DE10006018A1

DE10006018A1 - Variabler Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10006018A1
Application number: DE10006018A
Authority: DE
Inventors: Frank Himsel
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: US20010052329A1; DE10006018B4; US6386162B2

Abstract

Vorgeschlagen ist ein vollvariabler Ventiltrieb (1) zur drosselfreien Laststeuerung einer Brennkraftmaschine. Besonderes Merkmal der Erfindung ist es, dass ein Übertragungsglied (4) für ein Ventilbetätigungsglied (13) vorgesehen ist, das zweigeteilt hergestellt ist. Zum einen besteht es aus einem mit einem Nocken (2) einenends kommunizierenden Hebel (4a) und andererseits aus einer Klinke (4b). Die Klinke (4b) ist an einem dem Nocken (2) abgewandten Ende (5) des Hebels (4a) verschwenkbeweglich an diesem befestigt. Die Klinke (4b) kommuniziert einerseits mit einem Rastgebirge (15) eines drehbaren Verstellmittels (9). Andererseits wirkt sie auf das Ventilbetätigungsglied (13) durch eine Verschwenkbewegung ein. Diese kann durch eine Lagezuordnung des Rastgebirges (15) in Bezug auf eine Angriffsfläche (12) der Klinke (4b) beeinflusst werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine, vorzugsweise betrifft die Erfindung einen vollvariablen Ventiltrieb zur drosselfreien Laststeuerung der Brennkraftmaschi ne, welcher Ventiltrieb zwischen einem Nocken einer Nockenwelle und zumin dest einem Einlaßventil angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetäti gungsglied, einem Übertragungsglied und einem Verstellmittel zur Beeinflus sung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes, welches Übertragungsglied trieblich zwischen dem Nocken und dem Ventilbetätigungsglied eingebaut ist und eine erste von dem Nocken beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ven tilbetätigungsglied 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 An saugverluste auszuschalten.

So offenbart die DE 195 09 604 A1 einen vollvariablen Schwinghebeltrieb, dessen als weiterer Schwinghebel ausgebildetes Übertragungsglied von einem Exzenter verstellt werden kann. Das Übertragungsglied ist von einer Torsions schenkelfeder als Lost-Motion-Feder beaufschlagt.

Nachteilig ist es bei dem 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 Re gel kaum noch Bauraum zur Unterbringung der vorgenannten Bauteile vorhan den. Somit müssen ungünstigstenfalls aufwändige Änderungen am Zylinder kopfdeckel bis hin zur Motorumgebung realisiert werden. Des Weiteren ist fest zustellen, dass der Hebel bei Beaufschlagung und Verstellung einen sehr komplexen Bewegungsablauf durchläuft, der auslegungstechnisch/rechnerisch nur schwer zu beherrschen ist.

Sehr oft wird bei den in der Literatur beschriebenen vollvariablen Systemen auch lediglich der Einlass-Schließtzeitpunkt geändert, bei gleichzeitiger Varia tionsmöglichkeit einer Hubhöhe des beaufschlagten Gaswechselventils.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Gat tung zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass

- dass das Übertragungsglied zweigeteilt hergestellt ist und aus einem Hebel mit der ersten Angriffsfläche und wenigstens einer Klinke mit der zweiten Angriffsfläche besteht, welche Klinke an einem dem Ventilbetätigungsglied zugewandten Ende des Hebels mit ihrem Schwenkzentrum am Hebel befe stigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche an eine Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes angrenzt, wobei jede Klinke eine dritte Angriffsflä che für das jeweilige Verstellmittel hat, die an einer der zweiten Angriffsflä che abgewandten Seite verläuft, welche dritte Angriffsfläche ein Rastgebir ge 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. Des Weiteren ist festzustellen, dass er einfacher aufgebaut ist, mit einem deutlich vereinfachten Bewegungsablauf bei Verstellung und Noc kenhub. Somit wird die Bauhöhe im Zylinderkopfbereich nicht bzw. nur minimal erhöht, so dass aufwändige Änderungen an Umgebungskonstruktionen der Brennkraftmaschine nicht notwendig sind.

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. Das Rastgebirge befin det sich zudem in vorteilhafter Weise vollkommen innerhalb bzw. unterhalb eines vom Hebel überdachten, ventilseitigen Bauraums. Hierdurch ist ein sehr kompakt bauender Ventiltrieb geschaffen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich zum einen die Dauer der Öff nung 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 Ein laßöffnungszeitpunkt in Richtung spät verlagert werden kann. In diesem Zu sammenhang 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 wer den.

Die an dem einen Ende des Hebels verschwenkbeweglich positionierte Klinke durchfährt bei Verschwenkbewegung des Hebels im Öffnungssinn des Einlaß ventils eine zwischen einer Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes und einem Rastgebirge des Verstellmittels liegenden Bewegungskanal. In Abhän gigkeit einer Verschwenkbewegung des Verstellmittels kann die Klinke im Be wegungskanal zwangsweise in Öffnungsrichtung des Einlaßventils ver schwenkt werden. Dieses zwangsweise Verschwenken in die genannte Öff nungsrichtung erzeugt somit die vollvariable Öffnungsbewegung des Einlaß ventils. Im Nullhubabschnitt rotiert die Klinke lediglich um das Schwenkzentrum des Hebels.

Besonders vorteilhaft ist es nach der Erfindung, wenn aus Symmetriegründen beidseits des Hebels je eine Klinke angeordnet ist. Jede dieser Klinken wirkt dann auf zumindest ein Gaswechselventil mittelbar über je einen Schlepphebel ein. In Fortbildung dieses Vorschlags können die Rastgebirge der zwei Klinken mit unterschiedlichen Hubcharakteristiken ausgestattet werden. Diese Ausge staltung ist zur Ausbildung eines gemischbildenden Dralleffektes im Brennraum nutzbar.

In vorteilhafter Weise ist das Verstellmittel unmittelbar dem Hebel zugeordnet und verläuft in weiterer Fortbildung der Erfindung, nach welcher der Hebel als Kipphebel ausgebildet ist, auf dessen Achse. Denkbar ist es jedoch auch, das Verstellmittel als vollkommen vom Hebel losgelöstes Bauteil auszubilden, wel ches auch von der Fingerform abweichende Geometrie haben kann. Wichtig ist es lediglich, dass das Verstellmittel eine einstellbare Verschwenkbewegung für die Klinke in Öffnungsrichtung des Einlaßventils erzeugt.

Zweckmäßigerweise ist der Nullhubabschnitt des Rastgebirges des Verstell mittels so lang ausgebildet, 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 das Verstell mittel in Bezug auf die dritte Angriffsfläche der Klinke so verdreht wird, dass die dritte Angriffsfläche bei Nockenhub eine Maximalerhöhung des Rastgebirges des Verstellmittels durchfährt. Diese Maximalerhöhung liegt dem hebelseitigen Anfang des Nullhubabschnitts am entferntesten. Eine Verstellung kann wäh rend eines gesamten Nockendurchlaufs realisiert werden.

Gegebenenfalls kann komplett auf den Hebel mit Nockenbeaufschlagung ver zichtet werden. In diesem Fall ist es lediglich wichtig, dass die Klinke die er zwungene räumliche Bewegung im Bewegungskanal durch beispielsweise ei nen Kurbeltrieb o. ä. erfährt.

Erfindungsbestandteil ist es zudem, dass das Ventilbetätigungsglied als Schlepphebel hergestellt sein kann. Mit vom Schutzumfang der Erfindung ein geschlossen 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 Stö ßelstangentrieb appliziert werden.

Um eine permanente Anlage des Hebels am Nocken zu erzielen, ist dieser durch ein Lost-Motion-Element wie eine Schraubenfeder in Nockenrichtung beaufschlagt. Dieses Federmittel soll in vorteilhafter Weise auch in dem vom Hebel überdachten, ventilseitigen Bauraum angeordnet sein. Besonderer Vor teil ist es zusätzlich, dass bei Hubverstellung die Länge dieser Feder, im Ge gensatz zum beschreibungseinleitend zitierten Stand der Technik, nicht mit verstellt wird. Dort erfolgt bei Verstellung in Richtung kleinerer Hub eine uner wünschte Entspannung dieser Feder.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Ventil trieb im Bereich des Nockens und Hebels und

Fig. 2 einen gleich verlaufenden Schnitt, jedoch durch die Klinke.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 offenbart einen variablen Ventiltrieb 1. Dieser dient zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und ist vorzugsweise vollvariabel ausgebildet. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einem Nocken 2 einer Nockenwelle 3. Dabei ist der Nocken 2 gemäß den Fig. 1, 2 in seinem Grundkreiskontakt zu einem Übertragungsglied 4 dargestellt. Das Übertragungsglied 4 ist zwei geteilt ausgebildet und besteht zum einen aus einem Hebel 4a und einer Klinke 4b. Die Klinke 4b ist an einem Ende 5 des Hebels 4a auf einem Schwenkzen trum 6 befestigt. Wie in den Vorteilsangaben zu den Ansprüchen schon ge nannt, ist es zweckmäßig, beidseits des Hebels 4a je eine Klinke 4b anzuord nen, die mittelbar auf je einen Schlepphebel 13a wirkt.

Der Hebel 4a ist hier als Kipphebel hergestellt, der über sein Schwenkzentrum 7 auf einer nicht näher zu erläuternden Achse gelagert ist. Er hat eine erste Angriffsfläche 8. Diese ist hier für einen Kontakt zum Nocken 2 als wälzgela gerte Rolle hergestellt. Ebenfalls auf dem Schwenkzentrum 7 des Hebels 4a ist ein später zu erläuterndes Verstellmittel 9 verschwenkbeweglich gelagert. Die ses ist hier als Drehfinger 9a ausgebildet und erstreckt sich in Richtung zu ei nem vom Hebel 4a überdachten Bauraum 10.

Die Klinke 4b verläuft annähernd senkrecht zum Hebel 4a. Sie hat zum einen eine zweite Angriffsfläche 11, der in Richtung zum Hebel 4a eine dritte An griffsfläche 12 gegenüberliegt. Die zweite Angriffsfläche 11 ist als Teil einer gedachten Zylindermantelfläche um das Schwenkzentrum 7 gefertigt. Sie wirkt auf eine Kontaktfläche 14 eines Ventilbetätigungsgliedes 13, das hier als Schlepphebel 13a hergestellt ist. Diese Kontaktfläche 14 ist hier in nicht näher dargestellter Art und Weise als Rolle ausgebildet. Ebenfalls ist die dritte An griffsfläche 12 der Klinke 4b als Rolle hergestellt.

Auf der Seite der dritten Angriffsfläche 12 hat das Verstellmittel 9 ein Rastge birge 15 (siehe auch Fig. 2). Dieses besteht aus einem hebelseitigen Nullhu babschnitt 15a, einer sich in hebelferne Richtung anschließenden Anlaufflanke 15b und einem folgenden Hubbereich 15c mit einer Maximalerhöhung 16.

Zu erwähnen ist, dass der Schlepphebel 13a einenends auf einem wahlweise hydraulisch ausgebildeten Abstützelement 17 gelagert ist und anderenends auf ein oder mehrere Einlaßventile 18 einwirkt.

Zudem kann sich der Fachmann den Figuren entnehmen, dass der Hebel 4a in Richtung zum Nocken 2 durch ein hier als Schraubenfeder ausgebildetes Fe dermittel 19 beaufschlagt ist. Dieses wirkt einenends auf das Ende 5 des He bels 4a ein und stützt sich anderenends an einem Zylinderkopf 20 der Brenn kraftmaschine ab.

Bei der durch Nockenhub erzwungenen Verschwenkbewegung des Hebels 4a mit Klinke 4b wird dieser eine Bewegung in einem zwischen der Kontaktfläche 14 und dem Rastgebirge 15 liegenden Bewegungskanal 22 aufgezwungen. Gemäß der in den Figuren offenbarten Verdrehstellung des Verstellmittels 9 in Bezug auf die dritte Angriffsfläche 12 wird am Einlaßventil 18 ein Maximalhub erzeugt. Hierfür muß, im Grundkreis des Nockens 2, die dritte Angriffsfläche 12 der Klinke 4b am Anfang der Anlaufflanke 15b stehen. Mit weiterer Ver schwenkbewegung des Hebels 4a durchläuft die dritte Angriffsfläche 12 den Rest des Rastgebirges 15 bis hin zu dessen Maximalerhöhung 16. Hierdurch wird der Klinke 4b eine maximale Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils 18 aufgezwungen. Letzteres öffnet vollständig. Der Klinke 4b wird somit eine Verschwenkbewegung aufgezwungen, die sich zusammensetzt aus eine Verdrehung um die Schwenkachse 7 und einer Rotation um das Schwenkzentrum 6.

Ist beispielsweise ein Nullhub des Einlaßventils 18 gewünscht, so wird das Verstellmittel 9 über ein nicht näher beschriebenes Beaufschlagungsmittel der art entgegen der Uhrzeigerrichtung verdreht, dass die dritte Angriffsfläche 12 an einem Anfang 23 des zylindrischen Nullhubabschnitts 15a liegt. Dieser An fang 23 ist der Maximalerhöhung 16 am weitesten beabstandet. Durch ge schickte Auslegung der Länge des zylindrischen Nullhubabschnitts 15a durch fährt die dritte Angriffsfläche 12 bei Nockenhub den gesamten Nullhubabschnitt 15a. Die Klinke 4b führt lediglich eine Drehbewegung um das Schwenkzentrum 7 entgegen der Uhrzeigerrichtung aus. Somit bleibt das Einlaßventil 18 ge schlossen.

Denkbar sind selbstverständlich auch alle Arten von zwischen den vorbe schriebenen Verstellmöglichkeiten liegenden Verstellungen.

Liste der Bezugszahlen

1

Ventiltrieb

2

Nocken

3

Nockenwelle

4

Übertragungsglied

4

a Hebel, Kipphebel

4

b Klinke

5

Ende

6

Schwenkzentrum

7

Schwenkzentrum

8

erste Angriffsfläche

9

Verstellmittel

9

a Drehfinger

10

Bauraum

11

zweite Angriffsfläche

12

dritte Angriffsfläche

13

Ventilbetätigungsglied

13

a Schlepphebel

14

Kontaktfläche

15

Rastgebirge

15

a Nullhubabschnitt

15

b Anlaufflanke

15

c Hubbereich

16

Maximalerhöhung

17

Abstützelement

18

Einlaßventil

19

Federmittel

20

Zylinderkopf

21

nicht vergeben

22

Bewegungskanal

23

Anfang

Claims

1. Variabler Ventiltrieb (1) zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brenn kraftmaschine, vorzugsweise vollvariabler Ventiltrieb (1) zur drosselfreien Laststeuerung der Brennkraftmaschine, welcher Ventiltrieb (1) zwischen ei nem Nocken (2) einer Nockenwelle (3) und zumindest einem Einlaßventil (18) angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied (13), ei nem Übertragungsglied (4) und einem Verstellmittel (9) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes (4), welches Übertragungsglied (4) trieblich zwischen dem Nocken (2) und dem Ventilbetätigungsglied (13) eingebaut ist und eine erste von dem Nocken (2) beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ventilbetätigungsglied (13) einwirkende Angriffsfläche (8, 11) hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (4) zwei geteilt hergestellt ist und aus einem Hebel (4a) mit der ersten Angriffsfläche (8) und wenigstens einer Klinke (4b) mit der zweiten Angriffsfläche (11) be steht, welche Klinke (4b) an einem dem Ventilbetätigungsglied (13) zuge wandten Ende (5) des Hebels (4a) mit ihrem Schwenkzentrum (6) am Hebel (4a) befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche (11) an eine Kontakt fläche (14) des Ventilbetätigungsgliedes (13) angrenzt, wobei jede Klinke (4b) eine dritte Angriffsfläche (12) für das jeweilige Verstellmittel (9) hat, die an einer der zweiten Angriffsfläche (11) abgewandten Seite verläuft, welche dritte Angriffsfläche (12) ein Rastgebirge (15) des Verstellmittels (9) bei Nockenhub abgreift, dessen Erhebung sich in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (18) erstreckt und wobei das Rastgebirge (15) relativ zur dritten An griffsfläche (12) verlagerbar ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstell mittel (9) als Drehfinger (9a) ausgebildet ist, an dessen der dritten Angriffs fläche (12) zugewandter Seite das Rastgebirge (15) ausgebildet ist, zwi schen welchem Rastgebirge (15) und der Kontaktfläche (14) ein Bewe gungskanal (22) für die Klinke (4b) bei Nockenhub gebildet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastge birge (15) aus einem Nullhubabschnitt (15a), einer sich in Bewegungsrich tung der Klinke (4b) bei Nockenhub anschließenden Anlaufflanke (15b) und einem darauf folgenden Hubbereich (15c) besteht.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullhu babschnitt (15a) zylindrisch ausgebildet ist und eine derartige Länge hat und so durch das Verstellmittel (9) mit seinem hebelseitigen Anfang (23) gegenüber der dritten Angriffsfläche (12) positionierbar ist, dass die Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub erzwungenem Durchfahren des Bewe gungskanals (22) keine Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (18) erfährt.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubbe reich (15c) mit seiner dem Hebel (4a) entfernt liegenden Maximalerhöhung (16) so durch das Verstellmittel (9) gegenüber der dritten Angriffsfläche (12) positionierbar ist, dass an der Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub er zwungenem Durchfahren des Bewegungskanals (22) eine maximale Ver schwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (18) erzeugt ist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4a) als Kipphebel ausgebildet ist, wobei er mit seinem Schwenkzentrum (7) auf einer Achse läuft, die gleichzeitig die Achse für das Verstellmittel (9) bildet.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Elemente erste Angriffsfläche (8), zweite Angriffsfläche (11), dritte Angriffsfläche (12), Kontaktfläche (14) als wahlweise wälzgelagerte Rolle ausgebildet ist.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil betätigungsglied (13) als Schlepphebel (13a) hergestellt ist.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4a) in Richtung zum Nocken (2) durch wenigstens ein Federmittel (19) wie eine Schraubenfeder beaufschlagt ist, welche, im Fall dessen Aus bildung als Kipphebel, einenends auf dessen dem Ventilbetätigungsglied (13) zugewandtes Ende (5) einwirkt, anderenends gegenüber einem Zylin derkopf (20) der Brennkraftmaschine bzw. einem angrenzenden Bauteil ab gestützt ist und in einem von dem Hebel (4a) überdachten, ventilseitigen Bauraum (10) gemeinsam mit dem Nocken (2) liegt.

10. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken welle (3) mit einer Vorrichtung zur Relativverdrehung in Bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad versehen ist.

11. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Klinken (4b) je Hebel (4a) vorgesehen sind, welche den Hebel (4a) in Nockenwel lenrichtung betrachtet einschließen und auf je ein Ventilbetätigungsglied (13) einwirken.