DE10123186A1 - Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Für eine Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei der das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten, federbelasteten Schwenkhebels wird zur Erzielung einer reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass dessen Schwingdrehpunkt einen unveränderbaren Momentanpol während irgendeiner Hubbetätigung bildet, wobei zur Vermeidung von aus einem Ventilspiel herrührenden Stoß die Steuerbahn des Schwenkhebels zwischen der Leerhubkurve und der Hubkurve eine dem jeweiligen Ventilspiel entsprechend angepasste Rampe aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubver­ stellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei der das Gaswech­ selventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse drehbaren Rolle in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn in einem Endbereich eines zur Hub­ betätigung des Gaswechselventiles von einem Nocken einer Nockenwelle ge­ steuerten Schwenkhebels, wobei der federbelastet über eine Kurvenbahn dem Nocken zugeordnete Schwenkhebel andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt ist.
Eine derartige Ventiltrieb-Vorrichtung ist aus der DE 197 08 484 A1 bekannt, wobei der Schwenkhebel in seinem steuerbahnfernen Endbereich eine kreisbogenförmige Verzahnung aufweist zum Eingriff in eine Verzahnung einer Steuerwelle, die als Verstelleinrichtung zur Änderung der einem bestimmten Hub des Gaswechselventils zugeordneten Schwenklage dient. Der Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels er­ gibt sich hierbei im Berührungspunkt der Teilkreise.
Mit dieser Anordnung wird beim Einwirken des Nockens einer benachbarten Nockenwelle auf den Schwenkhebel bewirkt, dass dieser sich in der Verzahnung der stillstehenden Steuerwelle abwälzt und dabei neben einer Schwenkbewegung bzw. einer rotatorischen Bewegung in Bezug auf die Rolle des Übertragungs­ elementes auch eine translatorische Bewegungskomponente auftritt mit dem Um­ stand eines gegenüber dem beabsichtigten Hub veränderten Hubes des Gaswech­ selventils.
Eine weitere, ähnliche Ventiltrieb-Vorrichtung ist ferner aus der DE 42 23 172 C1 bekannt, wobei der zur Erzielung eines variablen Hubes - Null-Hub bis Voll-Hub­ vom Nocken einer Nockenwelle verschwenkte Schwenkhebel in seinem freien Hebelende benachbart der Linienberührung mit einer der Hubeinstellung dienenden Kurvenscheibe über ein Langloch an einem gehäusefesten Bolzen geführt ist. Auch bei dieser Führung unterliegt der Schwenkhebel bei einer Hubbetätigung des Gas­ wechselventils in seinem Schwingdrehpunkt einer rotatorischen sowie einer trans­ latorischen Bewegungskomponente, wobei die translatorische Bewegungskompo­ nente der Funktion eines Vornockens bzw. einer Rampe entspricht, ansonsten aber einer Steigerung der Dynamik des Ventiltriebes entgegensteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße Ventiltrieb-Vor­ richtung einen Schwenkhebel kinematisch derart weiterzubilden, dass dieser bei einer reinen rotatorischen Bewegung bzw. Schwenkbewegung eine gesteigerte Ventiltrieb-Dynamik ermöglicht.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass eine an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius "R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels dient, wobei die Steuerbahn des Schwenkhebels im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve und Hubkurve mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung abgestellten Rampe aus­ gebildet ist.
Mit der Erfindung ist der Vorteil erreicht, dass der Schwingdrehpunkt des Schwenk­ hebels während der Hubbetätigung für einen eingestellten Ventil-Hub einen unver­ änderlichen Momentanpol bildet und somit eine translatorische Bewegungskompo­ nente vorteilhafterweise vermieden ist. Auf dieser Basis der Erfindung kann die Steuerzeit bei Hubänderung des Gaswechselventils in wesentlich größerem Umfang verkürzt werden, wobei verschleppte Öffnungs- und Schließabschnitte bei Teilhüben im wesentlichen entfallen. Weiter ergibt die Erfindung eine Ventiltrieb-Vorrichtung von hoher Steifigkeit, die des Weiteren für eine erhöhte Ventilbeschleunigung vor­ teilhaft ist. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Ventiltrieb-Vorrichtung einen tatsächlichen Nullhub und an der Volllast durch ein maximal öffnendes Gas­ wechselventil ein gesteigertes Drehmoment verbunden mit einer hohen Drehzahl­ festigkeit.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, dass der Schwenkhebel an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse dreh­ bewegliche Rolle gegen die gehäuseseitige Kreisbahn bzw. Kulisse abgestützt und mittels der Verstelleinrichtung jeweils derart fixierbar ist, dass die längs einer Äqui­ distanten zur Kreisbahn gesteuert verlagerbare Achse der Rolle den der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels bildet.
In Verbindung mit einem weiteren Vorschlag, wonach die Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels auf einem mit dem Schwenkhebel drehfest verbundenen Zapfen nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist, ergibt sich mit dem erfindungs­ gemäß in die Achse der Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels verlagerten Momen­ tanpol bzw. Schwingdrehpunkt eine Ventiltrieb-Vorrichtung von verringerten Ver­ schleiß bei wesentlich geringerer Reibung und hoher Funktionsgenauigkeit, wobei ferner die Energie für die Verstelleinrichtung in vorteilhafter Weise reduziert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist als Übertragungselement ein über eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel vorgesehen, wobei die zum Ersatz der entfallenen translatori­ schen Bewegungskomponente vorgesehene Rampe auf eine im wesentliche kon­ stante Hubgeschwindigkeit ausgelegt ist mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub.
Weitere Möglichkeiten zur Gestaltung des Übertragungselementes sind die Ausbil­ dung als ein Tassenstößel mit einer Rolle oder die Ausbildung als ein Schwinghebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels beschrie­ ben.
Eine Ventiltrieb-Vorrichtung 1 gemäß der einzigen Figur dient zur variablen Hubver­ stellung eines Gaswechselventils 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, wobei das Gaswechselventil 2 eines von mehreren, gleichartigen Einlassventilen eines Zylinders der nicht gezeigten Brennkraftmaschine ist. Bei der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 steht das Gaswechselventil 2 unter Zwischenschaltung eines Übertragungs­ elementes 3 mit einer um eine Drehachse 4 beweglichen Rolle 5 in Wirkverbindung mit einer eine Leerhubkurve 6' und eine Hubkurve 6" umfassenden Steuerbahn 6, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils 2 von einem Nocken 7' einer Nockenwelle 7 gesteuerten Schwenkhebels 8 angeordnet ist. Der mittels einer Feder 9 über eine Rolle 10 dem Nocken 7' spielfrei zugeordnete Schwenkhebel 8 ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechsel­ ventils 2 über einen mittels einer Verstelleinrichtung 11 gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt 12 längs einer Kreisbahn abgestützt.
Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels 8 um seinen Schwingdrehpunkt 12 bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils 2 ist erfindungsgemäß eine an einem Gehäuseteil 13 der nicht gezeigten Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn 14 als Kulisse 15 mit einem Radius "R" um die Drehachse 4 der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 zur gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels 8 vorgesehen. Vorzugsweise ist der federbelastete Schwenkhebel 8 an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse 16 drehbewegliche Rolle 17 gegen die gehäuse­ seitige Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 abgestützt und mittels einer Kurvenscheibe 18 der Verstelleinrichtung 11 unter Einwirkung der Feder 9 jeweils derart fixierbar, dass die längs einer Äquidistanten 19 zur Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 gesteuert verla­ gerbare Achse 16 der kulissenseitigen Rolle 17 den in der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 bildet.
Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 für einen eingestellten, reduzierten Hub bzw. für jeden Hub während der jeweiligen Hubbetätigung einen unveränderbaren Momentanpol bildet.
Mit dem erfindungsgemäß unveränderbaren Momentanpol bzw. Schwingdrehpunkt 12 entfallen die in der Beschreibungseinleitung erwähnten translatorischen Bewe­ gungskomponenten des Schwinghebels 8. Um hierbei einen aus einem Ventilspiel der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 herrührenden Stoß beim Übergang der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 von der Leerhubkurve 6' zur Hubkurve 6" der Steuerbahn 6 während eines Hubes sicher zu vermeiden, ist die Steuerbahn 6 des Schwenk­ hebels 8 erfindungsgemäß im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve 6' und Hubkurve 6" mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 abgestellten Rampe 20 ausgebildet.
Mit dieser erfindungsgemäß kinematisch durchgebildeten Ventiltrieb-Vorrichtung 1 kann ein tatsächlicher Nullhub des Gaswechselventils 2 verwirklicht werden, weiter ergibt sich eine stärkere Verkürzung der Steuerzeit bei einer Hubänderung des Gaswechselventils 2, verschleppte Öffnungs- und Schließverläufe bei Teilhüben entfallen bzw. reduzieren sich erheblich, so dass eine größere maximale Ventil­ beschleunigung vorteilhaft erzielbar ist. Weiter ergibt sich auch ein verbesserter sowie erhöhter Drehmomentverlauf an der Volllast der Brennkraftmaschine.
Zur Reduzierung des Verschleißes in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 ist weiter vorge­ sehen, dass die Kulissen- bzw. Kreisbahn-Rolle 17 des Schwenkhebels 8 auf einem mit dem Schwenkhebel 8 drehfest verbundenen Zapfen 21 nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist.
Wie aus der einzigen Figur ersichtlich, ist ferner die Nocken-Rolle 10 des Schwenk­ hebels 8 ebenfalls nadelgelagert, gleiches gilt für die Rolle 5 des Übertragungs­ elementes 3.
Wie aus der einzigen Figur weiter ersichtlich, ist als Übertragungselement 3 ein über eine hydraulische Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung 22 gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel 23 vorgesehen, dessen Rolle 5 mit einer Steuerbahn 6 des Schwenkhebels 8 zusammenwirkt, die eine im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe 20 mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
Als Übertragungselement 3 ist auch ein Tassenstößel mit einer Rolle denkbar, fer­ ner auch ein Schwinghebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel.

Claims (6)

1. Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,
bei der das Gaswechselventil (2) unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes (3) mit einer um eine Drehachse (4) bewegli­ chen Rolle (5) in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve (6') und eine Hubkurve (6") umfassenden Steuerbahn (6) in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils (2) von einem Nocken (7') einer Nockenwelle (7) gesteuerten Schwenkhebels (8), wobei
der federbelastet über eine Kurvenbahn (Nocken-Rolle 10) dem Nocken (T) zugeordnete Schwenkhebel (8) andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung (11) ge­ steuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt (12) längs einer Kreisbahn abgestützt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine an einem Gehäuseteil (13) der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn (14) als Kulisse (15) mit einem Radius (R) um die Drehachse (4) der Rolle (5) des Übertragungselementes (3) der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels (8) dient, wobei
die Steuerbahn (6) des Schwenkhebels (8) im Übergangsbereich zwi­ schen Leerhubkurve (6') und Hubkurve (6") mit einer auf ein Ventil­ spiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung (1) abgestellten Rampe (20) aus­ gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der federbelastete Schwenkhebel (8) an seinem steuerbahn­ fernen Ende über eine um eine Achse (16) drehbewegliche Rolle (17) gegen die gehäuseseitige Kreisbahn (14) bzw. Kulisse (15) abge­ stützt und
mittels der Verstelleinrichtung (11) jeweils derart fixierbar ist, dass
die längs einer Äquidistanten (19) zur Kreisbahn (14) gesteuert ver­ lagerbare Achse (16) der kulissenseitigen Rolle (17) den der jeweili­ gen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt (12) des Schwenkhebels (8) bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissen- bzw. Kreisbahn-Rolle (17) des Schwenkhebels (8) auf einem mit dem Schwenkhebel (8) drehfest verbundenen Zapfen (21) nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet,
dass als Übertragungselement (3) ein über eine hydraulische Ventil­ spiel-Ausgleichseinrichtung (22) gehäuseseitig abgestützter Rollen- Schlepphebel (23) vorgesehen ist, und
dass die im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe (20) der Steuerbahn (6) einen das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungselement (3) ein Tassenstößel mit einer Rolle dient.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungselement (3) ein Ventilhebel mit mechanisch einge­ stelltem Ventilspiel dient.
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