DE60309536T2

DE60309536T2 - Ventilantriebsmechanismus für ein Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60309536T2
Application number: DE60309536T
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Dellora; Klaus Dieter Schmidt
Original assignee: Iveco Motorenforschung AG; Iveco SpA
Current assignee: FPT Motorenforschung AG; Iveco SpA
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: EP1361344B1; ES2279022T3; EP1361344A2; ATE344875T1; ITTO20020377A0; DE60309536D1; EP1361344A3; ITTO20020377A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine.
Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, welche mit Rückführungssystemen ausgestattet sind, die so ausgelegt sind, dass sie einen Teil der verbrannten Abgase dergestalt in die Brennkammer einspeisen, dass die Verbrennungsbedingungen des Luft/Kraftstoff-Gemisches geändert werden.
Bekanntlich leistet das Vorhandensein von verbrannten Gasen tatsächlich einen Beitrag zur Erhöhung der thermischen Trägheit des Luft/Kraftstoff-Gemisches und somit zur Herabsetzung des Sauerstoff/Kraftstoff-Verhältnisses und der Verbrennungstemperatur des Gemisches. Insbesondere leistet die Rückführung von Abgasen einen Beitrag zur Herabsetzung der Emissionen von Stickoxid (NOx).
Die weiter oben beschriebenen Vorgänge der Rückführung werden typischerweise nach zwei Hauptstrategien durchgeführt, insbesondere:

• sind die Auslassventile während der Öffnungsdauer der Einlassventile teilweise offen, so dass ein Teil der im Abgas-Sammelrohr vorhandenen Abgase wieder in die Brennkammer eingelassen werden; und
• die Einlassventile sind während der Öffnungsdauer der Auslassventile teilweise offen, so dass ein Teil der Abgase sich im Endbereich des Abgas-Sammelrohres befindet; das nachfolgende Öffnen der Einlassventile ermöglicht das Wiedereinlassen der Abgase in die Brennkammer.

Vom mechanischen Gesichtspunkt wird das teilweise Öffnen der Auslass/Einlassventile durch ein Betätigungssystem erreicht, bei welchem die Nockenwelle sowohl mit Hauptnocken versehen ist, die dergestalt ausgelegt sind, dass sie das völlige Öffnen der Ventile bewirken, als auch mit Nocken verminderter Größe, die dergestalt ausgelegt sind, dass sie das teilweise Öffnen der Ventile bewirken, und die zur Ausübung der Funktion der Rückführung dienen.
Auch wenn die weiter oben beschriebenen Rückführungssysteme unter vielen Betriebsbedingungen nützlich sind, gibt es dennoch Betriebsbedingungen des Motors, unter welchen die Rückführung der Abgase nachteilig sein kann. Unter diesen Betriebsbedingungen kann die Rückführung zu einem Zustand einer nicht optimalen Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches führen, was die Erzeugung von korrosiven Kondensaten nach sich zieht, welche wesentliche Bestandteile des Motors (Zylinderbohrungen, Kolben, Kolbenringe und Lager) angreifen können.
Daher besteht die Notwendigkeit, ein Betätigungssystem zu schaffen, welches unter bestimmten Betriebsbedingungen ermöglicht, dass das Abgasrückführungssystem außer Betrieb gesetzt wird.
US-B1-6 354 254 offenbart ein Ventilbetätigungssystem für die Abgasrückführung, bei welchem eine Nockenwelle auf mehrere Kipphebel zwecks Betätigung der Ventile wirkt und welches Hauptnocken aufweist, um das völlige Öffnen der Ventile zu bewirken, so dass der Einlass des Luft/Kraftstoff-Gemische oder der Ausstoß der Abgase erfolgt, sowie Zusatznocken, um ein teilweises Öffnen der Ventile zwecks Abgasrückführung zu bewirken. Das System umfasst auch eine Ventilspielregelvorrichtung, um das Ventilspiel zwischen einem ersten und unteren Wert, bei welchem die Ventile sowohl durch die Hauptnocken als auch durch die Zusatznocken geöffnet werden, und einem zweiten und höheren Wert des Ventilspiels, bei welchem die Ventile durch die Hauptnocken allein geöffnet werden, zu verändern.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird erreicht durch ein Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem, wie das in den beigefügten Ansprüchen beschrieben wird.
Die Erfindung soll nun insbesondere unter Bezugnahme auf den beigefügten Zeichnungssatz beschrieben werden, welcher eine bevorzugte Ausführungsform veranschaulicht, die jedoch den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränkt. In diesem Zeichnungssatz sind:
1 veranschaulicht ein Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Betriebsposition, und
2 veranschaulicht das in 1 dargestellte System in einer zweiten Betriebsposition.
In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ganz allgemein ein Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine.
Insbesondere umfasst das Betätigungssystem 1 eine Nockenwelle 3, welche auf mehrere Kipphebel 5 wirkt, von denen jeder dazu benutzt wird, um eines oder mehrere Ventile 7 zu betätigen, die in einem (teilweise dargestellten) Zylinderkopf 9 des Motors montiert sind (in dem dargestellten Beispiel betätigt jeder Kipphebel 5 zwei Ventile 7 gleichzeitig). Insbesondere wird in dem veranschaulichten Beispiel ein erstes Paar von Ventilen 7 dazu benutzt, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 10 einzuspeisen, während ein (nicht dargestelltes) zweites Paar von Ventilen dazu benutzt wird, die verbrannten Gase aus der Brennkammer 10 auszustoßen.
Insbesondere weist jeder Kipphebel 5 einen ersten Endbereich 12 auf, welcher mit einer Rolle 13 ausgestattet ist, die imstande ist, sich um eine Achse 14 zu drehen und die dergestalt ausgelegt ist, dass sie mit den zugehörigen Nocken der Nockenwelle 3 in Kontakt kommt (wie das weiter unten noch ausführlich beschrieben werden soll).
Der Kipphebel 5 weist einen zweiten Endbereich 16 auf, der mit einem Y-förmigen Querträger 17 ausgestattet ist, welcher dergestalt ausgelegt ist, dass er das Öffnen eines ersten Paars von Ventilen 7 bewirkt. Dieser Querträger 17 umfasst einen im Wesentlichen trapezförmigen Mittelbereich 18, welcher am Bereich 16 fest angebracht ist, und zwei aus einem Stück bestehende parallelepipedförmige Verlängerungen 19, welche zugehörige rechteckförmige flache Stirnwände 20 aufweisen, die zueinander koplanar sind und den Ventilen 7 zugewandt sind.
Jedes Ventil 7 weist einen Ventilschaft 22 auf, der sich vom Ventilfuß aus erstreckt und in einem im Wesentlichen flachen Endbereich 22a endet.
Das Ventil 7 ist (in bekannter Weise) mit einer Schraubenfeder 25 gekoppelt, die zum Ventilschaft 22 koaxial verläuft und so ausgelegt ist, dass sie das Ventil 7 in die geschlossene Stellung bringt.
Die Nockenwelle 3 weist Hauptnocken 30 auf, die so ausgelegt sind, dass sie das völlige Öffnen eines Paars von Ventilen 7 bewirken, so dass der Eintritt des Luft/Kraftstoff-Gemischs in die Brennkammer 10 und der Ausstoß der Abgase aus der Brennkammer 10 erfolgen. Die Nockenwelle 3 ist auch mit Zusatznocken 31 ausgestattet, welche dergestalt ausgelegt sind, dass sie das teilweise Öffnen eines Paares von Ventilen 7 bewirken, so dass diese eine Abgasrückführfunktion übernehmen.
Insbesondere können die Hauptnocken 30 und die Zusatznocken 31 auf der Nockenwelle 3 gemäß einer ersten Winkelanordnung (vom bekannten Typ) angeordnet werden, gemäß welcher die Auslassventile 7 während der Öffnungsdauer der Einlassventile 7 teilweise geöffnet werden, so dass ein Teil der im Abgas-Sammelrohr vorhandenen Abgase wieder in die Brennkammer 10 eingelassen werden.
Alternativ können die Hauptnocken 30 und die Zusatznocken 31 auf der Nockenwelle 3 gemäß einer zweiten Winkelanordnung (vom bekannten Typ) angeordnet werden, gemäß welcher die Einlassventile 7 während der Öffnungsdauer der Auslassventile 7 teilweise geöffnet werden, so dass ein Teil der Abgase sich im Endbereich des Einlasskrümmers befinden; die Einlassventile werden dann geschlossen, und ihr nachfolgendes Öffnen ermöglicht, dass die Abgase wieder in die Brennkammer 10 eingelassen werden.
Jede rechteckförmige Wand 20 des Y-förmigen Querträgers 17 befindet sich gegenüber einem zugehörigen Endbereich 22a des Ventils 7 in einem Abstand D (Spiel), welches gemessen wird, wenn sich die Rolle 13 nicht mit irgend einem der Hauptnocken 30 oder Zusatznocken 31 in Kontakt befindet.
Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Regulierung des Ventilspiels 35 vorhanden, welche dergestalt ausgelegt ist, dass sie das Ventilspiel verändert zwischen mindestens

– einem ersten und unteren Wert D1 des Ventilspiels (2), bei welchem die Wippbewegung der Nockenwelle 3, die durch die Winkelbewegung der Hauptnocken 30 und der Zusatznocken 31 bewirkt wird, auf die Ventile 7 übertragen wird, die auf diese Weise sowohl durch die Hauptnocken 30 als auch durch die Zusatznocken 31 dazu gebracht werden, sich zu öffnen; und
– einem zweiten und oberen Wert D2 des Ventilspiels (1), bei welchem nur die Wippbewegung der Nockenwelle 3, die durch die Winkelbewegung der Hauptnocken 30 induziert wird, auf die Ventile 7 übertragen wird, die auf diese Weise lediglich durch die Hauptnocken 30 dazu gebracht werden, sich zu öffnen.

Insbesondere umfasst die Ventilspiel-Reguliervorrichtung 35 eine Buchse 38, die von einer zylinderförmigen Außenfläche begrenzt wird, welche sich in einer kreisförmigen Durchgangsöffnung befindet, die im mittleren Teil des Kipphebels 5 ausgebildet ist und zur ersten Achse 42 koaxial verläuft. Diese zylindrische Buchse 38 weist eine zylindrische mittige Durchgangsbohrung 43 auf, welche koaxial zu einer zweiten Achse 38 verläuft, die nicht mit der Achse 42 zusammenfällt und die sich von der Letzteren um einen vorbestimmten radialen Abstand entfernt befindet.
Die zylindrische mittige Öffnung 43 beherbergt eine Welle 50, deren (nicht dargestellte) Endbereiche am Zylinderkopf des Motors fest angebracht sind. Ferner ist die zylindrische Buchse 38 durch eine kippbar montierte Verlängerung 52 mit dem Endbereich eines Abtriebelements eines Stellglieds 54 verbunden.
Um die Rückführung der Abgase zu bewirken, bringt im Betriebszustand das Stellglied 54 die Buchse 38 in Bezug auf die Welle 50 in eine (in 2 dargestellte) erste Winkelstellung, in welcher das Ventilspiel den oben erwähnten unteren Wert D1 annimmt. Die Winkelbewegung der Hauptnocken 30 und der Zusatznocken 31 der Nockenwelle auf die Rolle 13 induziert die Drehung des Kipphebels 5 um die Buchse 38. Insbesondere bewirken die Hauptnocken Änderungen der Winkelstellung des Kipphebels 5, die in ihrem Ausmaß größer sind als die Änderungen der Winkelstellung, die durch die Zusatznocken 31 induziert werden. Dank des verringerten Wertes des Ventilspiels haben beide Änderungen der Winkelstellung eine ausreichende Amplitude, um den Kontakt zwischen dem Querträger 17 und den Endbereichen 22a der Ventile 7 zu bewirken. Auf diese Weise wird bewirkt, dass die Ventile sowohl durch die Hauptnocken 30 als auch durch die Zusatznocken 31 dazu gebracht werden, dass sie öffnen.
Um die Abgasrückführung unwirksam zu machen, bringt das Stellglied 54 die Buchse 38 in Bezug auf die Welle 50 in eine zweite (in 1 dargestellte) Winkelstellung, in welcher das Ventilspiel den weiter oben erwähnten oberen Wert D2 annimmt. Wie weiter oben festgestellt worden ist, bewirkt die Winkelbewegung der Hauptnocken 30 und der Zusatznocken 31 der Nockenwelle auf die Rolle 13 die Drehung des Kipphebels 5 um die Buchse 38. Wegen des höheren Werts für das Ventilspiel haben nur diejenigen Änderungen der Winkelstellung, die durch die Hauptnocken 30 induziert werden, eine ausreichende Amplitude, um den Kontakt zwischen dem Querträger 17 und den Endbereichen 22a der Ventile 7 zu bewirken. Auf diese Weise werden die Ventile 7 allein durch die Hauptnocken 30 betätigt. Da die Abgasrückführung durch das Öffnen bewirkt wird, welches mittels der Zusatznocken 31 induziert wird, ist diese Funktion unwirksam gemacht worden.
Die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile sind aus dem Vorangegangenen dahingehend deutlich, dass diese ein Betätigungssystem liefert, welches auf der Grundlage einer einfachen operativen Steuerung, die auf das Stellglied 54 gegeben wird, ermöglicht, dass das Abgasrückführungssystem wirksam bzw. unwirksam gemacht wird.
Schließlich ist offensichtlich, auf welche Weise am Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem, wie es hier beschrieben und veranschaulicht worden ist, Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

Ventilbetätigungssystem für ein Abgasrückführungssystem, bei dem eine Nockenwelle (3) auf mehrere Kipphebel (5) einwirkt, die dazu verwendet werden, Ventile (7) zu betätigen; wobei die Nockenwelle (3) Hauptnocken (30) aufweist, die dazu verwendet werden, eine volle Ventilöffnung einzuleiten, um den Einlass des Luft/Kraftstoff-Gemisches oder den Ausstoß der Abgase zu bewirken; wobei die Nockenwelle darüber hinaus Zusatznocken (31) umfasst, die dazu verwendet werden, eine partielle Ventilöffnung einzuleiten, die eine Abgasrückführungsfunktion hat, wobei das Ventilbetätigungssystem eine Ventilspielregelvorrichtung umfasst, die geeignet ist, das Spiel zu verändern zwischen zumindest: einem ersten unteren Spielwert (D1), bei dem die Kippbewegung des Kipphebels (5), die durch die Winkelbewegung der Hauptnocken und der Zusatznocken hervorgerufen wird, auf die Ventile (7) übertragen wird, die somit dazu gebracht werden, sich beide durch die Hauptnocken (30) und die Zusatznocken (31) zu öffnen; und einem zweiten höheren Spielwert (D2), bei dem nur die Kippbewegung des Kipphebels (5), die durch die Winkelbewegung der Hauptnocken (30) hervorgerufen wird, auf die Ventile (7) übertragen wird, die somit veranlasst werden, sich allein durch die Hauptnocken (30) zu öffnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilspielregelvorrichtung eine Buchse (38) umfasst, die in einer Durchgangsöffnung (40) aufgenommen ist, die in einem zentralen Abschnitt des Kipphebels (5) ausgebildet und koaxial zu der ersten Achse (42) ist; die Buchse (38) eine zentrale Durchgangsöffnung (43) aufweist, die koaxial zu einer zweiten Achse (48) ist, die von der Achse (42) getrennt ist, und welche eine Welle (50), die von dem Motor getragen ist, aufnimmt; die Buchse (38) in Bezug auf die Welle (50) in einer ersten Winkelanordnung angeordnet sein kann, in der das Ventilspiel den ersten niedrigeren Wert (D1) annimmt; und die Buchse (38) darüber hinaus in Bezug auf die Welle (50) in einer zweiten Winkelanordnung angeordnet sein kann, in der das Ventilspiel den zweiten höheren Wert (D2) annimmt.
System nach Anspruch 1, bei dem Betätigungsmittel (54) vorgesehen sind, die durch ein bewegliches Abtriebselement bereitgestellt sind, das schwenkbar an einer sich von der Buchse (38) erstreckenden Verlängerung angebracht ist.