DE10006016B4

DE10006016B4 - Variabler Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10006016B4
Application number: DE2000106016
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Himsel (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: DE10006016A1

Abstract

Variabler Ventiltrieb (1) zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, der zwischen einem Nocken (2) einer Nockenwelle (3) und zumindest einem Einlaßventil (17) angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied (12), einem Übertragungsglied (4) und einem Verstellmittel (8) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes (4), wobei das Übertragungsglied (4) trieblich zwischen dem Nocken (2) und dem Ventilbetätigungsglied (12) eingebaut ist und eine erste von dem Nocken (2) beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ventilbetätigungsglied (12) einwirkende Angriffsfläche (9, 10) hat, zweiteilig ist und aus einem Schwinghebel (4a) mit der ersten Angriffsfläche (9) und zumindest einer Klinke (4b) mit der zweiten Angriffsfläche (10) besteht, wobei die Klinke (4b) an einem dem Ventilbetätigungsglied (12) zugewandten freien Ende (5) des Schwinghebels (4a) mit ihrem Schwenkzentrum (6) befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche (10) im wesentlichen in Erstreckungsrichtung einer Kontaktfläche (13) des Ventilbetätigungsgliedes (12) verläuft, wobei die Klinke (4b) eine dritte Angriffsfläche (11) für das Verstellmittel...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, der zwischen einem Nocken einer Nockenwelle und zumindest einem Einlaßventil angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied, einem Übertragungsglied und einem Verstellmittel zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes, wobei das Übertragungsglied trieblich zwischen dem Nocken und dem Ventilbetätigungsglied eingebaut ist und eine erste von dem Nocken beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ventilbetätigungsglied einwirkende Angriffsfläche hat.
Hintergrund der Erfindung
Die Vorteile der drosselfreien Laststeuerung über vollvariable Ventiltriebe sind der Fachwelt hinreichend bekannt. Durch die Entdrosselung gelingt es, die ansonsten über weite Lastzustände der Brennkraftmaschine auftretenden Ansaugverluste auszuschalten.
Ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art geht aus der FR 2 472 078 A1 hervor, wobei das Übertragungsglied konstruktiv ähnlich einem Pleuel eines Kurbeltriebs mit daran angelenktem Kolben in Form eines die erste Ventilbetätigungsfläche aufweisenden Tassenstößels ausgebildet ist.
Die ebenfalls gattungsgemäße DE 195 09 604 A1 offenbart einen vollvariablen Schwinghebeltrieb, dessen als weiterer Schwinghebel ausgebildetes Übertragungsglied von einem Exzenter verstellt werden kann. Das Übertragungsglied ist von einer Torsionsschenkelfeder als Lost-Motion-Feder beaufschlagt.
Nachteilig ist es bei diesem vorbekannten Ventiltrieb hauptsächlich, dass er durch die aufrechte Lage seines Übertragungsgliedes mit oben liegendem Exzenter unerwünscht hoch baut. Gerade in diesem Zylinderkopfbereich ist in aller Regel kaum noch Bauraum zur Unterbringung der vorgenannten Bauteile vorhanden. Somit müssen ungünstigstenfalls aufwändige Änderungen am Zylinderkopfdeckel bis hin zur Motorumgebung realisiert werden. Des Weiteren ist festzustellen, dass der Hebel bei Beaufschlagung und Verstellung einen sehr komplexen Bewegungsablauf durchläuft, der steuerungstechnisch nur schwer zu beherrschen ist.
Sehr oft wird bei den in der Literatur beschriebenen vollvariablen Systemen auch lediglich der Einlass-Schließtzeitpunkt geändert, bei gleichzeitiger Variationsmöglichkeit einer Hubhöhe des beaufschlagten Gaswechselventils.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Gattung zu schaffen, der eine konstruktiv alternative Ausgestaltung aufweist bzw. bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Übertragungsglied zweiteilig ist und aus einem Schwinghebel mit der ersten Angriffsfläche und zumindest einer Klinke mit der zweiten Angriffsfläche besteht, wobei die Klinke an einem dem Ventilbetätigungsglied zugewandten freien Ende des Schwinghebels mit ihrem Schwenkzentrum befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche parallel zu einer bzw. in Erstreckungsrichtung einer Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes verläuft, wobei die Klinke eine dritte Angriffsfläche für das Verstellmittel hat, die an einer der zweiten Angriffsfläche abgewandten Seite angeordnet ist, wobei die dritte Angriffsfläche ein Rastgebirge des Verstellmittels bei Nockenhub abgreift, dessen Erhebung sich. in Öffnungsrichtung des Einlaßventils erstreckt und wobei das Rastgebirge relativ zur dritten Angriffsfläche verlagerbar ist.
Hierdurch ist ein vorzugsweise vollvariabler Ventiltrieb geschaffen, der eine deutlich geringere Bauhöhe gegenüber dem beschreibungseinleitend zitierten Ventiltrieb hat. Somit wird die Bauhöhe im Zylinderkopfbereich nicht bzw. nur minimal erhöht, so dass aufwändige Änderungen an Umgebungskonstruktionen der Brennkraftmaschine nicht notwendig sind. Höchstliegendes Bauteil ist vorzugsweise der Drehfinger als Verstellmittel, wobei der Nocken bevorzugt seitlich angeordnet ist. Hierdurch ist ein sehr kompakt bauender Ventiltrieb geschaffen.
Des Weiteren ist festzustellen, dass der Ventiltrieb einfacher als der im gattungsbildenden Dokument beschriebene aufgebaut ist, mit einem deutlich simplifizierten Bewegungsablauf bei Verstellung und Nockenhub. Signifikanter Unterschied zu dem gattungsbildenden Stand der Technik ist es, dass durch die spezielle Anordnung des Rastgebirges auf dem Verstellmittel dieses Rastgebirge bei Ventilhub nicht mitbewegt wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich zum einen die Dauer der Öffnung des wenigstens einen beaufschlagten Einlaßventils als auch die Höhe des Ventilhubs stufenlos verstellen. Vorteilhaft gegenüber einigen weiteren im Stand der Technik beschriebenen Systemen ist es zudem, dass auch der Einlaßöff nungszeitpunkt in Richtung spät verlagert werden kann. In diesem Zusammenhang ist es vorgeschlagen, die Nockenwelle mit einer Vorrichtung zu ihrer Relativverdrehung an sich bekannter Bauart zu versehen. Hierdurch kann auch eine evtl. gewünschte Rückverstellung in Richtung „früh" realisiert werden.
Die an dem freien (verschwenkenden) Ende des Schwinghebels positionierte Klinke durchfährt bei dessen Verschwenkbewegung durch Nockenhub eine zwischen einer Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes und dem Rastgebirge der Klinke liegenden Bewegungskanal. Im Nullhubabschnitt vollzieht sie lediglich eine rotatorische Bewegung um die Achse des Schwinghebels. Hierzu ist ihre zweite Angriffsfläche vorteilhafterweise als gedachte Zylinderfläche um die o. g. Achse ausgebildet. In Abhängigkeit einer durch das Rastgebirge erzwungenen Verschwenkbewegung der Klinke im Bewegungskanal in Öffnungsrichtung des Einlaßventils vollzieht das Ventilbetätigungsglied und somit das Einlaßventil einen Hub. Der vorgenannten rotatorischen Bewegung um die Achse wird eine Drehbewegung um das Schwenkzentrum der Klinke hinzugefügt. Durch dieses einstellbare, zwangsweise Verschwenken in die genannte Öffnungsrichtung ist die vollvariable Öffnungsbewegung des Einlaßventils herstellbar.
In vorteilhafter Weise ist der Drehfinger auf einer Achse mit dem Schwinghebel positioniert. Es ist jedoch auch vorgesehen, dem Drehfinger eine separate Lagerung zuzuordnen, die unmittelbar in der Nähe der Klinke verläuft. Auch kann er von der Fingerform abweichende Geometrie haben. Wichtig ist es lediglich, dass er eine einstellbare Verschwenkbewegung für die Klinke in Öffnungsrichtung des Einlaßventils erzeugt. Insgesamt gesehen sind zur Erzeugung der variablen Hubbewegung des wenigstens einen Einlaßventils sämtliche Oberflächen des Rastgebirges, der dritten Angriffsfläche, der zweiten Angriffsfläche sowie der Kontaktfläche aufeinander abstimmbar und heranzuziehen.
Zweckmäßigerweise hat der Nullhubabschnitt des Rastgebirges eine solche Bogenlänge bzw. einen derartigen Radius, dass bei entsprechender Positionierung der Klinke hierzu ein Nullhub bzw. lediglich ein Minimalhub am Einlaßventil erzeugt ist. Somit kann das gesamte System auch zur Ventil- bzw. Zylinderabschaltung benutzt werden.
Ein höchster Ventilhub am Einlaßventil wird dann erzeugt, wenn der Drehfinger derartig in Bezug auf die dritte Angriffsfläche der Klinke verdreht wird, dass die dritte Angriffsfläche bei Nockenhub eine Maximalerhöhung des Rastgebirges durchfährt. Diese Maximalerhöhung liegt am nockenfernen Abschnitt des Drehfingers. Eine Verdrehung dieses Drehfingers kann während sämtlicher Nockenhubphasen realisiert werden.
Gegebenenfalls kann komplett auf den Nocken verzichtet werden. In diesem Fall ist es lediglich wichtig, dass die Klinke die erzwungene Bewegung im Bewegungskanal durch beispielsweise einen Kurbeltrieb o. ä. erfährt.
Erfindungsbestandteil ist es zudem, dass das Ventilbetätigungsglied als Schlepphebel hergestellt sein kann. Mit vom Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen sind auch Ventilbetätigungsglieder, die beispielsweise als Kipp- bzw. Schwinghebel oder aber auch als Tassenstößel hergestellt sind. Des Weiteren kann der vorschlagsgemäße variable Ventiltrieb auch in einem Stößelstangentrieb appliziert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dann gegeben, wenn beidseitig des Schwinghebels je eine Klinke angeordnet wird. Jede Klinke wirkt dann auf zumindest je ein Einlaßventil über ein Ventilbetätigungsglied ein. Dabei können die zwei notwendigen Verstellmittel zueinander ein unterschiedlich ausgebildetes Rastgebirge aufweisen.
Um eine permanente Anlage des Schwinghebels am Nocken zu erzielen, ist dieser durch ein Lost-Motion-Element wie eine Spiraldrehfeder in Nockenrichtung beaufschlagt. Diese kann auf der Achse für den Schwinghebel verlaufen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur eine schematische Seitenansicht auf den erfindungsgemäßen Ventiltrieb.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 offenbart einen variablen Ventiltrieb 1. Dieser dient zur drosselfreien Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und ist vorzugsweise vollvariabel ausgebildet. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einem seitlich positionierten Nocken 2 einer Nockenwelle 3. Dabei ist der Nocken 2 in seinem Grundkreiskontakt zu einem Übertragungsglied 4 dargestellt. Das Übertragungsglied 4 ist zweigeteilt ausgebildet und besteht zum einen aus einem Schwinghebel 4a und zum anderen aus einer Klinke 4b. Die Klinke 4b ist am freien Ende 5 des Schwinghebels 4a mit ihrem Schwenkzentrum 6 befestigt. Es können jedoch auch zwei Klinken 4b vorgesehen sein, welche den Schwinghebel 4a einschließen (siehe Vorteilsangaben).
Ein Schwenkzentrum des Schwinghebels 4a verläuft auf einer nicht näher zu erläuternden, oben liegenden Achse 7, gemeinsam mit einem Verstellmittel 8. Letzteres ist hier als Drehfinger 8a ausgebildet und erstreckt sich in etwa parallel zur Klinke 4b. Es ist somit das höchstliegende Bauteil im erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1. Dieser baut vorteilhafterweise nicht höher als nichtvariable Ventiltriebe.
Im Bereich des freien Endes 5 hat der Schwinghebel 4a eine erste Angriffsfläche 9. Diese ist für einen Kontakt zum Nocken 2 als walzgelagerte Rolle hergestellt. Die Klinke 4b verläuft annähernd orthogonal zum Schwinghebel 4a. Sie hat zum einen eine zweite Angriffsfläche 10, der in Richtung zum Drehfinger 8a eine dritte Angriffsfläche 11 an der Klinke 4b gegenüberliegt. Die zweite Angriffsfläche 10 erstreckt sich in etwa in Längsrichtung eines Ventilbetätigungsgliedes 12, das hier als Schlepphebel 12a hergestellt ist. Sie ist als gedachte Zylindermantelfläche um die Achse 7 hergestellt. Die zweite Angriffsfläche 10 wirkt somit auf eine Kontaktfläche 13 des Schlepphebels 12a ein. Diese ist hier als Rolle zur Reibungsminderung ausgebildet. Ebenfalls ist die dritte Angriffsfläche 11 als Rolle hergestellt.
Auf der Seite der dritten Angriffsfläche 11 hat der Drehfinger 8a ein Rastgebirge 14. Dieses besteht aus einem kreisförmigen Nullhubabschnitt 14a, einer sich in nockenferne Richtung anschließenden Anlaufflanke 14b und einem folgenden Hubbereich 14c mit einer Maximalerhöhung 15. Der Hubbereich 14c ist aus der Kreisbahn des Nullhubabschnitts 14a weggeführt und als Keilfläche ausgebildet.
Zu erwähnen ist, dass der Schlepphebel 12a einenends auf einem wahlweise hydraulisch ausgebildeten Abstützelement 16 gelagert ist und anderenends auf ein oder mehrere Einlaßventile 17 einwirkt.
Um eine permanente Anlage am Nocken 2 zu gewährleisten, ist der Schwinghebel 4a von einer zeichnerisch nicht offenbarten Feder wie einer Spiraldrehfeder beaufschlagt. Diese kann auf der Achse 7 verlaufen.
Bei der durch Nockenhub erzwungenen Verschwenkbewegung des Schwinghebels 4a mit Klinke 4b wird letzterer eine Bewegung in einem zwischen der Kontaktfläche 13 und dem Rastgebirge 14 liegenden Bewegungskanal 18 aufgezwungen. Diese besteht, bis auf den Nullhubmodus, aus einer Drehbewegung um die Achse 7 und einer dieser überlagerten Verschwenkbewegung um das Schwenkzentrum 6. Gemäß der hier gezeichneten Verdrehstellung des Drehfingers 8a in Bezug auf die dritte Angriffsfläche 11 wird am Einlaßventil 17 ein Minimalhub erzeugt. Hierfür muß, zweckmäßigerweise im Grundkreis des Nockens 2, die dritte Angriffsfläche 11 der Klinke 4b am entgegen der Uhrzeigerrichtung liegenden Anfang des Nullhubabschnitts 14a stehen. Mit weiterer Verschwenkbewegung des Schwinghebels 4a durchläuft die dritte Angriffsfläche 11 weitestgehend lediglich die Kreisbahn des Nullhubabschnitts 14a bis maximal an die Anlaufflanke 14b heran. Das Einlaßventil 17 bleibt geschlossen bzw. öffnet lediglich minimal wie angedeutet.
Ist beispielsweise ein Vollhub des Einlaßventils 17 gewünscht, so wird der Drehfinger 8a über ein nicht näher beschriebenes Beaufschlagungsmittel derart entgegen der Uhrzeigerrichtung verdreht, dass die dritte Angriffsfläche 11 bei Nockenhub bis in einen Bereich der Maximalerhebung 15 des Hubbereiches 14c gelangt. Somit wird der Klinke 4b neben ihrer Drehbewegung um die Achse 7 im Bewegungskanal 18 gleichzeitig eine maximale Verschwenkbewegung um ihr Schwenkzentrum 6, entgegen der Uhrzeigerrichtung, aufgezwungen. Das Einlaßventil 17 öffnet vollständig.
Denkbar sind selbstverständlich auch alle Arten von zwischen den vorbeschriebenen Verstellmöglichkeiten liegenden Verstellungen.

1: Ventiltrieb
2: Nocken
3: Nockenwelle
4: Übertragungsglied
4a: Schwinghebel
4b: Klinke
5: freies Ende
6: Schwenkzentrum
7: Achse
8: Verstellmittel
8a: Drehfinger
9: erste Angriffsfläche
10: zweite Angriffsfläche
11: dritte Angriffsfläche
12: Ventilbetätigungsglied
12a: Schlepphebel
13: Kontaktfläche
14: Rastgebirge
14a: Nullhubabschnitt
14b: Anlaufflanke
14c: Hubbereich
15: Maximalerhöhung
16: Abstützelement
17: Einlaßventil
18: Bewegungskanal

Claims

Variabler Ventiltrieb (1) zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, der zwischen einem Nocken (2) einer Nockenwelle (3) und zumindest einem Einlaßventil (17) angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied (12), einem Übertragungsglied (4) und einem Verstellmittel (8) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes (4), wobei das Übertragungsglied (4) trieblich zwischen dem Nocken (2) und dem Ventilbetätigungsglied (12) eingebaut ist und eine erste von dem Nocken (2) beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ventilbetätigungsglied (12) einwirkende Angriffsfläche (9, 10) hat, zweiteilig ist und aus einem Schwinghebel (4a) mit der ersten Angriffsfläche (9) und zumindest einer Klinke (4b) mit der zweiten Angriffsfläche (10) besteht, wobei die Klinke (4b) an einem dem Ventilbetätigungsglied (12) zugewandten freien Ende (5) des Schwinghebels (4a) mit ihrem Schwenkzentrum (6) befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche (10) im wesentlichen in Erstreckungsrichtung einer Kontaktfläche (13) des Ventilbetätigungsgliedes (12) verläuft, wobei die Klinke (4b) eine dritte Angriffsfläche (11) für das Verstellmittel (8) hat, die an einer der zweiten Angriffsfläche (10) abgewandten Seite angeordnet ist, wobei die dritte Angriffsfläche (11) ein Rastgebirge (14) des Verstellmittels (8) bei Nockenhub abgreift, dessen Erhebung sich in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) erstreckt und wobei das Rastgebirge (14) relativ zur dritten Angriffsfläche (11) verlagerbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (8) als ein Drehfinger (8a) ausgebildet ist, an dessen der dritten Angriffsfläche (11) zugewandter Seite das Rastgebirge (14) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Rastgebirge (14) und der Kontaktfläche (13) ein Bewegungskanal (18) für die Klinke (4b) bei Nockenhub gebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastgebirge (14) aus einem kreisbogenförmigen Nullhubabschnitt (14a), einer sich in Bewegungsrichtung der Klinke (4b) bei Nockenhub anschließenden Anlaufflanke (14b) und einem darauf folgenden keilartigen Hubbereich (14c) besteht.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullhubabschnitt (14a) eine derartige Bogenlänge und einen Radius hat und so durch den Drehfinger (8a) mit seinem nockenseitigen Anfang gegenüber der dritten Angriffsfläche (11) positionierbar ist, dass die Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub erzwungenem Durchfahren des Bewegungskanals (18) keine Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) erfährt.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubbereich (14c) mit seiner nockenfernen Maximalerhöhung (15) so durch den Drehfinger (8a) gegenüber der dritten Angriffsfläche (11) positionierbar ist, dass an der Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub erzwungenem Durchfahren des Bewegungskanals (18) eine maximale Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) erzeugt wird.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehfinger (8a) und der Schwinghebel (4a) auf einer gemeinsamen Achse (7) gelagert sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Elemente erste Angriffsfläche (9), zweite Angriffsfläche (10), dritte Angriffsfläche (11) und Kontaktfläche (13) als wahlweise wälzgelagerte Rolle ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsglied (12) als Schlepp- oder Schwinghebel (12a) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinghebel (4a) des Übertragungsgliedes (4) in Richtung zum Nocken (2) hin durch wenigstens ein Federmittel wie eine Spiraldrehfeder beaufschlagt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinghebel (4a) so angeordnet ist, dass er im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung des Gaswechselventils (17) verläuft, d. h. dass deren gedachte Verlängerungen sich in einem spitzen Winkel schneiden
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (3) mit einer Vorrichtung zur Relativverdrehung in Bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad versehen ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Angriffsfläche (10) der Klinke (4b) als gedachte Zylindermantelfläche um eine Achse (7) des Schwinghebels (4a) hergestellt ist.