EP1022444B1 - Hydraulisch geregelte, zwangsgesteuerte Ventilhubbetätigung für einen Mehrventilzylinderkopf - Google Patents

Hydraulisch geregelte, zwangsgesteuerte Ventilhubbetätigung für einen Mehrventilzylinderkopf Download PDF

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EP1022444B1 EP99122366A EP99122366A EP1022444B1 EP 1022444 B1 EP1022444 B1 EP 1022444B1 EP 99122366 A EP99122366 A EP 99122366A EP 99122366 A EP99122366 A EP 99122366A EP 1022444 B1 EP1022444 B1 EP 1022444B1
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valve
piston
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bore
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Heribert Dipl.-Ing. Möller (FH)
Manfred Dipl.-Ing. Pister (Fh)
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MAN Truck and Bus SE
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MAN Nutzfahrzeuge AG
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
    • F01L1/182—Centre pivot rocking arms the rocking arm being pivoted about an individual fulcrum, i.e. not about a common shaft
    • F01L1/183—Centre pivot rocking arms the rocking arm being pivoted about an individual fulcrum, i.e. not about a common shaft of the boat type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
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    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder

Definitions

  • the invention relates to a hydraulically controlled, positively controlled Valve lift operation for a multi-valve cylinder head with integrated valve clearance compensation according to the preamble 'of claim 1.
  • valve train is formed from a first piston-cylinder unit. This in turn exists from a cylinder in which a piston is arranged axially movable and the piston is actuated by the cam.
  • a hydraulic pressure in a second piston-cylinder unit on a Piston acts, which the inlet valve against the restoring force of a valve spring opens.
  • At low speed it is desirable to have only one intake valve each Open cylinder.
  • the pressure chamber in the cylinder of the first Piston-cylinder unit via an electric solenoid valve and a hole with connected to a surge tank, so that build up no hydraulic pressure can.
  • a first inlet valve remains in a lower one under these circumstances Speed range closed.
  • the solenoid valve is controlled by the electronic engine control unit.
  • a valve control of the type mentioned allows it at low speed only to open a first intake valve and the second intake valve only in the higher Open speed range. Disadvantage is the high construction costs and the mandatory electronic board management. (EP 0 803 642 A1)
  • the object of the invention is to make the valve train in internal combustion engines with at least two intake valves without significant change in the mechanics and electronic board management so that an intake valve is closed to improve the twist in the combustion chamber at low engine speeds and both intake valves are opened only at higher speeds ,
  • piston-cylinder unit one is able to turn off a valve, so that the flow rate of the intake air even at low speed too an increase of the twist leads to achieve a good combustion.
  • An advantageous embodiment of the piston-cylinder unit is the claim 2 remove. Through this training, a valve clearance compensation can be realized become.
  • the illustrated valve lift actuator comprises two inlet valves 1,2.
  • the first intake valve 1 is designed so that ß it is constantly activated, whereas the second intake valve 2 opens only from a predetermined speed of the engine. At low speed, the second inlet valve 2 is closed, so that during the suction stroke when the first inlet valve is opened alone, higher inlet velocities and thus increased swirl are achieved for better mixture formation.
  • the two intake valves 1, 2 each have a piston-cylinder unit 3a, 3b of which, because of the same structure, only the first intake valve 1 will be explained.
  • the piston-cylinder units 3a, 3b each consist of a piston 4, which forms a structural unit with a spring plate 5.
  • the piston 4 is guided in a pressure sleeve 6 which is held by spring 7 in the initial position.
  • the pressure sleeve 6 in turn is guided in a guide sleeve 8, which presses on a valve spring 9.
  • the piston 4 is provided with a central bore 10 which is provided with a check valve 11. Via the piston bore 10, a cylinder chamber 12 lubricating oil can be supplied. The supply of the lubricating oil takes place from a rocker arm shaft 13, which has a bore 14. Starting from this bore 14, the lubricating oil passes through holes 15, 16, 17, 18 in the pressure chamber 12. To prevent backflow is in bore 18, a check valve 19 is provided.
  • a valve bridge 20 presses against the piston 4. Pressure in the pressure chamber 12 builds up after closing the check valve 11, which opens the inlet valve 1 against the force of the valve spring 9 via the pressure sleeve 6 and the guide sleeve 8.
  • the second intake valve 2 only at higher speed of Open internal combustion engine. This is accomplished by an inertia valve 20a.
  • This consists of a valve body 21 with transverse bore 23.
  • Der Valve body 21 is axially slidably guided in the valve bridge 20 and is by a compression spring 24 in a Held position in which a bore 25 is closed, which the connection the second piston-cylinder unit 3b with the lubricating oil circuit manufactures.
  • at sealed bore 25 is the pressure chamber of the piston of the second piston-cylinder unit 3b without oil.
  • Upon actuation of the valve bridge 20 transmits this their Movement first on the valve plate 5 and the guide sleeve 8. Since in the pressure chamber there is no oil, there is no movement of the pressure sleeve 6.
  • the guide sleeve 8 slides only along the pressure sleeve 6, a transmission of the movement of the pressure sleeve 6 on the valve stem 29 is excluded.
  • the acceleration of the valve bridge 20 assumes higher values as a result of actuation by a rocker arm 26, becomes the valve body 21 by the inertia force against the restoring force the compression spring 24 moves upward and the transverse bore 23 are above the bore 25, the piston bore 10 and the check valve 11 the way of the lubricating oil free to the second piston-cylinder unit 3b, so that this as well as the piston-cylinder unit 3a can fill and the second inlet valve opens.
  • the valve body 21 and the compression spring 24 is a vibratory system is in the Valve bridge 20 still a throttle bore 28 required to the vibration to To bring it to an end
  • a special feature therefore contains the piston-cylinder unit 3a is still a displacer 27 to the cylinder space small and thus to minimize the loss of travel due to the compressibility of the lubricating oil.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch geregelte, zwangsgesteuerte Ventilhubbetätigung für einen Mehrventilzylinderkopf mit integriertem Ventilspielausgleich gemäß dem Gattungsbegriff' des Patentanspruches 1.
Zur separaten Ansteuerung von mindestens zwei Einlaßventilen in Mehrventilzylinderköpfen von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, zwischen Nocken und Einlaßventil einen hydraulisch wirkenden Ventiltrieb vorzusehen. Der Ventiltrieb wird aus einer ersten Kolben-Zylindereinheit gebildet. Diese wiederum besteht aus einem Zylinder in welchem ein Kolben axial beweglich angeordnet ist und der Kolben durch den Nocken betätigt wird. Bei der Betätigung des Kolbens entsteht ein Hydraulikdruck, der in einer zweiten Kolben-Zylindereinheit auf einen Kolben wirkt, der das Einlaßventil gegen die rückstellende Kraft einer Ventilfeder öffnet. Bei kleiner Drehzahl ist es wünschenswert, nur ein Einlaßventil je Zylinder zu öffnen. Zu diesem Zweck wird der Druckraum im Zylinder der ersten Kolben-Zylindereinheit über ein Elektro-Magnetventil und eine Bohrung mit einem Ausgleichsbehälter verbunden, so daß sich kein Hydraulikdruck aufbauen kann. Ein erstes Einlaßventil bleibt unter diesen Umständen in einem niederen Drehzahlbereich geschlossen.
Das Elektromagnetventil wird vom elektronischen Motorsteuergerät angesteuert. Eine Ventilsteuerung der genannten Art gestattet es bei niedriger Drehzahl nur ein erstes Einlaßventil zu öffnen und das zweite Einlaßventil erst im höheren Drehzahlbereich zu öffnen. Nachteil ist der hohe bauliche Aufwand und das zwingend notwendige elektronische Bordmanagement. (EP 0 803 642 A1)
Aufgabe der Erfindung ist es, den Ventiltrieb bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Einlaßventilen ohne wesentliche Veränderung der Mechanik und ohne elektronisches Bordmanagement so zu gestalten, daß zur Verbesserung des Dralls im Brennraum bei niedrigen Motordrehzahlen ein Einlaßventil geschlossen ist und beide Einlaßventile erst bei höheren Drehzahlen geöffnet sind.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Durch die Kolben-Zylindereinheit ist man in der Lage ein Ventil abzuschalten, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft auch bei niedriger Drehzahl zu einer Erhöhung des Dralls führt um damit eine gute Verbrennung zu erzielen.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Kolben-Zylindereinheit ist dem Anspruch 2 zu entnehmen. Durch diese Ausbildung kann auch ein Ventilspielausgleich realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist an Hand einer Zeichnung dargestellt.
Die dargestellte Ventilhubbetätigung umfaßt zwei Einlaßventile 1,2. Das erste Einlaßventil 1 ist so gestaltet, daß es ständig aktiviert ist, wohingegen das zweite Einlaßventil 2 erst ab einer vorgegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnet. Bei niedriger Drehzahl ist das zweite Einlaßventil 2 geschlossen, so daß während des Saughubes bei allein geöffnetem ersten Einlaßventil lhöhere Einströmgeschwindigkeiten und somit ein verstärkter Drall zur besseren Gemischbildung erzielt werden. Die beiden Einlaßventile 1, 2 besitzen je eine Kolben-Zylindereinheit 3a, 3b von denen wegen des gleichen Aufbaues nur das erste Einlaßventil 1 erläutert wird. Die Kolben-Zylindereinheiten 3a, 3b bestehen aus je einem Kolben 4, welcher eine bauliche Einheit mit einem Federteller 5 bildet. Der Kolben 4 ist in einer Druckhülse 6 geführt welche mittels Feder 7 in Ausgangsstellung gehalten wird. Die Druckhülse 6 wiederum ist in einer Führungshülse 8 geführt, welche auf eine Ventilfeder 9 drückt. Der Kolben 4 ist mit einer zentralen Bohrung 10 versehen, welche mit einem Rückschlagventil 11 versehen ist. Über die Kolbenbohrung 10 kann einem Zylinderraum 12 Schmieröl zugeführt werden. Die Zuführung des Schmieröls erfolgt von einer Kipphebelwelle 13 aus, die über eine Bohrung 14 verfügt. Ausgehend von dieser Bohrung 14 gelangt das Schmieröl über Bohrungen 15, 16, 17, 18 in den Druckraum 12. Um Rückströmung auszuschließen ist in Bohrung 18 ein Rückschlagventil 19 vorgesehen. Bei Betätigen des Ventiltriebs drückt eine Ventilbrücke 20 auf den Kolben 4. Im Druckraum 12 baut sich nach Schließen des Rückschlagventils 11 ein Druck auf, der über die Druckhülse 6 und die Führungshülse 8 das Einlaßventil 1 gegen die Kraft der Ventilfeder 9 öffnet.
Das zweite Einlaßventil 2 soll erfindungsgemäß erst bei höherer Drehzahl der Brennkraftmaschine öffnen. Dies wird durch ein Massenträgheitsventil 20a bewerkstelligt. Dieses besteht aus einem Ventilkörper 21 mit Querbohrung 23. Der Ventilkörper 21 ist axial gleitend in der Ventilbrücke 20 geführt und wird durch eine Druckfeder 24 in einer Stellung gehalten, in der eine Bohrung 25 verschlossen ist, welche die Verbindung der zweiten Kolben-Zylindereinheit 3b mit dem Schmierölkreislauf herstellt. Bei verschlossener Bohrung 25 ist der Druckraum des Kolbens der zweiten Kolben-Zylindereinheit 3b ohne Öl. Bei Betätigung der Ventilbrücke 20 überträgt diese ihre Bewegung zunächst auf den Ventilteller 5 und die Führungshülse 8. Da im Druckraum kein Öl ist, erfolgt keine Bewegung der Druckhülse 6. Die Führungshülse 8 gleitet nur entlang der Druckhülse 6, eine Übertragung der Bewegung von der Druckhülse 6 auf den Ventilschaft 29 ist ausgeschlossen.
Wenn bei Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahl die Beschleunigung der Ventilbrücke 20 infolge der Betätigung durch einen Kipphebel 26 höhere Werte annimmt, wird der Ventilkörper 21 durch die Massenträgheitskraft gegen die rückstellende Kraft der Druckfeder 24 nach oben bewegt und die Querbohrung 23 gibt über die Bohrung 25, die Kolbenbohrung 10 und das Rückschlagventil 11 den Weg des Schmieröls zur zweiten Kolben-Zylindereinheit 3b frei, so daß sich diese ebenso wie die Kolben-Zylindereinheit 3a füllen kann und das zweite Einlaßventil öffnet. Da der Ventilkörper 21 und die Druckfeder 24 ein schwingungsfähiges System darstellen ist in der Ventilbrücke 20 noch eine Drosselbohrung 28 erforderlich, um die Schwingung zum Abklingen zu bringen.
Da das Einlaßventil 1 ständig öffnen soll wird auf die exakte Einhaltung der Steuerzeiten dieses Ventils großer Wert gelegt. Als Besonderheit enthält daher die Kolben-Zylindereinheit 3a noch einen Verdränger 27, um den Zylinderraum klein und damit den Wegverlust durch die Kompressibilität des Schmieröls gering zu halten.

Claims (2)

  1. Hydraulisch geregelte, zwangsgesteuerte Ventilhubbetätigung eines Mehrventilzylinderkopfes mit integriertem Ventilspielausgleich mit mindestens zwei Einlaßventilen (1, 2) bei der jedes Einlaßventil über eine Ventilbrücke (20) unter Zwischenschaltung einer Kolben-Zylindereinheit,(3a, 3b) betätigbar, oder abschaltbar ist und jede Kolben-Zylindereinheit (3a, 3b) über Bohrungen (14) in der Kipphebelwelle (13) dem Kipphebel (26) und der Ventilbrücke (20) mit einem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine kommuniziert, sowie die Kolben - Zylindereinheiten (3a, 3b) je ein Rückschlagventil (11) aufweisen, derart, daß bei Ventilbetätigung ein Rückströmen von Öl aus dem Zylinderraum verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbrücke (20) ein Massenträgheitsventil (20a) aufweist, welches in seiner Ruhestellung die zweite Kolben-Zylindereinheit (3b) vom Schmierölkreislauf trennt und welches bei Überschreitung einer vorgegebenen Motordrehzahl durch die Trägheit seines Ventilkörpers (21) gegen die Kraft einer Druckfeder (24) die Verbindung mit dem Schmierölkreislauf herstellt, so daß in dieser Stellung die zweite Kolben-Zylindereinheit (3b) das zweite Einlaßventil (2) betätigen kann, während die erste Kolben-Zylindereinheit (3a) ständig mit Öl versorgt wird und das erste Einlaßventil (1) permanent bedient.
  2. Zwangsgesteuerte Ventilhubbetätigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die baugleichen Kolben-Zylindereinheiten (3a, 3b) aus einem Kolben (4) gebildet werden, welche eine bauliche Einheit mit dem Federteller (5) bilden und der Federteller auf eine Führungshülse (8) drückt, welche die Ventilfeder (9) belastet und die Führungshülse (8) in einer Druckhülse (6) axial geführt und diese mittels Feder (7) in Position gehalten wird, daß der Kolben (4) eine Kolbenbohrung (10) mit Rückschlagventil (11) aufweist und die Kolbenbohrung (10) der zweiten Kolben-Zylindereinheit (3b) über eine Querbohrung (23) im Massenträgheitsventil (20a) und eine Bohrung (25) in der Ventilbrücke (20) mit dem Schmierölkreislauf verbunden ist, wobei die Querbohrung (23) durch das Massenträgheitsventil (20a) drehzahlabhängig geöffnet bzw. abgesperrt wird.
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