DE4330913A1 - Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventiltrieb zum Steuern der Ein- und Auslaßsteuerzeiten von Gaswechsel­ ventilen und der Kraftstoffansaugsteuerung einer Brenn­ kraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors mit einem auf einer Schwenkachse gelagerten Schlepphebel, dessen einer Hebelarm auf ein Ventil einwirkt und dessen anderer Hebelarm mit einer Stoßstange verbunden ist, die endseitig mit einer Steuereinrichtung zur Änderung des Öffnungszeitpunktes verbunden ist und ein Betätigungselement mit einer Rolle aufweist, welche gegenüber einem Nocken einer Nockenwelle verstellbar ist.

Aus der DE-PS 4 08 310 ist eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der über einen Exzenter ein Ventilhebel zu einem Nocken einer Nocken­ welle verstellbar ist. Desweiteren ist aus der DE 41 33 735 C1 ein Ventiltrieb für ein Gaswechsel­ ventil einer Brennkraftmaschine bekannt, mit dem Gas­ wechselvorgänge während des Betriebes der Brennkraft­ maschine optimierbar sind, wozu ein Schlepphebel mit mindestens einem längenveränderlichen Hebelarm vorge­ sehen ist. Dieser Schlepphebel weist an einem Ende eine verschiebbare Rolle auf, welche über eine Einrichtung ihre Lage gegenüber einem Nocken einer Nockenwelle verändern kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb und Einspritzantrieb konstruktiv einfacher und in kompakter Weise dahingehend auszubilden, daß zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung eines Dieselmotors an verschiedene Lastzustände sowohl an einen schadstoff­ armen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb ermög­ licht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vor­ teilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß über die aus einem Schlepphebel, einem Exzenter, einer Exzenterwelle und einer am Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle bestehende Stellein­ richtung, eine optimale Steuerung und Anpassung eines Dieselmotors an verschiedene Lastzustände in einfacher Weise ermöglicht wird.

Es ist ein schadstoffarmer, als auch ein verbrauchs­ armer Betrieb der Brennkraftmaschine in einfacher Weise durchführbar, wobei eine Verstellung der Einlaß- und Auslaßsteuerzeiten als auch der Förderbeginn einer Kraftstoffpumpe entsprechend den Steuerzeiten für das Gaswechselventil über die Exzenter ermöglicht wird.

Die Stelleinrichtung umfaßt drei auf Exzentern schwingende Schlepphebel, welche eine Verbindung zwischen der auf einem Nocken einer Nockenwelle laufen­ den Rolle und einer Exzenterwelle derart herstellen, daß durch ein Verdrehen dieser Welle eine veränderliche Position der Rolle auf dem Grundkreis der Nockenwelle erzielbar ist, was zu veränderlichen Ventilsteuerzeiten und Einspritzzeiten führt.

Bei einem schadstoffarmen Motorbetrieb wird eine rela­ tiv späte Kraftstoffeinspritzung gefordert, während der verbrauchsarme Betrieb eine möglichst frühe Ein­ spritzung des Kraftstoffs erfordert. Diese Steuerung wird mittels des Kraftstoff-Exzenters erzielt.

Zur Steuerzeitenverstellung sowohl bei einem schad­ stoffarmen Betrieb (späte Einspritzung) als auch bei einem verbrauchsarmen Betrieb (frühe Einspritzung) wird ein mit der Stoßstange und mit der Rolle verbundener Schlepphebel verwendet. Durch die Verbindung mit der Exzenterwelle wird eine Schlepphebel-Kinematik erzielt, die um 360° verdrehbar ist. Dies gilt sowohl für den Exzenter des Kraftstoffpumpenantriebs als auch für die beiden Exzenter der Ein- und Auslaßventile.

Die Hebel-Kinematik des Schlepphebels ist in vorteil­ hafter Weise so ausgelegt, daß in den extremen Einstel­ lungen der Exzenterwelle, wie früh und spät, der Abstand zwischen dem Kipphebel und der Rolle am Nocken möglichst groß ist. Der Abstand soll in den Mittellagen kleiner sein, d. h. der Abstand zwischen Kipphebel und Rolle am Nocken ist verkürzt. Die Hebel-Kinematik ist deshalb so ausgelegt, daß nur eine technisch unbedenkliche, sehr geringe Veränderung des Ventil­ spiels im Betrieb bewirkt wird.

Eine optimale Ausrichtung und Abstimmung der drei ver­ schiedenen Exzenter für Kraftstoff sowie Ein- und Aus­ laßventil wird so vorgenommen, daß zwei wesentliche Betriebsbereiche entstehen können.

Bei einem schadstoffarmen Betrieb steht der Kraftstoff­ exzenter in der Extremlage spät. Um den späten Ein­ spritzpunkt kann ein relativ großer Verdrehbereich der Exzenterwelle genutzt werden, um das Ein- und Auslaß­ ventil in den Steuerzeiten zu verstellen.

Bei einem verbrauchsarmen Betrieb steht der Kraftstoff­ exzenter in der Extremlage früh. Um den frühen Ein­ spritzpunkt kann ebenfalls ein relativ großer Verdreh­ bereich der Exzenterwelle für die Verstellung der Ein- und Auslaßventile genutzt werden.

Diese beiden Betriebsbereiche können wahlweise zu jeder Zeit, auch während des Betriebes des Motors, einge­ stellt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu ein positi­ onskontrollierbarer Servo-Motor benutzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im nachfolgenden näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ventiltriebs mit Schlepphebel-Kinematik in den Positionen früh und spät sowie in den Mittellagen und

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung des Ven­ tiltriebs mit Kraftstoff-Exzenter und den Ventil-Exzentern.

Der Ventiltrieb umfaßt im wesentlichen einen Kipphebel 1, der mit einem Hebelarm 2 auf ein Ventil V einwirkt und mit seinem anderen Hebelarm 3 mit einer Stoßstange 4 gelenkig verbunden ist. Diese ist mit einer Stellein­ richtung 5 in Wirkverbindung und umfaßt an einem Ende einen Schlepphebel 6, der mit einem Exzenter 7 ver­ bunden ist, der über eine Welle 9 antreibbar ist. Der Schlepphebel 6 weist am anderen Ende eine Rolle 8 auf, die an einem Nocken 10 einer Nockenwelle 11 anliegt. Sie kann über die Exzenterwelle 9 in ihrer Lage auf dem Nockengrundkreis 14 verstellt werden.

Hierzu wird die Welle 9 mit dem Exzenter 7 um 360° ver­ dreht und der Schlepphebel 6 ist in die Position I, II, III und IV verstellbar. Die Lage der Stoßstange 4 ist entsprechend dieser Position mit gleichen Positions­ nummern gekennzeichnet.

Wie aus den Zeichnungen näher zu erkennen ist, sind der Exzenter 7, der Schlepphebel 6 sowie die Stoßstange 4 in der Position I in durchgezogenen Linien dargestellt.

Die Position II kennzeichnet bei der Drehrichtung links einen frühen Öffnungszeitpunkt und die Position IV kennzeichnet dagegen einen späten Öffnungszeitpunkt des Ventils V. Die beiden anderen Positionen I und III stellen Mittellagen dar.

Die Anordnung der Nockenwelle 11 des Kipphebels 1 sowie des Schlepphebels 6 und des Exzenters 7 sowie der Exzenterwelle 9 und der Stoßstange 4 sind kinematisch in der Weise ausgelegt, daß die Exzenterwelle 9 zur Verstellung der Steuerzeiten ohne Nachstellen der Ventilspiele um 360° gedreht werden kann.

In den beiden Extremlagen der Exzenterwelle 9 wie in der frühen Position II und der späten Position IV wird eine maximal lange Verbindungslinie 12, was in einer gestrichelten Linie dargestellt ist, zwischen dem Kipp­ hebel 1 und der Rolle 8 gebildet.

In den Mittel lagen, wie in den Positionen I und III der Exzenterwelle 9 zwischen der Position 11 (früh) und der Position IV (spät), ist die Verbindungslinie 13 zwischen Kipphebel 1 und Nockenwelle 11 geringer, weil der Schlepphebel 6 gegenüber der Stoßstange abgeknickt ist.

Die Verkürzung der Verbindungslinie 13 zwischen dem Kipphebel 1 und der Rolle 8 in den Knicklagen (Position I und III) folgt optimal der Krümmung des Nockengrund­ kreises 14, so daß sich nur geringste Ventilspielver­ änderungen ergeben können, die im Betrieb zugelassen sind.

Durch die 360° Verdrehmöglichkeit der Exzenterwelle 9 und somit der Exzenter 7 und 7a für die Ein- und Aus­ laßventile und einer möglichen Ausgangslage der Exzenterwelle 9 in der oberen Position I werden Steuer­ zeiten ermöglicht, mit denen ein schadstoffarmer Betrieb gefahren werden kann, während in der zweiten möglichen Ausgangslage der Exzenterwelle für die Ven­ tile (z. B. die untere Position III) solche Steuerzeiten entstehen, die den geringsten Kraftstoffverbrauch beim Betrieb der Brennkraftmaschine realisieren.

Der Exzenter 7b für die Verstellung der Kraftstoffein­ spritzung ist so ausgerichtet, daß in der schadstoffarmen Stellung der Ventilsteuerzeiten die Einspritzung spät erfolgt, während in der gegenüber­ liegenden Stellung der Ventilsteuerzeiten für gering­ sten Kraftstoffverbrauch früh erfolgt.

Durch Stellungen zwischen den beiden Ausgangs lagen Position II und IV wird eine Veränderung sowohl der Steuerzeiten als auch der Einspritzung bewirkt, die für einen Teillastbetrieb optimal sind.

Claims (8)

1. Ventiltrieb zum Steuern der Ein- und Auslaßsteuer­ zeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraft­ maschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem auf einer Schwenkachse gelagerten Kipphebel, dessen einer Hebelarm auf ein Ventil einwirkt und dessen anderer Hebelarm mit einer Stoßstange ver­ bunden ist, die endseitig mit einer Stelleinrich­ tung zur Änderung des Öffnungszeitpunktes verbunden ist und an einem Ende einen Schlepphebel mit einer Rolle aufweist, welche gegenüber einem Nocken auf einer Nockenwelle verstellbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stelleinrichtung (5) einen mit einem Exzenter (7) verbundenen Schlepphebel (6) am anderen Ende aufweist, der mit einer um einen Winkel von 360° verstellbaren Welle (9) verbunden ist und ein früher und später Ventilöffnungszeit­ punkt (II und IV) sowie zwischen diesen Öffnungs­ zeitpunkten Mittellagen (I und II) einstellbar sind.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Welle (9) ein Exzenter (7) für das Einlaßventil, ein Exzenter (7a) für das Auslaß­ ventil und ein Exzenter (7b) für die Kraftstoffzu­ führung angeordnet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand (Verbindungslinie 12) zwischen dem Kipphebel (1) und der Rolle (8) bei dem frühen und späten Ventilöffnungszeitpunkt (II und IV) größer ist als der Abstand (Verbindungs­ linie 13) zwischen dem Kipphebel (1) und der Rolle (8) bei der oberen und unteren Mittellage (I und III).

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlepphebel (6) und die Stoßstange (4) im frühen und späten Öffnungszeitpunkt (II und IV) eine annähernd gestreckte Lage einnehmen.

5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstange (4) zum Schlepphebel (6) in der oberen und unteren Mittel­ lage (I und III) im Verbindungsbereich abgeknickt sind.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (8) in den Mittellagen (I und III) der Exzenterwelle (9) der Krümmung des Nockengrundkreises (14) ohne Verände­ rung eines Ventilspiels folgt.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Einstellung des Schlepphebels (6) über die Exzenterwelle (9) in einer Mittellage (I) beispielsweise oben ein schad­ stoffarmer Betrieb und in der gegenüberliegenden Mittellage (III) ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit geringem Kraftstoffverbrauch durchführbar ist.

8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoffein­ spritzung über einen Exzenter in der Weise in Abhängigkeit von der Ventilsteuerung erfolgt, daß in der schadstoffarmen (z. B. oben) Mittellage (I) des Exzenters (7) die Kraftstoffeinspritzung spät und in der unteren Mittellage (III) des Exzenters (7) der Kraftstoff früh einspritzbar ist.