zylinders ausgehend von einem Auslassnocken der untenliegenden Nockenwelle ansteuerbar, wobei das oder jedes Auslassventil des jeweiligen Zylinders mit dem jeweiligen Auslassnocken ebenfalls über einen Kipphebel, eine Stoßstange und einen Schwinghebel gekoppelt ist.
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Der Ventiltrieb gemäß
DE 10 2004 057 438 A1 kann ein stufenloses, drehzahlunabhängiges sowie lastunabhängiges Verstellen von Ventilsteuerzeiten ermöglichen, wozu der jeweilige Schwinghebel an einem Exzenter angelenkt ist. Durch Verlagern des Exzenters um einen Exzenterwinkel kann eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten realisiert werden.
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Nach der
DE 10 2004 057 438 A1 wirkt der jeweilige Exzenter, welcher der Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils dient, demnach mit dem jeweiligen Schwinghebel zusammen.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Ventiltrieb und eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei einfachem konstruktivem Aufbau das Einstellen variabler Steuerzeiten an den Gaswechselwechselventilen der Zylinder der Brennkraftmaschine ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wirkt die jeweilige Stoßstange kipphebellos über ein jeweiliges Hydrauliksystem unter Bereitstellung variabel einstellbarer Steuerzeiten auf die jeweiligen Gaswechselventile ein.
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Der erfindungsgemäße Ventiltrieb benötigt keine Kipphebel. Anstelle der Kipphebel ist in die Kraftübertragungskette ausgehend vom jeweiligen Nocken in Richtung auf die jeweiligen zu betätigenden Gaswechselventile ein Hydrauliksystem integriert, welches der Einstellung variabler Steuerzeiten für die jeweiligen Gaswechselventile dient. Das jeweilige Hydrauliksystem ist dabei zwischen die jeweilige Stoßstange und die jeweiligen anzusteuernden Gaswechselventile geschaltet. Durch den Wegfall der Kipphebel kann die Masse innerhalb der Kraftübertragungskette zwischen Nocken und Gaswechselventilen verringert werden. Die Betätigung der Gaswechselventile, nämlich die Einstellung variabler Steuerzeiten, kann daher dynamischer erfolgen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht die jeweilige Stoßstange an einem ersten Ende mit dem jeweiligen Schwinghebel in Wirkverbindung und wirkt an einem gegenüberliegenden zweiten Ende mit einem Hydraulikkolben zusammen, der für jedes der jeweiligen Gaswechselventile einen Hydraulikkolbenabschnitt aufweist, der in einer Hydraulikkammer des jeweiligen Hydrauliksystems geführt ist, wobei das jeweilige Hydrauliksystem einen Hydraulikspeicher und für jedes der jeweiligen Gaswechselventile ein Schaltventil mit parallel geschaltetem Rückschlagventil aufweist. Dies ermöglicht bei einfachem konstruktivem Aufbau unter Bereitstellung eines kipphebellosen Ventiltriebs die Einstellung variabler Steuerzeiten an den Gaswechselventilen.
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Vorzugsweise weist das jeweilige Hydrauliksystem einen Hydraulikzuleitungsanschluss und ein zwischen den Hydraulikzuleitungsanschluss und den Hydraulikspeicher geschaltetes, weiteres Rückschlagventil auf, wobei zwischen den Hydraulikspeicher und die Hydraulikkammern für jedes der jeweiligen Gaswechselventile jeweils das jeweilige Schaltventil mit parallel geschaltetem Rückschlagventil geschaltet ist.
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Der jeweilige Hydraulikkolben weist zwei abgestufte Hydraulikkolbenabschnitte auf, die in entsprechend abgestuften Hydraulikkammerabschnitten der jeweiligen Hydraulikkammer geführt sind, wobei ausgehend von einem ersten Hydraulikkammerabschnitt eine erste Hydraulikleitung zu einem ersten der jeweiligen Gaswechselventile über eine erste mit diesem Gaswechselventil zusammenwirkende Parallelschaltung aus Schaltventil und Rückschlagventil führt, und wobei ausgehend von einem zweiten Hydraulikkammerabschnitt eine zweite Hydraulikleitung zu einem zweiten der jeweiligen Gaswechselventile über eine zweite mit diesem Gaswechselventil zusammenwirkende Parallelschaltung aus Schaltventil und Rückschlagventil führt. Auch diese Merkmale erlauben auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Bereitstellung eines konstruktiv einfachen, kipphebellosen Ventiltriebs unter Gewährleistung variabel einstellbarer Steuerzeiten der Gaswechselventile.
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Die Baugruppen des jeweiligen Hydrauliksystems sind vorzugsweise von einem Zylinderkopf des jeweiligen Zylinders aufgenommen und/oder bereitgestellt. Pro Zylinder ist dabei typischerweise ein separater Zylinderkopf verbaut. Dies ist zur Gewährleistung einer einfachen Bauform besonders bevorzugt.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 7 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: eine prinzipielle Darstellung eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine;
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2: ein alternatives Detail für 1; und
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3: eine bevorzugte konstruktive Ausführung des Ventiltriebs der 1.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb.
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Die Erfindung betrifft dabei den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm, insbesondere von mehr als 175 mm, aufweisen, und die mindestens eine sogenannte unten liegende Nockenwelle aufweisen, also eine Nockenwelle, die nicht im Bereich von Zylinderköpfen sondern vielmehr im Bereich eines Zylinderkurbelgehäuses verläuft. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsdieselbrennkraftmaschinen.
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1 und 3 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb, wobei 1 eine schematische Darstellung und 3 eine konstruktive Ausführung des Ventiltriebs zeigen.
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Der Ventiltrieb 10 verfügt über eine sogenannte untenliegende Nockenwelle 11, von der in 1 und 3 eine Nocke 12 gezeigt ist. Die Nocke 12 stellt eine Steuerkontur zur Ansteuerung von Gaswechselventilen bereit, nämlich in 3 zum Ansteuern von zwei einem Zylinder zugeordneten Gaswechselventilen, wobei von diesen Gaswechselventilen in 1 und 3 Ventilkegel 13a, 13b gezeigt sind. Dann, wenn es sich bei der Nocke 12 um eine Einlassnocke handelt, handelt es sich bei den Ventilskegeln 13a, 13b um die Ventilkegel von Einlassventilen für Ladeluft. Dann hingegen, wenn es sich bei der Nocke 12 um eine Auslassnocke handelt, handelt es sich bei den Ventilkegeln 13a, 13b um Ventilkegel eines als Auslassventil für Abgas ausgebildeten Gaswechselventils. Dann, wenn ein Zylinder einer Brennkraftmaschine zwei Einlassventile für Ladeluft und zwei Auslassventile für Abgas umfasst, wirken mit diesem Zylinder zwei Anordnungen gemäß 1 und 3 zusammen, nämlich eine Anordnung, die mit den Einlassventilen und eine andere Anordnung, die mit den Auslassventilen des jeweiligen Zylinders zusammenwirkt.
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In 1, 3 sind die Ventilkegel 13a, 13b ausgehend vom Nocken 12 über einen Schwinghebel 14, eine Stoßstange 23 sowie erfindungsgemäß über ein Hydrauliksystem 16 kipphebellos betätigbar.
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Der Schwinghebel 14 ist an einem ersten Ende 15 um eine Schwinghebeldrehachse 16 schwenkbar gelagert. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende 17 nimmt der Schwinghebel 14 eine Rolle 18 auf, die am Schwinghebel 14 über eine Rollendrehachse 19 drehbar gelagert ist und die auf dem Nocken 12 der Nockenwelle 11 abrollt.
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Die Stoßstange 23 wirkt mit einem ersten Ende 20 mit dem Schwinghebel 14 zusammen, wobei dieses erste Ende 20 der Stoßstange 23 am zweiten Ende 17 des Schwinghebels 14 gegenüberliegend zur Rolle 18 am Schwinghebel 14 anliegt. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende 21 trägt die Stoßstange 23 einen Hydraulikkolben 22 des Hydrauliksystems 16, welches der Bereitstellung variabel einstellbarer Steuerzeiten für die Gaswechselventile, nämlich für die Ventilkegel 13a, 13b der jeweiligen Gaswechselventile, dient.
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Der Hydraulikkolben 22, der mit dem Ende 21 der Stoßstange 23 zusammenwirkt, weist für jedes der jeweiligen anzusteuernden Gaswechselventile einen Hydraulikkolbenabschnitt 22a, 22b auf, der in einer Hydraulikkammer 24 des Hydrauliksystems 16 geführt ist. Gemäß 1, 3 weist der Hydraulikkolben 22 zwei abgestufte Hydraulikkolbenabschnitte 22a, 22b auf, die in der entsprechend abgestuften Hydraulikkammer 24 mit entsprechend abgestuften Hydraulikkammerabschnitten 24a, 24b geführt sind. Ausgehend von dem ersten Hydraulikkammerabschnitt 24a ist über eine erste Hydraulikleitung 25a der Ventilkegel 13a eines ersten Gaswechselventils mit Hydrauliköl beaufschlagbar, wobei ausgehend vom zweiten Hydraulikkammerabschnitt 24b über eine zweite Hydraulikleitung 25b der Ventilkegel 13b des zweiten Gaswechselventils mit Hydrauliköl beaufschlagt werden kann.
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Das jeweilige Hydrauliköl bzw. der jeweilige Hydraulikdruck wirkt auf den Gaswechselventilen bzw. den Ventilkegeln 13a, 13b der Gaswechselventile zugeordnete Kolben 26a, 26b ein, um abhängig vom auf diese Kolben 26a, 26b wirkenden Hydraulikdruck sowie abhängig von Federkräften von Federelementen 27a, 27b, die mit den Ventilkegeln 13a, 13b zusammenwirken, die Ventilkegel 13a, 13b zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Gaswechselventils zu verlagern.
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Das mit den Gaswechselventilen bzw. den Ventilkegeln 13a, 13b dieser Gaswechselventile zusammenwirkende Hydrauliksystem 16, welches zwischen die Ventilkegel 13a, 13b und die Stoßstange 23 geschaltet ist, verfügt weiterhin über einen Hydraulikspeicher 28, und einen Hydraulikzuleitungsanschluss 29, ein zwischen den Hydraulikzuleitungsanschluss 29 und den Hydraulikspeicher 28 geschaltetes Rückschlagventil 30 sowie für jedes der jeweils zu betätigenden Gaswechselventile und damit für jeden der zu betätigenden Ventilkegel 13a, 13b eine Parallelschaltung aus einem elektrisch ansteuerbaren Schaltventil 31a, 31b und einem Rückschlagventil 32a, 32b, wobei die jeweilige Parallelschaltung aus dem Schaltventil 31a, 31b sowie Rückschlagventil 32a, 32b zwischen den Hydraulikspeicher 28 und die jeweilige Hydraulikkammer 24a, 24b geschaltet ist.
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Die Rückschlagventile 32a, 32b sind derart zu den Schaltventilen 31a, 31b parallel geschaltet, dass über dieselben zwar ausgehend vom Hydraulikspeicher 28 Hydrauliköl in Richtung auf die Hydraulikkammerabschnitte 24a, 24b strömen kann, in umgekehrter Richtung dieselben jedoch schließen, sodass in umgekehrter Richtung über die Rückschlagventile 32a, 32b kein Hydrauliköl ausgehend von den Hydraulikkammerabschnitten 24a, 24b in Richtung auf den Hydraulikspeicher 28 strömen kann.
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Auf den Hydraulikkolben 22, der an dem Ende 21 der Stoßstange 23 an der Stoßstange 23 angreift, wirkt gegenüberliegend zur Stoßstange 23 ein Federelement 33 ein. Dieses Federelement 33 drückt über den Hydraulikkolben 22 die Stoßstange 23 mit ihrem Ende 20 gegen den Schwinghebel 14.
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Um über den Nocken 12 und den Schwinghebel 14 die Stoßstange 23 mit ihrem Ende 21 weiter in die Hydraulikkammer 24 hinein zu bewegen, müssen die Stoßstange 23 und der Hydraulikkolben 22 bedingt durch die Kontur des Nockens 12 entgegen der Federkraft des Federelements 33 verlagert werden.
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Ein weiteres Federelement 34 wirkt mit dem Hydraulikspeicher 28 zusammen, welches gegen ein den Hydraulikspeicher 28 zumindest abschnittsweise begrenzendes Element 35 drückt und dessen Federkraft das im Hydraulikspeicher 28 befindliche Hydrauliköl aus demselben drückt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind die beiden elektrisch ansteuerbaren Schaltventile 31a, 31b von zwei 2/2-Wegeventilen bereitgestellt, also von zwei hardwareseitig getrennten Ventilen. Im Unterschied hierzu ist es, wie 2 zeigt auch möglich, dass diese beiden Schaltventile 31a, 31b hardwareseitig von einem gemeinsamen Ventil bereitgestellt sind, nämlich von einem 4/2-Wegeventil.
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Mit dem obigen Ventiltrieb 10 können auf konstruktiv einfache Art und Weise kipphebellos Ventilstößel von Gaswechselventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine angesteuert werden, und zwar unter Bereitstellung variabel einstellbarer Steuerzeiten für die jeweiligen anzusteuernden Gaswechselventile. Hierzu ist in der Kraftübertragungskette zwischen Nocken 12 und den Gaswechselventilen, und zwar zwischen die Stoßstange 23 und die Ventilkegel 13a, 13b der jeweiligen Gaswechselventile, das Hydrauliksystem 16 geschaltet, welches kipphebellos variabel einstellbare Steuerzeiten für die Gaswechselventile ermöglicht. Durch die gewählte konstruktive Ausführung des Hydrauliksystems 16 können die vom jeweiligen Hydrauliksystem 16 anzusteuernden Ventile synchron betätigt werden. Die Schaltventile 31a, 31b können stromlos offen oder auch stromlos geschlossen sein. Dieselben können elektrisch oder auch hydraulisch vorgesteuert betätigt sein.
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Das Hydrauliksystem 16 ist vorzugsweise in einen Zylinderkopf 36 der Zylinder der Brennkraftmaschine integriert bzw. der Zylinderkopf 36 des jeweiligen Zylinders nimmt die Baugruppen des Hydrauliksystems auf. So ist in 3 die Hydraulikkammer 24, die mit dem Hydraulikkolben 22 zusammenwirkt, vom Zylinderkopf 36 bereitgestellt. Auch die Hydraulikleitungen 25a und 25b sind in den Zylinderkopf 36 integriert. Die Rückschlagventile 30, 32a, 32b sind ebenfalls in den Zylinderkopf 36 integriert. Ferner nimmt der Zylinderkopf 36 die Schaltventile 31a, 31b und den Hydraulikspeicher 28 auf. Ferner sind die Kolben 26a, 26b, die mit den Ventilkegeln 13a, 13b zusammenwirken, in entsprechenden Ausnehmungen geführt, die in den Zylinderkopf 36 integriert.
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Durch eine entsprechende Ansteuerung der Schaltventile 31a, 31b kann der in den Hydraulikkammerabschnitten 24a, 24b und damit letztendlich der auf die Hydraulikkolben 26a, 26b und damit der auf die Ventilkegel 13a, 13b wirkende Hydraulikdruck definiert eingestellt werden, um abweichend von der durch die Kontur des Nockens 12 vorgegebenen Ansteuerung der Gaswechselventile, nämlich der Ventilkegel 13a, 13b der Gaswechselventile, variable Steuerzeiten für dieselben zu gewährleisten, und zwar im Hinblick auf ein verzögertes Öffnen der Gaswechselventile und/oder ein verfrühtes Schließen der Gaswechselventile.
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Die Schaltventile 31a, 31b werden vorzugsweise elektrisch angesteuert, um in einer Schaltstellung den Hydraulikspeicher 28 in beiden Strömungsrichtungen mit dem jeweiligen Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b zu koppeln, und um in einer anderen Schaltstellung diese Kopplung in beiden Strömungsrichtungen aufzuheben, wobei dann in dieser anderen Schaltstellung der Hydraulikspeicher 28 lediglich über das jeweilige parallel zum jeweiligen Schaltventil 31a, 31b geschaltete Rückschlagventil 32a, 32b in einer Strömungsrichtung mit dem jeweiligen Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b gekoppelt ist.
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Das jeweilige Rückschlagventil 32a, 32b lässt eine Ölströmung vom Hydraulikspeicher 28 in den jeweiligen Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b zu, unterbindet jedoch eine entgegengesetzte Strömung vom jeweiligen Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b in den Hydraulikspeicher 28. Das Rückschlagventil 30 ist derart zwischen den Hydraulikzuleitungsanschluss 29 und den Hydraulikspeicher 28 geschaltet, dass zwar ausgehend vom Hydraulikzuleitungsanschluss 29 Hydrauliköl in den Hydraulikspeicher 28 fließen kann, jedoch nicht umgekehrt ausgehend vom Hydraulikspeicher 28 in den Hydraulikzuleitungsanschluss 29.
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Durch entsprechende Ansteuerung der Schaltventile 31a, 31b können gegenüber dem vom Nocken 12 bereitgestellten Öffnungsverhalten und Schließverhalten des jeweiligen Gaswechselventils variable Steuerzeiten eingestellt werden. Im unbestromten Zustand nimmt das jeweilige Schaltventil 31a, 31b die in 1 gezeigte Schaltstellung ein, in welcher der Hydraulikspeicher 28 und der jeweilige Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b lediglich über das jeweilige Rückschlagventil 32a, 32b in einer Strömungsrichtung koppelt sind. Im bestromten Zustand nimmt das jeweilige Schaltventil 31a, 31b die andere Schaltstellung ein, in welcher dann der Hydraulikspeicher 28 und der jeweilige Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b in beiden Strömungsrichtungen gekoppelt sind. Hydrauliköl kann im Hydraulikspeicher 28 gespeichert und ausgehend vom Hydraulikspeicher 28 dem jeweiligen Hydraulikkammerabschnitt 24a, 24b zugeführt werden. Ein Federelement drückt das jeweilige Schaltventil 31a, 31b im unbestromten Zustand in die in 1 gezeigte Schaltstellung. 1 zeigt weiterhin einen Aktuator 37a, 37b zur Bestromung des jeweiligen Schaltventils 31a, 31b und eine Entlüftung 38 für den Hydraulikspeicher 28.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltrieb
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Nocke
- 13a, 13b
- Ventilkegel
- 14
- Schwinghebel
- 15
- Ende
- 16
- Schwinghebelschwenkachse
- 17
- Ende
- 18
- Rolle
- 19
- Rollendrehachse
- 20
- Ende
- 21
- Ende
- 22
- Hydraulikkolben
- 22a, 22b
- Hydraulikkolbenabschnitt
- 23
- Stoßstange
- 24
- Hydraulikkammer
- 24a, 24b
- Hydraulikkammerabschnitt
- 25a, 25b
- Hydraulikleitung
- 26a, 26b
- Kolben
- 27a, 27b
- Federelement
- 28
- Hydraulikspeicher
- 29
- Hydraulikanschluss
- 30
- Rückschlagventil
- 31a, 31b
- Schaltventil
- 32a, 32b
- Rückschlagventil
- 33
- Federelement
- 34
- Federelement
- 35
- Element
- 36
- Zylinderkopf
- 37a, 37b
- Aktuator
- 38
- Entlüftung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004057438 A1 [0004, 0005, 0006]
