DE10041466A1 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Um bei einem Ventiltrieb für ein oder mehrere Gaswechselventile (A, E) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem schaltbaren Kipphebel (1), der mit einer Stoßstange (3) gelenkig verbunden ist, diese Stoßstange (3) mit einer einen Schwinghebel (5), einen Exzenter (4), eine um 360 DEG verdrehbare Exzenterwelle (9) und eine am Nocken (6) einer Nockenwelle (7) laufende Rolle (8) umfassende Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist, bei gleichzeitiger Förderbeginnverstellung mittels einer Exzenterverstellung zu erreichen, dass die Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahl- und lastunabhängig über den gesamten Verstellbereich während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist, ist vorgesehen, dass zur Kompensation einer Ventilspieländerung in Folge der Stellung des Schwinghebels (5) im Verstellbereich der Stelleinrichtung in der Kraftübertragungskette des Ventiltriebes zwischen der auf der Nockenwelle (7) laufenden Rolle (8) und einschließlich dem Kipphebel (1) mindestens ein elastisches Längenänderungsausgleichsglied (15 bis 18) für den Abstand zwischen Kipphebel (1, 2) und Rolle (8) am Nocken (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für ein oder mehrere Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Es ist allgemein bekannt, dass die Güte des Ladungswechsels, also das Füllen und Entleeren des Zylinders sehr die Hubraumleistung des Motors beeinflusst. Aus der DE 43 30 913 A1 ist ein gattungsbildender Ventiltrieb zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und der Kraftstoffansaugsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt geworden. Dieser Ventiltrieb umfasst im wesentlichen einen Kipphebel, der mit einem Hebelarm auf ein Ventil einwirkt und mit seinem anderen Hebelarm mit einer Stosstange gelenkig verbunden ist, diese wiederum mit einer Stelleinrichtung in Wirkverbindung gebracht ist. Die Stelleinrichtung umfasst je Ventil einen auf einem Exzenter schwingenden Schwinghebel, welcher eine Verbindung zwischen der auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle und einer Exzenterwelle derart herstellt, dass durch ein Verdrehen der Exzenterwelle eine veränderliche Position der Rolle auf dem Nockengrundkreis erzielbar ist, was zu veränderlichen Ventilsteuerzeiten führt, so dass zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung beispielsweise eines Dieselmotors an verschiedene Lastzustände sowohl an einen schadstoffarmen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb möglich wird.

Die Nockenwelle setzt nun bekanntlich den Ventiltrieb in Bewegung. Die Übertragung grosser Kräfte gelingt in der Regel mit einem sogenannten Rollenstössel, da die Rolle auf dem Nocken abrollen kann. Die Stossstange überträgt die Kraft vom Stössel auf den Kipphebel, der das Ventil betätigt. Am Kipphebel wird in der Regel das Ventilspiel eingestellt, das so gross gewählt werden muss, dass bei betriebswarmer Maschine zwischen Kipphebel und Ventil noch ein geringes Spiel vorhanden ist, damit das Ventil mit Sicherheit dicht schliesst. Ein undichtes Ventil würde durch die mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden heissen Gase schnell verbrannt und unbrauchbar werden.

In diesem Zusammenhang sind auch hydraulische Stössel hinreichend bekannt, die das Einstellen des Ventilspiels ersparen.

Ohne weitere Massnahmen führt jedoch bei einer Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten mit Hilfe einer voran beschriebenen Exzenterverstellung an der Schwinghebeldrehachse die vorgegebene Exzenterwellen-, Nockenwellen- und Stossstangenlage zu einer Ventilschwinghebelkinematik, die nur die extremen Einstellungen "früher Öffnungszeitpunkt" und "später Öffnungszeitpunkt" zulässt, da sich auf den dazwischenliegenden Exzenterstellungen, also zumindest in den zwischen den beiden Extremen einer 360°-Drehung befindlichen Mittellagen je nach Drehrichtung der Exzenterwelle entweder eine Restöffnung der Ventile oder ein vergrössertes Ventilspiel einstellt. Aus diesem Grunde ist eine Verstellung des Exzenters zumindest von einer extremen Einstellung zur anderen während des Motorlaufs ohne weiteres, bzw. ohne folgende Kolbenbeschädigung nicht möglich.

Bei dem Ventiltrieb gemäss der DE 43 30 913 A1 ist deshalb eine aufwendigere Schwinghebelkinematik vorgesehen, derart, dass in den Mittellagen zwischen den oben beschriebenen Extremen der Schwinghebel gegenüber der Stossstange abgeknickt ist. Die Verkürzung der Verbindungslinie zwischen Kipphebel und Rolle in den Knicklagen folgt somit der Krümmung des Nockengrundkreises, so dass zwar Ventilspieländerungen kleiner ausfallen, jedoch nicht vollständig kompensiert werden können.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsbildenden Ventiltrieb mit einer Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten bei gleichzeitiger Förderbeginnverstellung mittels einer Exzenterverstellung derart weiterzubilden, dass die Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahl- und lastunabhängig über den gesamten Verstellbereich während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der angestrebte Ventilspieländerungsausgleich findet im Gegensatz zum Gegenstand der DE 43 30 913 A1 nicht über eine aufwendige Schwinghebelkinematik, sondern im Ventiltrieb selbst statt.

Vorteile

Die bereits konzeptbedingten Vorteile eines gattungsbildenden Ventiltriebes, also die Vorteile einer Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten bei gleichzeitiger Förderbeginnverstellung mit Hilfe einer Exzenterverstellung, wie niedriger Kraftstoffverbrauch, niedrige Abgasemissionen, kostengünstiges Konzept und gleiche Bauteile für Reihen- und V-Motor können durch die erfindungsgemässe Weiterbildung erst sinnvoll genutzt und auch deutlich verbessert werden.

Dadurch dass zur Kompensation der konzeptbedingten Ventilspieländerung in Folge der Stellung des Schwinghebels im Verstellbereich der Stelleinrichtung in der Kraftübertragungskette des Ventiltriebes zwischen der auf der Nockenwelle laufenden Rolle und einschliesslich dem Kipphebel mindestens ein elastisches Längenänderungausgleichglied für den Abstand zwischen Kipphebel und Rolle am Nocken vorgesehen ist, kann die Verstellung, d. h. die Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahl- und lastunabhängig während des Motorlaufs vorgenommen werden, da die konzeptbedingte Ventilspieländerung mittels des oder der Längenänderungausgleichgliedes oder -glieder vollständig kompensiert wird.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als elastisches Längenänderungausgleichglied ein hydraulisches Spielausgleichselement verwendet, jedoch sind ähnlich wirkende Elemente, wie beispielsweise pneumatische Spielausgleichselemente denkbar.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass hydraulische Spielausgleichselemente in vielfachen Ausführungen zum Stand der Technik zählen und für den Fachmann einfach zur Gestaltung des Erfindungsgegenstandes verwendbar sind.

So zeigt beispielsweise die DE 196 08 651 A1 einen Ventiltrieb für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen, bei dem ein hydraulisches Spielausgleichselement im Kipphebel an dessen dem Ventilschaft zugewandten Ende dazu verwendet wird, um den Kipphebel schaltbar zu machen, derart, dass ein Ventilhub oder ein Leerhub vollziehbar wird. Im vorliegenden Fall ist das hydraulische Spielausgleichelement so ausgebildet, dass auf zusätzliche Ölversorgung verzichtet werden kann, die Verwendung von Spielausgleichselementen, die über Kanäle mit Drucköl, insbesondere mittels der Ölpumpe des Motors beaufschlagbar sind, ist genauso realisierbar, jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.

In die "ruhende Seite", also nicht die "schwingende Seite" des Ventiltriebes ist oder sind mindestens ein oder eben mehrere Längenänderungausgleichglieder integriert, also alternativ einzeln oder in der Kombination beispielsweise in der Stossstange im Bereich der laufenden Rolle, also im Anlenkbereich des Schwinghebels an die Stossstange, und/oder im mittleren Bereich der Stossstange und/oder im Kipphebel im Anlenkbereich der Stossstange an den Kipphebel vorgesehen.

Aufgrund dieser Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ventiltriebes kann als weiterer Vorteil eine Ventilspieleinstellung ganz entfallen.

Eine weitere bevorzugte Positionierung eines Längenänderungausgleichgliedes im Ventiltrieb ist in der Ausbildung als Druckstück an Kipphebellagerpunkten zu sehen. Diese Ausbildung bietet sich insbesondere für erfindungsgemässe Ventiltriebe an, die gabelartig ausgebildete Kipphebel verwenden, wie es in der DE 198 01 866 A1 beschrieben ist, die Kipphebel also einerseits mit jeweils einem fingerartigen Arm mit jeweils einem gemeinsam betätigbaren Ventil und andererseits mit einem Hebelarm mit der Stossstange wirkverbunden sind und mittels mindestens zweier Lagerpunkte schwenkbar auf dem Zylinderkopf gelagert sind.

Die Ausbildung als Druckstück kann als einziges Längenänderungausgleichglied im Ventiltrieb angesehen werden, oder kann jedoch auch beliebig mit Längenänderungausgleichglieder in den voran beschriebenen Teilen des Ventiltriebes kombiniert werden.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht nur einen Ventiltrieb für ein Ventil, bzw. ein Paar von Ventilen, sondern auch die Vervielfachung entsprechend der Anzahl der Ventile des Motors umfasst, so wie es auch in der DE 43 30 913 A1 vorgesehen ist.

Die Erfindung soll nachfolgend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt schematisch, die

Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemässen Ventiltriebes mit Schwinghebelkinematik für je zwei Ein- und Auslassventile, sowie eine Schwinghebelkinematik für die Kraftstoffzuführung und die Fig. 2 eine zur Fig. 1 analoge Darstellung eines erfindungsgemässen Ventiltriebes, für diesen jedoch Kipphebel gemäss der DE 198 01 866 A1 zur Anwendung kommen.

Der Ventiltrieb sowohl gemäss Fig. 1 als auch Fig. 2 beinhaltet je einen Kipphebel 1a und 1b (Fig. 1), 2a und 2b (Fig. 2), der mit einem Hebelarm auf zwei Aus- (A), bzw. zwei Einlassventile (E) einwirkt und mit seinem anderen Hebelarm mit einer Stossstange 3a, 3b gelenkig verbunden ist. Die Stossstange 3a, 3b wiederum ist andererseits mit einer Stelleinrichtung zur Änderung des Öffnungszeitpunktes verbunden.

Diese Stelleinrichtung umfasst einen auf einem Exzenter 4a, b schwingenden Schwinghebel 5a, b, welcher eine Verbindung zwischen der auf einem Nocken 6a 6b einer Nockenwelle 7 laufenden Rolle 8a, b und einer Exzenterwelle 9 derart herstellt, so dass durch ein Verdrehen der Exzenterwelle um bis zu 360° eine veränderliche Position der Rolle 8a, b auf dem Grundkreis der Nockenwelle 7 erzielbar ist und so veränderliche Ventilsteuerzeiten erzielt.

Desweiteren ist auf der Nockenwelle 7 ein weiterer Nocken 10 zur Steuerung der Einspritzzeiten einer Einspritzpumpe 14 vorgesehen, der in analoger Weise zum erfindungsgemässen Ventiltrieb per Schwinghebel 11, der eine Rolle 12 auf dem Nocken 10 der Nockenwelle 7 mit einem weiteren Exzenter 13 auf der Exzenterwelle 9 derart verbindet, dass bei der Verdrehung der Exzenterwelle 9 ebenfalls eine veränderliche Position der Rolle 12 auf dem entsprechenden Grundkreis erreicht wird, so dass in bekannter Weise in der schadstoffarmen Stellung der Ventilsteuerzeiten die Einspritzung spät erfolgt, während im Übergang zur gegenüberliegenden Stellung der Ventilsteuerzeiten für geringsten Kraftstoffverbrauch die Einspritzung immer früher erfolgt.

Fig. 1 zeigt zudem gemäss der Erfindung mögliche Positionen eines oder mehrerer Längenänderungausgleichglieder in der Kraftübertragungskette des Ventiltriebes zwischen der auf der Nockenwelle 7 laufenden Rolle 8a, b und einschliesslich dem Kipphebel 1a, b für den Abstand zwischen Kipphebel 1a, b und Rolle 8a, b am Nocken 6a, b.

So ist ein hydraulisches Spielausgleichselement 15 in der Stossstange 3a, b im Bereich der laufenden Rolle 8a, b, also im Anlenkbereich des Schwinghebels 5a, b an die Stossstange 3a, b angeordnet. Alternativ oder zusätzlich und deshalb gestrichelt dargestellt ist jeweils ein Spielausgleichselement 16 und/oder 17 im mittleren Bereich der Stossstange 3a, b eingebaut und/oder in den Kipphebel 1a, b im Anlenkbereich der Stossstange 3a, b an den Kipphebel 1a, b integriert. Auch für das Kipphebelkonzept der Fig. 1 ist selbstverständlich die Ausbildung eines hydraulischen Spielausgleichselements als Druckstück 18 des oder der Kipphebellagerpunkte denkbar, aber nicht bevorzugt. Die Spielausgleichselemente 15 bis 18 sind entsprechend der Bauteilbewegungen ausgesetzt, ein Ausgleichselementhub entspricht einer Ventilspieländerung.

Bei einem Kipphebelkonzept der Fig. 2 dagegen ist in bevorzugter Weise in jedem Kipphebellagerpunkt jeweils ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement als Druckstück 18 ausgebildet und nur in ergänzender Weise an den voran beschriebenen Positionen des Ventiltriebes ein Ventilspielausgleichselement 15 bis 17 vorgesehen. Bei diesem Konzept sind insbesondere die als Druckstück 18 ausgebildeten Spielausgleichselemente leichter beherrschbar. Hier entspricht der Ventilspieländerung ein halber Ausgleichselementehub.

Bezugszeichenliste

1

a Kipphebel

1

b Kipphebel

2

a Kipphebel

2

b Kipphebel

3

a Stossstange

3

b Stossstange

4

a Exzenter

4

b Exzenter

5

a Schwinghebel

5

b Schwinghebel

6

a Nocken

6

b Nocken

7

Nockenwelle

8

a Rolle

8

b Rolle

9

Exzenterwelle

10

Nocken für Einspritzzeiten

11

Schwinghebel

12

Rolle für Einpritzpumpe

13

Exzenter

14

Einspritzpumpe

15

Hydraulisches Spielausgleichselement

16

Hydraulisches Spielausgleichselement

17

Hydraulisches Spielausgleichselement

18

Druckstück

Claims (5)

1. Ventiltrieb für ein oder mehrere Gaswechselventile (A, E) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem schaltbaren Kipphebel (1, 2), der mit einer Stossstange (3) gelenkig verbunden ist, diese Stossstange (3) mit einer einen Schwinghebel (5), einen Exzenter (4), eine um 360° verdrehbare Exzenterwelle (9) und eine am Nocken (6) einer Nockenwelle (7) laufende Rolle (8) umfassende Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer Ventilspieländerung in Folge der Stellung des Schwinghebels (5) im Verstellbereich der Stelleinrichtung in der Kraftübertragungskette des Ventiltriebes zwischen der auf der Nockenwelle (7) laufenden Rolle (8) und einschliesslich dem Kipphebel (1, 2) mindestens ein elastisches Längenänderungausgleichglied (15 bis 18) für den Abstand zwischen Kipphebel (1, 2) und Rolle (8) am Nocken (6) vorgesehen ist.

2. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elastisches Längenänderungausgleichglied ein hydraulisches Spielausgleichselement (15 bis 18) eingesetzt ist.

3. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Längenänderungausgleichglied (15, 16, 17) in der Stossstange (3) im Bereich der laufenden Rolle (8), also im Anlenkbereich des Schwinghebels (5) an die Stossstange (3), und/oder im mittleren Bereich der Stossstange (3) und/oder im Kipphebel (1, 2) im Anlenkbereich der Stossstange (3) an den Kipphebel (1, 2) angeordnet ist.

4. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein elastisches Längenänderungausgleichglied in Form eines Druckstücks (18) der Kipphebellagerpunkte ausgeführt ist.

5. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein elastisches Längenänderungausgleichglied in Form eines Druckstücks (18) der Kipphebellagerpunkte ausgeführt ist und dass ein elastisches Längenänderungausgleichglied (15) in der Stossstange (3) im Bereich der laufenden Rolle (8), also im Anlenkbereich des Schwinghebels (5) an die Stossstange (3), und/oder im mittleren Bereich (16) der Stossstange (3) und/oder im Kipphebel im Anlenkbereich (17) der Stossstange (3) an den Kipphebel (1, 2) angeordnet ist