DE19800037B4

DE19800037B4 - Ventiltrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19800037B4
Application number: DE19800037A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Andreas 38179 Künne
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-01-02
Filing date: 1998-01-02
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2018-01-03
Also published as: DE19800037A1

Abstract

Ventiltrieb einer mit einem geschränkten Kurbeltrieb versehenen, V-förmigen Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit von Nocken (9) periodisch betätigten, als Hubventile ausgeführten Gaswechselventilen (17, 18, 27, 28), wobei die durch die Nockenkontur und die Relativlage der Nocken (9) zu einer diese tragenden und vom Kurbeltrieb angetriebenen Weile (10) bestimmten Ventilsteuerzeiten hinsichtlich des durch den geschränkten Kurbeltrieb verursachten, von 180°KW abweichenden Differenzkurbelwinkels zwischen oberem und unterem Totpunkt (OT, UT) korrigiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel von dem Einlaß oder dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17, 27 oder 18, 28) einer Zylinderbank (1, 2) derart von dem korrespondierenden Öffnungswinkel der gleichen Gaswechselventile (27, 17, 28, 18) der anderen Zylinderbank (2, 1) abweicht, daß das Produkt aus der sich unter der Hubkurve (117 oder 118) von dem Einlaß oder dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17 oder 18) einstellenden Fläche und der Kolbengeschwindigkeit innerhalb der einen Zylinderbank (1) im wesentlichen dem Produkt aus der sich unter der Hubkurve...

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer mit einem geschränkten Kurbeltrieb versehenen, V-förmigen Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein solcher Ventiltrieb ist aus DE-MTZ Motortechnische Zeitschrift 51, 1990, Heft 10, „6 Zylinder-Motoren mit kleinem V-Winkel”, Hermann Krüger, bekannt. Dort ist in dem Abschnitt „3.1 Geometrie” dargelegt, daß in Abhängigkeit von positiver oder negativer Schränkung der für das Durchfahren des gesamten Kolbenhubs notwendige Differenz kurbelwinkel von den üblicherweise bei ungeschränkten Kurbeltrieben vorliegenden 180°KW abweicht. Die sich hierdurch einstellende Taktzeitdifferenz, welche unterschiedliche Kolbengeschwindigkeiten zwischen den beiden Zylinderbänken zur Folge hat, soll gegebenenfalls durch eine Ventilsteuerzeitenkorrektur ausgeglichen werden, ohne daß hierzu nähere Angaben gemacht werden. Die angesprochene Taktzeitdifferenz führt im praktischen Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine zu unterschiedlichen Füllungsgraden in den Zylindern der einen Zylinderbank im Vergleich zu denen der anderen Zylinderbank.
Eine V-förmige Hubkolben-Brennkfraftmaschine ist ebenfalls aus der DE 42 35 103 A1 bekannt. Die DE 29 46 148 A1 geht ebenfalls von einer Maschine dieser Gattung aus, hierbei mit unterschiedlich großem Zylinderversatz der Zylinder beider Zylinderreihen. Es wird vorgeschlagen, daß zur Erzielung gleicher Kurbelwellenwinkel zwischen OT-Lagen der Kolben die durch die Zylinderzahl vorgegebenen gleichen Winkel zwischen den Kröpfungen um Kröpfungsversatzwinkel zwischen den Zylinderachsen einerseits und den Plengelstangen bei in OT-Lagen befindlichen Kolben andererseits verändert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb einer mit einem geschränkten Kurbeltrieb versehenen, V-förmigen Kolben-Brennkraftmaschine derartig zu gestalten, daß sämtliche Zylinder dieser Brennkraftmaschine gleichmäßig und weitestgehend identisch gefüllt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht vor, daß der Öffnungswinkel, üblicherweise angegeben in Grad Kurbelwinkel (°KW), von dem Einlaß oder dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen der einen Zylinderbank von dem korrespondierenden Öffnungswinkel der gleichartigen Gaswechselventile der anderen Zylinderbank abweicht. Dieser überraschende Ansatz führt zunächst dazu, daß beispielsweise die dem Einlaß dienenden Gaswechselventile der einen Zylinderbank über einen größeren oder einen kleineren Kurbelwinkelbereich geöffnet sind als die dem Einlaß dienenden Gaswechselventile der anderen Zylinderbank. Diese zunächst bezüglich einer gleichmäßigen Füllung widersprüchlich erscheinende Winkeldifferenz wird dabei jedoch in Verbindung mit der Auslegung des Ventiltriebes derartig getroffen, daß das Produkt aus der sich beispielsweise unter der Hubkurve von dem Einlaß dienenden Gaswechselventilen einstellenden Fläche und der Kolbengeschwindigkeit der einen Zylinderbank identisch oder weitgehend identisch zu dem entsprechenden Produkt aus Kolbengeschwindigkeit und Fläche unter der Hubkurve der jeweils andersartigen, beispielsweise dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen der anderen Zylinderbank ist. Das jeweilige Produkt aus Kolbengeschwindigkeit und Hubflächenkurve repräsentiert den Massendurchsatz von Luft bzw. einem Kraftstoffluftgemisch.
Durch diese nahezu oder vollständig massengleiche Auslegung der Hubkurven in Verbindung mit der angesprochenen Öffnungswinkeldifferenz stellen sich für alle Zylinder der Brennkraftmaschine nahezu identische Ansaug- und Ausschiebebedingungen ein, d. h. eine gleichmäßige und identische Füllung aller Zylinder wird erreicht.
Die Einstellung der unterschiedlichen Hubkurvenflächen erfolgt vorzugsweise unter Festsetzung eines Rückschiebeverluste vermeidenden, identischen Schließzeitpunktes von dem Einlaß dienenden Gaswechselventilen relativ zum jeweiligen unteren Totpunkt in der Zylinderbank über einen Eingriff in den maximalen Ventilhub derart, daß dem identischen Zwecke dienenden Gaswechselventilen innerhalb einer Zylinderbank ein identischer, maximaler Hub zugeordnet ist, welcher jedoch verschieden von dem maximalen Ventilhub der gleichartigen Gaswechselventilen der anderen Zylinderbank ist.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Differenz zwischen maximalem Ventilhub von dem Einlaß dienenden Gaswechselventilen zu den dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen innerhalb einer Zylinderbank der Ventilhubdifferenz zwischen gleichartigen Gaswechselventilen zwischen den beiden Zylinderbänken entspricht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen
1 schematisch einen geschränkten Kurbeltrieb,
2 einen Querschnitt durch ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine,
3 einen Querschnitt durch einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß 2,
4 in tabellarischer Form Daten eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes und
5 den Hubverlauf von Gaswechselventilen über dem Kurbelwinkel.
1 zeigt die grundsätzlichen Verhältnisse an einem geschränkten Kurbeltrieb einer mehrzylindrigen, V-förmigen Hubkolben-Brennkraftmaschine. Einer ersten Zylinderbank 1 sind drei Zylinder 11, 13, 15 zugeordnet, während der gegenüberliegenden zweiten Zylinderbank 2 zwei Zylinder 22 und 24 zugeordnet sind. Kolben 3 sind jeweils mittels eines Pleuels 4 an Kröpfungen 5 einer Kurbelwelle 6 angelenkt. Zylinderachsen 16 bzw. 26 der Zylinderbank 1 bzw. 2 schneiden sich unterhalb des Mittelpunktes der Kurbelwelle 6. Hierdurch stellt sich bezüglich der Zylinderbank 1 eine positive Schränkung +q, bezüglich der Zylinderbank 2 eine negative Schränkung –q ein, jeweils dargestellt durch den bezüglich der Zylinderachsen 16 bzw. 26 senkrechten Abstand zum Kurbelwellenmittelpunkt. Die beiden gezeigten Kolben 3 befinden sich jeweils in oberer Totpunktlage OT, d. h. die Pleuel 4 befinden sich bezüglich der Kurbelwellenmitte jeweils in Strecklage mit den Kröpfungen 5. Der Kurbelwinkel 4 der Kurbelwelle 6 sei gemäß eingezeichnetem Pfeil als im Uhrzeigersinn rechtsdrehend angenommen. Die Lage des Pleuels 4 bezüglich des rechts liegenden Kolbens 3 im unteren Totpunkt UT ist mit einer gestrichtelten Linie 41 dargestellt. Es ist unmittelbar erkennbar, daß der Differenzkurbelwinkel zwischen OT und UT, ausgehend von der erwähnten Strecklage, größer ist als 180°.
Ebenso ersichtlich ist bezüglich des links liegenden Kolbens 3, daß der Kurbelwinkel 4 zwischen der dem oberen Totpunkt OT zugeordneten Strecklage und der dem unteren Totpunkt UT zugeordneten Lage, gestrichelte Linie 42, kleiner ist als 180°KW. Demzufolge stellt sich eine Taktzeitdifferenz zwischen linker und rechter Zylinderbank 2 und 1 derart ein, daß die Kolbengeschwindigkeit in der linken Zylinderbank 2 größer ist als die in der rechten Zylinderbank 1.
Ein praktisch ausgeführtes Kurbelgehäuse 7 zeigt 2, wobei die Zylinderachsen 16 und 26 unter einem derart engen Zylinderwinkel α stehen, daß sich die in Längsrichtung wechselweise aufeinanderfolgenden Zylinder 11 und 22, 22 und 13, 13 und 24 usw. überdecken.
3 zeigt das Kurbelgehäuse 7 mit einem darauf aufgesetzten Zylinderkopf 8 mit Ventiltrieb, wie beispielsweise aus DE 4235103 A1 bekannt. In diesem Zylinderkopf 8 sind mit Nocken 9 versehene Wellen 10 zur periodischen Betätigung von dem Einlaß dienenden Gaswechselventilen 17 bzw. 27 der Zylinderbank 1 bzw. 2 und dem Auslaß dienenden Gaswechventilen 18 bzw. 28 angeordnet.
Der Antrieb der Wellen 10 erfolgt in Synchronisation mit der Kurbelwelle 6 in an sich bekannter Weise. Als Übertragungselemente zwischen den Nocken 9 und den erwähnten Gaswechselventilen 17, 18, 27, 28 sind an sich bekannte Rollenschlepphebel 19 schwenkbar im Zylinderkopf 8 abgestützt.
In Abweichung von dem gezeigten Ausführungsbeispiel wäre ebenso eine direkte Ventilbetätigung unter Vermittlung von Tassenstößeln und/oder eine Betätigung aller Gaswechselventile von einer einzigen, von drei oder vier Wellen 10 möglich.
Jede Nocke 9 weist in bekannter Weise einen Grundkreisabschnitt 91 sowie Nockenflanken 92 auf, welche einen maximalen Nockenhub definieren. Dieser wird unter Vermittlung der Rollenschlepphebel 19 in einen maximalen Ventilhub übersetzt oder beispielsweise bei Tassenstößeln direkt in den maximalen Ventilhub umgesetzt.
Die durch die eingangs beschriebene Taktzeitdifferenz gegebene ungleichmäßige Füllung der Zylinder zwischen den Zylinderbänke 1 und 2 wird wie folgt bekämpft. Der Öffnungswinkel, üblicherweise in Grad Kurbelwinkeln (°KW) angegeben, der Gaswechselventile 17 der Zylinderbank 1 ist größer bemessen als der Öffnungswinkel der dem identischen Zweck dienenden Gaswechselventile 27 in Zylinderbank 2. Bevorzugte Zahlenwerte hierfür sind 4 entnehmbar, im vorliegenden Fall also für Zylinderbank 1 217°KW und für Zylinderbank 2 212°KW. Ebenso, jedoch in umgekehrter Richtung, weichen die Öffnungswinkel der dem Auslaß dienenden Gaswechselventile 18 der Zylinderbank 1 von dem Öffnungswinkel der gleichgearteten Gaswechselventile 28 der Zylinderbank 2 ab, gemäß 4 vorzugsweise 212°KW an den Zylindern 11, 13 und 15, und 217°KW an den Zylindern 22 und 24. Dies bedeutet, daß die Zylinderbank 1 über einen größeren Kurbelwinkelbereich ansaugt als die Zylinderbank 2, während diese über einen größeren Öffnungswinkel ausschiebt als die Zylinderbank 1. Da eine Befüllung der einzelnen Zylinder nur bei geöffnetem Gaswechselventil 17 bzw. 27 möglich ist, repräsentiert die Fläche unter der Einlaßhubkurve, angegeben in Millimeter Grad Kurbelwinkel (mm °KW), in Verbindung mit der jeweiligen Kolbengeschwindigkeit die Füllung. Die Lage des Schließzeitpunktes der dem Einlaß dienenden Gaswechselventile 17 ist für beide Zylinderbänke 1 und 2 identisch bezüglich des für die jeweilige Zylinderbank 1 oder 2 geltenden unteren Totpunktes UT gewählt. Durch das identische Setzen dieser Schließzeitpunkte werden mögiche Rückschiebeverluste durch sich bereits wieder in der Aufwärtsbewegung befindliche Kolben 3 vermieden.
5 zeigt über dem Kurbelwinkel in Grad den Hubverlauf der Gaswechselventile in Millimeter. Zur ersten Zylinderbank 1 gehörende Hubverläufe sind gestrichelt, die der Zylinderbank 2 in ausgezogenen Linien dargestellt. Erkennbar ist für die erste Zylinderbank 1, d. h. für die Zylinder 11, 13 und 15, die mit dem größeren Einlaßhub von 10,7 mm versehene Einlaßhubkurve 117 und die mit dem Einlaßhub von 10,2 mm versehene Einlaßhubkurve 227 der Zylinderbank 2. Korrespondierend dazu ist für die erste Zylinderbank 1 die Auslaßhubkurve 118 mit dem geringeren Hub erkennbar, während der Hubverlauf der dem Auslaß in der Zylin derbank 2 dienenden Gaswechselventile 28 durch die Auslaßhubkurve 228 repräsentiert wird. Somit ergeben sich in Verbindung mit den höheren Kolbengeschwindigkeiten innerhalb der Zylinderbank 2 und der kleineren Fläche unterhalb der Einlaßhubkurve 227 identische Füllungen.

Claims

Ventiltrieb einer mit einem geschränkten Kurbeltrieb versehenen, V-förmigen Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit von Nocken (9) periodisch betätigten, als Hubventile ausgeführten Gaswechselventilen (17, 18, 27, 28), wobei die durch die Nockenkontur und die Relativlage der Nocken (9) zu einer diese tragenden und vom Kurbeltrieb angetriebenen Weile (10) bestimmten Ventilsteuerzeiten hinsichtlich des durch den geschränkten Kurbeltrieb verursachten, von 180°KW abweichenden Differenzkurbelwinkels zwischen oberem und unterem Totpunkt (OT, UT) korrigiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel von dem Einlaß oder dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17, 27 oder 18, 28) einer Zylinderbank (1, 2) derart von dem korrespondierenden Öffnungswinkel der gleichen Gaswechselventile (27, 17, 28, 18) der anderen Zylinderbank (2, 1) abweicht, daß das Produkt aus der sich unter der Hubkurve (117 oder 118) von dem Einlaß oder dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17 oder 18) einstellenden Fläche und der Kolbengeschwindigkeit innerhalb der einen Zylinderbank (1) im wesentlichen dem Produkt aus der sich unter der Hubkurve (228 oder 227) der jeweils anderen, dem Auslaß oder dem Einlaß dienenden Gaswechselventile (28 oder 27) einstellenden Fläche und der Kolbengeschwindigkeit der anderen Zylinderbank (2) entspricht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Ventilhub von dem Einlaß dienenden Gaswechselventilen (17, 27), innerhalb einer Zylinderbank (1, 2) identisch, jedoch verschieden von dem der anderen Zylinderbank (2, 1) ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Ventilhub von dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (18, 28), innerhalb einer Zylinderbank (1 oder 2) identisch, jedoch verschieden von dem der anderen Zylinderbank (2, 1) ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Ventilhub von dem Einlaß und dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17, 18) innerhalb einer Zylinderbank (1) voneinander abweichen und diese Abweichung jeweils der Abweichung gleichartiger Gaswechselventile (17, 27; 18, 28) zwischen den Zylinderbänken (1, 2) entspricht.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Öffnungswinkel gleichartiger Gaswechselventile zwischen den Zylinderbänken (1, 2) im wesentlichen der halben Ventilüberschneidung zwischen den dem Einlaß und dem Auslaß dienenden Gaswechselventilen (17, 27 und 18, 28) entspricht.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließzeitpunkte der dem Einlaß dienenden Gaswechselventile (17) beider Zylinderbänke (1, 2) eine identische Lage relativ zum jeweiligen unteren Totpunkt (UT) der Zylinderbank (1 oder 2) aufweisen.