AT512877B1 - Ventilsteuermechanismus - Google Patents

Abstract

Ein Ventilsteuermechanismus weist eine erste, an einer Nockenwelle (1) angeordnete Nocke (2), ein erstes Steuerelement (5), das von der ersten Nocke (2) angetrieben wird, eine zweite an einer Nockenwelle (1) angeordnete Nocke (3), ein zweites Steuerelement (8), das von der zweiten Nocke (3) angetrieben wird, und ein Verbindungsglied (16) auf, auf welches das erste und zweite Steuerelement (5, 8) wirken. Wenigstens ein Steuerelement (8) ist im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung (15) verstellbar. Das Verbindungsglied (16) betätigt einen vom ersten und zweiten Steuerelement (5, 8) angetrieben einen Stößel (21) und ein Angriffspunkt des Stößels (21) liegt am Verbindungsglied (16) zwischen Angriffspunkten der Steuerelemente (5, 8) am Verbindungsglied (16).

Description

österreichisches Patentamt AT512 877B1 2014-02-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Ventilsteuermechanismus mit einer ersten, an einer Nockenwelle angeordneten Nocke, einem ersten Steuerelement, das von der ersten Nocke angetrieben wird, einer zweiten an einer Nockenwelle angeordnete Nocke, einem zweiten Steuerelement, das von der zweiten Nocke angetrieben wird, und einem Verbindungsglied, auf welches das erste und zweite Steuerelement wirken, wobei wenigstens ein Steuerelement im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung verstellbar ist.

[0002] Die Ventilsteuerung von Verbrennungskraftmaschinen erfolgt heutzutage in den meisten Fällen mechanisch über Nockenwellen oder elektrisch oder hydraulisch, wobei der Vorteil mechanischer Steuerungen im einfachen Aufbau liegt, da keine zusätzlichen Einrichtungen, zum Bereitstellen von Strom oder Hydrauliköl und der damit verbundene Energiebedarf, erforderlich sind. Auf der anderen Seite mangelt es bei mechanischen Steuerungen an Möglichkeiten, die Steuerzeiten der Ventilsteuerung zu verändern, um eine Anpassung an variable Drehzahlen und/oder Lasten zu ermöglichen.

[0003] Ein Ventilsteuermechanismus der eingangs genannten Art ist aus der WO 2009/011145 A1 bekannt. Bei diesem Ventilsteuermechanismus können beide Steuerelemente unabhängig voneinander und zeitlich nacheinander auf ein gelenkig gelagertes Verbindungsglied drücken und somit ein Ventil betätigen, wobei ein Steuerelement einstellbar ist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen mechanischen Ventilsteuermechanismus zu schaffen, bei dem die Ventilsteuerzeiten einstellbar sind.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Ventilsteuermechanismus der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, dass das Verbindungsglied vom ersten und zweiten Steuerelement angetrieben einen Stößel betätigt und dass ein Angriffspunkt des Stößels am Verbindungsglied zwischen Angriffspunkten der Steuerelemente am Verbindungsglied liegt.

[0006] Der Hub der beiden Steuerelemente wirkt auf das Verbindungsglied, dessen Bewegung sich somit aus den Bewegungen der beiden Steuerelemente zusammen setzt. Die Bewegung des Verbindungsgliedes wird auf den Stößel übertragen, der dann direkt oder indirekt auf den Ventilteller wirkt. Da wenigstens ein Steuerelement im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung verstellbar ist, kann eine Phasenverschiebung des Hubes des einen Steuerelementes zum Hub des anderen Steuerelementes eingestellt werden.

[0007] Wenn die Phasenverschiebung klein oder Null ist, erfolgt der Hub der beiden Steuerelemente im Wesentlichen gleichzeitig, sodass diese auch im Wesentlichen gleichzeitig über das Verbindungsglied auf den Stößel wirken, wodurch sich insgesamt eine kurze Hubzeit ergibt. Wenn die Phasenverschiebung größer ist, folgt die Hubbewegung des einen Steuerelementes der Hubbewegung des anderen Steuerelementes mit einer gewissen einstellbaren, zeitlichen Verzögerung, wodurch sich insgesamt eine längere Hubzeit ergibt.

[0008] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0009] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt: [0010] Fig. 1 eine schematische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilsteuerme chanismus, [0011] Fig. 2 ein Diagramm mit erfindungsgemäß unterschiedlich einstellbaren Ventilsteuerzei ten und [0012] Fig. 3 ein Detail des Diagramms von Fig. 2 in einem anderen Maßstab.

[0013] In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilsteuermechanismus dargestellt, der eine Nockenwelle 1 mit zwei drehfest daran angeordneten Nocken 2, 3 aufweist. Die Nockenwelle 1 wird in Richtung des Pfeils 4 gedreht. 1 /7 österreichisches Patentamt AT512 877B1 2014-02-15 [0014] Die dargestellte Ausführungsform des Ventilsteuermechanismus weist des Weiteren ein erstes Steuerelement 5 in Form eines rechtwinkelig gebogenen Hebels mit zwei Schenkeln 6, 7 sowie ein zweites Steuerelement 8 auf, das zwei gekröpft und parallel zueinander liegende Schenkel 9, 10 aufweist.

[0015] Das erste Steuerelement 5 ist mit einem ortsfesten Lager 11 schwenkbar gelagert. Das zweite Steuerelement 8 ist in Richtung des Doppelpfeiles 12 verschiebbar und an seinem linken Schenkel 9 auf nicht dargestellte Weise ebenfalls schwenkbar gelagert.

[0016] Die Steuerelemente 5, 8 weisen jeweils eine Rolle 13, 14 auf, wobei das erste Steuerelement 5 auf der ersten Nocke 2 abrollt und das zweite Steuerelement 8 auf der zweiten Nocke 3. An Stelle von Rollen 13, 14 könnte auch eine Gleitlagerung der Steuerelemente 5, 8 auf den Nocken 2, 3 vorgesehen sein. Durch die Drehung der Nockenwelle 1 ergibt sich somit eine Hubbewegung, deren Richtung, vernachlässigt man die Krümmung, die sich durch die schwenkbare Lagerung der Steuerelemente 5, 8 ergibt, im Wesentlichen in Richtung des Doppelpfeiles 15 liegt.

[0017] Der erfindungsgemäße Ventilsteuermechanismus weist des Weiteren ein Verbindungsglied 16 auf, dessen ein Schenkel 17 über ein Lager 18 mit dem ersten Steuerelement 5 schwenkbar verbunden ist. Am freien Ende des anderen Schenkels 19 des Verbindungsgliedes 16 ist eine Rolle 20 gelagert, die auf dem Schenkel 10 des zweiten Steuerelements 8 abrollt.

[0018] Etwa in der Mitte des Verbindungsgliedes 16 liegt ein Stößel 20 über eine Rolle 22 auf dem Verbindungsglied 16 auf. Um ein Abheben der Teile des Mechanismus, die über Rollen auf anderen Teilen aufliegen, zu verhindern, sind nicht dargestellte Federn vorgesehen, welche die Rollen in permanentem Kontakt zu den zugeordneten Teilen zu halten.

[0019] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung könnte beispielsweise die Rolle 20, die auf dem Schenkel 10 des zweiten Steuerelements 8 abrollt, durch ein etwa parallel zum Schenkel 7 ausgerichtetes Zwischenglied ersetzt werden, das mit dem Schenkel 10 und dem Ende 19 des Verbindungsgliedes 16 gelenkig verbunden ist. An Stelle eines gekröpften Steuerelementes 9 könnte auch ein gerades Steuerelement 9 verwendet werden, wobei der Schenkel 19 dann entsprechend länger sein müsste.

[0020] Wenn die Nockenwelle 1 in Richtung des Pfeiles 4 gedreht wird, dann wird in der dargestellten Stellung des zweiten Steuerelementes 8 zuerst das erste Steuerelement 5 von der ersten Nocke 2 hoch gehoben und das zweite Steuerelement 8 erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung von der zweiten Nocke 3. Die Hubbewegungen der Rollen der Steuerelemente 5, 8 werden über das Verbindungsglied 16 auf den Stößel 21 übertragen. Durch Verstellen des zweiten Steuerelements 9 in Richtung des Pfeiles 12 quer zur Hubbewegung der beiden Steuerelemente 5, 8 (Pfeil 15) kann die zeitliche Verzögerung oder Phasenverschiebung, mit der die Steuerelemente 5, 8 von den Nocken 2, 3 hoch gehoben werden eingestellt werden.

[0021] Verschiebt man beispielsweise das Steuerelement 9 in Fig. 1 nach links, kann eine Einstellung erhalten werden, bei welcher der Hub der beiden Steuerelement 5, 8 im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt, wodurch der Hub des Stößels 21 in der kürzest möglichen Zeit erfolgen wird, wogegen er in der in der Fig. 1 dargestellten Stellung des Steuerelements 8 wesentlich langsamer erfolgt.

[0022] In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, das beispielhaft Ventilsteuerzeiten (X-Achse) und Ventilhübe (Y-Achse) zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Ventilsteuermechanismus erzielt werden können. Die linke Kurve 22 kann dabei erzielt werden, wenn der Hub der beiden Steuerelemente 5, 8 wie vorstehend beschrieben im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt, indem die Rolle 14 gegenüber der Rolle 13 so weit wie erforderlich nach links verstellt ist. Es ergibt sich dadurch insgesamt die kürzeste Hubzeit und auch die größte Hubhöhe. Die rechte Kurve 24 wiederum kann beispielsweise durch eine Stellung der Steuerelemente 5, 8 wie in Fig. 1 dargestellt erreicht werden, bei der durch die Phasenverschiebung der Hübe der beiden Steuerelemente 5, 8 die größte Hubzeit, jedoch, durch die in der dargestellten Ausführungsform vorhandene Verdrehung der Nocken 2, 3 zueinander, auch die geringste Hubhöhe erzielt wird. Die Kurven zwi- 2/7 österreichisches Patentamt AT512 877B1 2014-02-15 sehen den Kurven 23 und 24 können durch Zwischenstellungen zwischen den beschriebenen Randstellungen des Steuerelements 8 eingestellt werden.

[0023] In Fig. 2 ist zu sehen, dass die dargestellte Phase oder Zeitspanne, in der ein Ventil beispielsweise geschlossen ist, erfindungsgemäß verlängert bzw. verkürzt werden kann, indem das Steuerelement 9 in Richtung des Doppelpfeiles 12 verschoben wird. Somit kann beispielsweise bei einem Miller-Kreisprozess, bei dem das Einlassventil nach dem Ansaugen erst geschlossen wird, nachdem sich der Kolben schon wieder etwas nach oben bewegt hat, der Zeitpunkt, zu dem dies erfolgt, drehzahl- und/oder leistungsabhängig angepasst werden, ohne den Zeitpunkt 25, zu dem das Ventil wieder geöffnet wird, zu verändern, da dieser durch die Verschiebung des Zeitpunktes, zu dem das Ventil geschlossen wird, nicht beeinflusst wird. Bei der Erfindung wäre es aber möglich, durch eine geeignete Nockenform im Bereich 26 der Nocken 2, 3 auch hier eine Verschiebung des Zeitpunktes 25, zu dem im dargestellten Beispiel ein Ventil geöffnet wird, zu erzielen, sodass es nicht wie in Fig. 2 dargestellt nur zu einer Phasendehnung bzw. -Verkürzung sondern auch zu einer Phasenverschiebung kommt.

[0024] Das Ausmaß der Hubhöhe und auch der Verlauf der Kurven zwischen ihrem Maximum und Minimum kann durch das Profil der Nocken 2, 3 und deren Versatz in Drehrichtung innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden.

[0025] Eine zusätzliche Verstellmöglichkeit ergibt sich, wenn der Drehwinkel bzw. Phasenwinkel einer der Nocken 2, 3 gegenüber der anderen Nocke 3, 2 verstellbar ist. Alternativ ist es bei der Erfindung auch möglich, die Nocken 2, 3 nicht auf einer gemeinsamen Nockenwelle 1 anzuordnen sondern auf getrennten Nockenwellen, die im Wesentlichen synchron gedreht werden, wobei aber durch Änderung des Phasenwinkels der beiden Nockenwellen zueinander ebenfalls eine Änderung des Phasenwinkels der Nocken 2, 3 zueinander möglich ist. 3/7

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT512 877B1 2014-02-15 Patentansprüche 1. Ventilsteuermechanismus mit einer ersten, an einer Nockenwelle (1) angeordneten Nocke (2), einem ersten Steuerelement (5), das. von der ersten Nocke (2) angetrieben wird, einer zweiten an einer Nockenwelle (1) angeordnete Nocke (3), einem zweiten Steuerelement (8), das von der zweiten Nocke (3) angetrieben wird, und einem Verbindungsglied (16),. auf welches das erste und zweite Steuerelement (5, 8) wirken, wobei wenigstens ein Steuerelement (8) im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung (15) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (16) vom ersten und zweiten Steuerelement (5, 8) angetrieben einen Stößel (21) betätigt und dass ein Angriffspunkt des Stößels (21) am Verbindungsglied (16) zwischen Angriffspunkten der Steuerelemente (5, 8) am Verbindungsglied (16) liegt.
2. 2. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Nocke (2, 3) an einer gemeinsamen Nockenwelle (1) angeordnet sind.
3. 3. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel wenigstens einer Nocke (2, 3) einstellbar ist.
4. 4. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Nocke (2, 3) an separaten Nockenwellen angeordnet sind.
5. 5. Ventilsteuermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Steuerelement (5, 8) über eine Rolle (13, 14) an der ersten bzw. zweiten. Nocke (2, .3) abrollen.
6. 6. Ventilsteuermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Steuerelement (5) ein Hebel ist, der an einem Ende ortsfest gelagert ist und mit dem anderen Ende am Verbindungsglied (16) angreift.
7. 7. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Steuerelements (5) über ein Gelenk (.18) mit dem Verbindungsglied (16) verbunden ist.
8. 8. Ventilsteuermechanismus nach, einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung verstellbare Steuerelement (8) einen im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung (15) ausgerichteten Schenkel (10) aufweist an dem das Verbindungsglied (16) entlang rollt oder gleitet.
9. 9. Ventilsteuermechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wesentlichen quer zu seiner Hubrichtung (15) verstellbare Steuerelement (8) über ein gelenkig gelagertes Zwischenglied am Verbindungsglied (16) angreift. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 4/7