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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für ein oder mehrere Gaswechselventile
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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In
diesem Zusammenhang sind auch hydraulische Stössel hinreichend bekannt, die
das Einstellen des Ventilspiels ersparen.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 44 00 876 A1 ist
bereits ein Ventiltrieb für
ein oder mehrere Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit
mindestens einem schaltbaren Kipphebel, der mit einer Stoßstange
gelenkig verbunden ist, bekannt. Diese Stoßstange ist mit einer einen
Schwinghebel, einen Exzenter, eine um 360° verdrehbare Exzenterwelle und
eine am Nocken einer Nockenwelle laufende Rolle umfassenden Stelleinrichtung
zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung
gebracht. Zur Kompensation einer Ventilspieländerung in Folge der Stellung des
Schwinghebels im Verstellbereich der Stelleinrichtung ist in der
Kraftübertragungskette
des Ventiltriebes zwischen der auf der Nockenwelle laufenden Rolle
und einschließlich
dem Kipphebel ein elastisches Längenänderungsausgleichsglied
für den
Abstand zwischen Kipphebel und Rolle am Nocken vorgesehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist als elastisches Längenänderungausgleichglied
ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement verwendet, jedoch
sind ähnlich
wirkende Elemente, wie beispielsweise pneumatische Ventilspielausgleichselemente
denkbar.
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In
diesem Zusammenhang sei erwähnt,
dass hydraulische Ventilspielausgleichselemente in vielfachen Ausführungen
zum Stand der Technik zählen und
für den
Fachmann einfach zur Gestaltung des Erfindungsgegenstandes verwendbar
sind.
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So
zeigt beispielsweise die
DE
196 08 651 A1 einen Ventiltrieb für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen,
bei dem ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 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 Ventilspielausgleichelement so ausgebildet, dass auf zusätzliche Ölversorgung
verzichtet werden kann, die Verwendung von Ventilspielausgleichselementen,
die über
Kanäle
mit Drucköl,
insbesondere mittels der Ölpumpe
des Motors beaufschlagbar sind, ist genauso realisierbar, jedoch
nicht Gegenstand der Erfindung.
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In
die „ruhende
Seite", also nicht
die „schwingende
Seite" des Ventiltriebes
sind mehrere Längenänderungausgleichglieder
integriert, also in der Kombination beispielsweise in der Stossstange
im Bereich der laufenden Rolle, also im Anlenkbereich des Schwinghebels
an die Stossstange, und im mittleren Bereich der Stossstange und
im Kipphebel im Anlenkbereich der Stossstange an den Kipphebel vorgesehen.
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Aufgrund
dieser Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ventiltriebes kann als
weiterer Vorteil eine Ventilspieleinstellung ganz entfallen.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung soll nachfolgend näher
erläutert
werden. In der zugehörigen
Zeichnung zeigt schematisch, die
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1 eine
Darstellung eines erfindungsgemässen
Ventiltriebes mit Schwinghebelkinematik für je zwei Ein- und Auslassventile,
sowie eine Schwinghebelkinematik für die Kraftstoffzuführung und
die
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2 eine
zur
1 analoge Darstellung eines erfindungsgemässen Ventiltriebes,
für diesen
jedoch Kipphebel gemäss
der
DE 198 01 866
A1 zur Anwendung kommen.
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Der
Ventiltrieb sowohl gemäss 1 als auch 2 beinhaltet
je einen Kipphebel 1a und 1b (1), 2a und 2b (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.
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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.
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Des
weiteren 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.
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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.
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So
ist ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 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. Zusätzlich und deshalb gestrichelt
dargestellt ist jeweils ein Ventilspielausgleichselement 16 und 17 im
mittleren Bereich der Stossstange 3a, b eingebaut und in
den Kipphebel 1a, b im Anlenkbereich der Stossstange 3a,
b an den Kipphebel 1a, b integriert. Auch für das Kipphebelkonzept
der 1 ist selbstverständlich die Ausbildung eines
hydraulischen Ventilspielausgleichselements als Druckstück 18 des oder
der Kipphebellagerpunkte denkbar, aber nicht bevorzugt. Die Ventilspielausgleichselemente 15 bis 17 und
das Druckstück 18 sind
entsprechend der Bauteilbewegungen ausgesetzt, ein Ausgleichselementhub
entspricht einer Ventilspieländerung.
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Bei
einem Kipphebelkonzept der 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
Ventilspielausgleichselemente leichter beherrschbar.
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- 1a
- Kipphebel
- 1b
- Kipphebel
- 2a
- Kipphebel
- 2b
- Kipphebel
- 3a
- Stossstange
- 3b
- Stossstange
- 4a
- Exzenter
- 4b
- Exzenter
- 5a
- Schwinghebel
- 5b
- Schwinghebel
- 6a
- Nocken
- 6b
- Nocken
- 7
- Nockenwelle
- 8a
- Rolle
- 8b
- Rolle
- 9
- Exzenterwelle
- 10
- Nocken
ventilpriel
- 11
- Schwinghebel
- 12
- Rolle
ventilspiel
- 13
- Exzenter
- 14
- Einspritzpumpe
- 15
- Ventilspielausgleichselement
- 16
- Ventilspielausgleichselement
- 17
- Ventilspielausgleichselement
- 18
- Druckstück