DE10119686B4

DE10119686B4 - Variabler Ventiltrieb

Info

Publication number: DE10119686B4
Application number: DE10119686A
Authority: DE
Inventors: Heiko Neukirchner; Andreas Werler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: DE10119686A1

Abstract

Variabler Ventiltrieb mit einer indirekt von einem Nocken (21) über einen Schwing- oder Kipphebel (12) bewegten Ventilanordnung (1), vorzugsweise für Verbrennungsmotoren, mit folgendem Aufbau:
– die Ventilanordnung (1) weist ein oder mehrere unter Einwirkung von Federn schließende Ventile auf und steht mit einem am Zylinderkopf (10) direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff,
– ein Zwischenhebel (4) steht, beweglich in Hubrichtung eines Nockens (21) am Zylinderkopf (10) geführt, einerseits mit dem Nocken (21) einer Nockenwelle (2) und andererseits mit einer Steuerkurve (42) eines am Zylinderkopf (10) direkt oder indirekt beweglich gelagerten Stützkörpers (6) gleitend oder wälzend im Eingriff, wobei der Stützkörper (6) mit seiner Achse im mittigen Bereich über dem Schwinghebel (12), den Zwischenhebel (4) abstützend, angeordnet ist,
– der Zwischenhebel (4) steht weiterhin mit einer Ausgleichskurve (43) mit dem Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff, wobei deren Kontur derart gestaltet ist, dass...

Description

Die Erfindung betrifft variable Ventiltriebe mit einer indirekt von einem Nocken über einen Schwing- oder Kipphebel bewegten Ventilanordnung, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren.
Vorbekannt sind durch die Schrift WO 83/02301 A1 gattungsgemäße, variable Ventiltriebe mit einer indirekt von einem Nocken über einen Schwing- oder Kipphebel bewegten Ventilanordnung. In 20 genannter Schrift ist ein variabler Ventiltrieb mit folgendem Aufbau gezeigt. Die Ventilanordnung weist ein oder mehrere unter Einwirkung einer Feder schließende Ventile auf und steht mit einem direkt oder indirekt am Zylinderkopf schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel im Eingriff. Gegenüber dem Schwing- oder Kipphebel ist eine Abstützkurve eines im Gehäuse geführten Stützkörpers angeordnet, der von einem Steuergerät verstellbar ist. Zwischen Schwing- oder Kipphebel und Abstützkurve ist eine Druckrolle im Eingriff. Diese ist mittels eines durch einen Nocken angetriebenen Schiebers, in Hubrichtung geführt, bewegbar. Die Nockenwelle und der Schieber sind im Zylinderkopf gelagert bzw. geführt.
Die Abstützkurve des Stützkörpers weist eine solche Kontur auf, dass bei unterschiedlichen Stellungen des Stützkörpers jeweils unterschiedliche Konturabschnitte mit der Druckrolle während des vom Nocken bewirkten Hubes in Eingriff gelangen. Infolgedessen wird der Schwing- oder Kipphebel in Abhängigkeit des von der Druckrolle überfahrenen Konturabschnittes der Abstützkurve gegen das durch Federkraft belastete Ventil verlagert und dieses geöffnet.
In 1 vorgenannter Schrift ist auch ein im Gehäuse schwenkbar gelagerter Stützkörper mit auf seinem Umfang befindlicher Abstützkurve gezeigt, jedoch ist die zwischen Schwing- oder Kipphebel und Abstützkurve im Eingriff stehende Druckrolle über einen Kurbeltrieb an Stelle eines Nockens angetrieben.
Vorbekannt ist aus der Schrift DE 199 04 840 A1 auch ein Ventiltrieb für Verbrennungs-motoren, bei dem ein oder mehrere Ventile gegen Federkraft zum Zylinderraum hin zu öffnen sind. Auf einem im Zylinderkopf gelagerten, umlaufenden Exzentertrieb zum Erzeugen der Hubbewegung der Ventile ist ein schubkurbelartiger Druckhebel gelagert, der kraftschlüssig auf einem ebenfalls im Zylinderkopf gelagerten Stützkörper in Schließrichtung der Ventile abgestützt ist. Dabei steht dieser in Öffnungsrichtung indirekt mit einem oder mehreren Ventilen im Eingriff. Der schubkurbelartige Druckhebel ist vorzugsweise indirekt, unter Zwischenschaltung eines Tassenstößels, auf dem Ventilschaft und an seiner dem Exzentertrieb (1; 2) entgegengesetzten Seite auf dem durch Verstellen schwenkbaren Stützkörper abgestützt. Der Stützkörper weist zum Verändern der Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich Öffnungswinkel, -lage und -hub einen von der Schwenkachse aus radial unterschiedlich bemessenen Stützkonturverlauf auf.
Nachteilig ist, dass die Antriebsbewegung für das kinematische System durch die Anwendung eines Exzenters in ihrer Charakteristik fest bestimmt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem der Ventilhub, die Öffnungscharakteristik und der Winkelbereich des Öffnens von Last- und Drehzahl abhängig einstellbar sind und dabei eine kompakte und kinematisch günstige Anordnung der den Hub bewirkenden Elemente aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine besonders kompakte Ausführung durch eine im Hauptanspruch beschriebene Anordnung erreicht.
Die Lagerung der den Zwischenhebel führenden Führungsschwinge befindet sich unterhalb der Nockenwelle, neben der Lagerung der Schwinghebel und die Steuerkurve des im Zylinderkopf gelagerten Stützkörpers ist mit seiner Achse etwa mittig über den Ventil betätigenden Schwinghebeln, den Zwischenhebel abstützend, angeordnet. Diese Zuordnung sichert eine geringe Höhe des Zylinderkopfes trotz der Mechanismen für die Variabilität der Ventilöffnungscharakteristik.
Die Ausgestaltungen der Erfindung gemäß dem Unteranspruch werden im Zusammenhang mit den erzielbaren Vorteilen in der Beschreibung erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Ventiltrieb mit einer erfindungsgemäß kompakten und kinematisch günstigen Anordnung der den Hub bewirkenden Elemente,
2 die Übertragung des Nockenhubes auf das Ventil zusammen mit den erzielbaren Ventilerhebungskurven durch Veränderung der Winkelstellung und der axialen Lage des Stützkörpers bei Ausstattung mit einer räumlichen Abstützkurve bzw. von zwei unterschiedlichen Abstützkurven.
Der in 1 dargestellte schematisierte Aufbau des erfindungsgemäßen variablen Ventiltriebes weist einen Nocken 21 auf, der indirekt über einen Übertragungsmechanismus einen Schwing- oder Kipphebel 12 und damit eine Ventilanordnung 1 bewegt. Diese weist ein oder auch zwei unter Einwirkung von Federn schließende bzw. geschlossen gehaltene Ventile auf. Am Zylinderkopf 10 ist in bekannter Weise ein Schwing- oder Kipphebel 12 direkt oder indirekt über ein Stützlager 13 angelenkt und schwenkbar gelagert. Er steht mit den Ventilen und weiterhin mit einer Ausgleichskurve 43 eines Zwischenhebels 4 im Eingriff.
Vorteilhaft ist ein Spielausgleichselement 14 im Stützlager 13 des Schwing- oder Kipphebels 12 angeordnet. Dies ist in 1 nicht direkt dargestellt, jedoch durch die entsprechenden Bezugszeichen angedeutet. Denkbar wäre auch eine Anordnung des Spielausgleichselementes 14 zwischen Ventil und Schwing- bzw. Kipphebel 12, die allgemein bekannt und nicht dargestellt ist.
Erwähnt sei, dass, wenn eine Lagerung am Zylinderkopf 10 genannt wird, diese Lagerung auch indirekt am Zylinderdeckel oder einer Lagerbrücke ausgeführt sein kann, sofern z. B. Zylinderdeckel oder Lagerbrücke eine fest gefügte Einheit mit dem Zylinderkopf 10 im Fertigzustand des Motors bilden.
Der Zwischenhebel 4 steht schwingbeweglich gehalten oder geführt einerseits mit dem Nocken 21 einer Nockenwelle 2 und andererseits mit seiner Steuerkurve 61 eines am Zylinderkopf 10 drehbar gelagerten Stützkörpers 6 gleitend – siehe 1 – oder wälzend, z. B. über eine Rolle 42, im Eingriff.
Der Stützkörper 6 ist von einem durch ein Steuergerät – nicht dargestellt – angesteuerten Stellmotor 64 in seiner Winkelstellung veränderbar.
Am Stützkörper 6 greift eine die Abstützkurve 61 gegen die Richtung des vom Nocken 2 bewirkten Hubes drängende Kompensationsfeder 7 an, die am Zylinderkopf 10 gegengelagert ist und den Stellmotor 64 in einer Richtung vorteilhaft in seiner Stellwirkung unterstützt.
Die Kontur der Ausgleichskurve 43 des Zwischenhebels 4 erstreckt sich etwa parallel oder leicht geneigt zur Richtung des vom Nocken 2 bewirkten Hubes.
Der Zwischenhebel 4 kann vorteilhaft an einer in einer Lagerung 31 am Zylinderkopf 10 schwenkbar angelenkten Führungsschwinge 3 geführt sein, deren Erstreckung etwa senkrecht zur Richtung des vom Nocken 2 bewirkten Hubes verläuft.
An der Führungsschwinge 3 greift eine in Richtung des Nockens 21 drängende Feder 5 an, die am Zylinderkopf 10 gegengelagert ist.
Erfindungsgemäß wird eine besonders kompakte Ausführung erzielt – siehe 1-, wenn die Lagerung der den Zwischenhebel 4 führenden Führungsschwinge 3 unterhalb der Nockenwelle 2 neben dem Stützlager 13 des Schwinghebels 12 und der im Zylinderkopf 10 gelagerte, die Abstützkurve 61 aufweisende Stützkörper 6 mit seiner Achse etwa mittig über den Schwinghebeln 12, den Zwischenhebel 4 abstützend, angeordnet sind.
Eine als gewundene Biegefeder ausgeführte Feder 5 erstreckt sich um die Schwingenlagerung 31. Sie hält mit ihrer Kraft die Führungsschwinge 3 über die Rolle 41 im Eingriff mit dem Nocken 21.
Bei dieser Ausführung gleitet der Zwischenhebel 4 mit seiner Steuerkurve 42 auf der Abstützkurve 61 des Stützkörpers 6 und mit seiner Ausgleichskurve 43 auf dem Schwinghebel 12.
Vorteilhaft befindet sich die Lagerung der Führungsschwinge 3 unterhalb der Nockenwelle 2 in einer Ebene, die senkrecht zur Nockenwellenachse zwischen den von einem Nocken 21 gemeinsam angetriebenen Ventilen angeordnet ist. Damit können alle Lagerungen 10 und 31 eng, jedoch konstruktiv nicht eingeengt gestaltet werden.
Der Stützkörper 6 kann zusätzlich auch axial verschiebbar gelagert sein und Steuerkurven 42 aufweisen, die als stetig verlaufende Raumkurven oder als axial nebeneinander liegende Steuerkurven 61 ausgeführt sind, dies ist nicht dargestellt. Die Kontur der Ausgleichskurve 43 des Zwischenhebels 4 ist vorteilhaft derart gestaltet, dass beim Eingriff des Zwischenhebels 4 im Bereich des Grundkreises 63 der Steuerkurve 42 des Stützkörpers 6 die Ausgleichskurve 43 quasi spielfrei, tangential zur Eingriffsebene des Kipp- oder Schwinghebels 12 verläuft.
Funktion:
Prinzipiell wird der vom Nocken 21 stetig auf den Zwischenhebel 4 übertragene Hub durch dessen Auslenkung beim Abrollen seiner als Rolle ausgeführten Steuerkurve 42 an der Steuerkurve 61 des Stützkörpers 6 über die Ausgleichskurve 43 auf den Schwenkhebel 12 und von diesem auf die Ventilanordnung mechanisch über- oder untersetzt übertragen, siehe 2.
Ist die Rolle 42 durch eine entsprechende Winkelstellung der Steuerkurve 61 des Stützkörpers 6 länger mit dem Bereich des Grundkreises 63 im Eingriff, dann vermindert sich sowohl die erreichbare Ventilerhebung als auch der Gesamtöffnungswinkel, siehe 2a.
Greift die Rolle 42 durch eine entsprechende Winkelstellung der Steuerkurve 61 des Stützkörpers 6 nach Beginn des Nockenhubes nur kurz im Bereich des Grundkreises 63 der Steuerkurve an, so wird die maximale Ventilerhebung und der maximale Gesamtöffnungswinkel erreicht, siehe 2a.
Ist der Stützkörper 6 axial verschiebbar und mit stetig als Raumkurve verlaufender Steuerkurve 61 oder mit axial nebeneinanderliegenden Steuerkurven 61 ausgestattet, so können sowohl unterschiedliche Erhebungs- und Schließcharakteristika als auch unterschiedliche max. Gesamtöffnungswinkel erzielt werden, siehe 2b.
Der Nocken 2 ist in seiner Winkellage zur Kurbelwelle durch einen üblichen Winkelversteller 23 variierbar. Damit können die unterschiedlichen Öffnungskurven des Ventils gemäß 2a dem Kurbelwinkelbereich und damit der Kolbenstellung unterschiedlich zugeordnet werden.

1: Ventilanordnung
10: Lagerung zum Zylinderkopf fest
12: Kipp- oder Schwinghebel, z. B. auch mit Rolle als Steuerkurve 42 ausgestattet
13: Stützlager
14: Spielausgleichselement
2: Nockenwelle
21: Nocken
22: Nockenwellenlagerung
23: Winkelversteller, ändert Winkelstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle
3: Führungsschwinge
31: Schwingenlagerung am Gehäuse
32: Lagerung am Zwischenhebel
4: Zwischenhebel
41: Abstützkurve, z. B. auch gebildet von einer Rolle
42: Steuerkurve, z. B. auch gebildet von einer Rolle
43: Ausgleichskurve
5: Feder
6: Stützkörper
61: Abstützkurve (mindestens eine Kontur)
62: Stützkörperlagerung
63: Grundkreis des Stützkörpers
64: Stellmotor
7: Kompensationsfeder
VE: Ventilerhebung
KW: Kurbelwellenwinkel

Claims

Variabler Ventiltrieb mit einer indirekt von einem Nocken (21) über einen Schwing- oder Kipphebel (12) bewegten Ventilanordnung (1), vorzugsweise für Verbrennungsmotoren, mit folgendem Aufbau: – die Ventilanordnung (1) weist ein oder mehrere unter Einwirkung von Federn schließende Ventile auf und steht mit einem am Zylinderkopf (10) direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff, – ein Zwischenhebel (4) steht, beweglich in Hubrichtung eines Nockens (21) am Zylinderkopf (10) geführt, einerseits mit dem Nocken (21) einer Nockenwelle (2) und andererseits mit einer Steuerkurve (42) eines am Zylinderkopf (10) direkt oder indirekt beweglich gelagerten Stützkörpers (6) gleitend oder wälzend im Eingriff, wobei der Stützkörper (6) mit seiner Achse im mittigen Bereich über dem Schwinghebel (12), den Zwischenhebel (4) abstützend, angeordnet ist, – der Zwischenhebel (4) steht weiterhin mit einer Ausgleichskurve (43) mit dem Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff, wobei deren Kontur derart gestaltet ist, dass beim Eingriff des Zwischenhebels (4) im Bereich des Grundkreises (63) der Abstützkurve (61) des Stützkörpers (6) die Ausgleichskurve (43) quasi spielfrei, tangential zur Eingriffsebene des Kipp- oder Schwinghebels (12) verläuft, – der Zwischenhebel (4) ist an einer Führungsschwinge (3) angelenkt, die im Gehäuse in einer Schwingenlagerung (31) schwenkbar geführt ist, die unterhalb der Nockenwelle neben der Lagerung der die Ventile betätigenden Schwinghebel (12) angeordnet ist, – die Kontur der Ausgleichskurve (43) am Zwischenhebel (4) verläuft etwa parallel oder leicht geneigt zur Richtung des vom Nocken (21) bewirkten Hubes.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingenlagerung 31 unterhalb der Nockenwelle (2) in einer Ebene, die senkrecht zur Nockenwellenachse zwischen den von einem Nocken (21) gemeinsam angetriebenen Ventilen verläuft, angeordnet ist.