DE102004004179A1

DE102004004179A1 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004004179A1
Application number: DE102004004179A
Authority: DE
Inventors: Matthias Söngen
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-25
Also published as: CN100439662C; ITRM20050034A1; JP2005214199A; KR20050077481A; FI20050056A0; FI20050056A; CN1648420A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine. DOLLAR A Der Ventiltrieb weist mindestens einen Kipphebel (12) auf, wobei der oder jeder Kipphebel (12) mit einem ersten Ende auf jeweils mindestens ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stoßstange (13) gelenkig verbunden ist, wobei die oder jede Stoßstange (13) mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist und wobei die Stelleinrichtung je Stoßstange (13) einen verstellbaren Schwinghebel (17) aufweist, der einerseits mit einer Exzenterwelle (16) und andererseits mit einer auf einem Nocken (15) einer Nockenwelle (14) laufenden Rolle (18) zusammenwirkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der verstellbare Schwinghebel (17) über ein Stützlager (19) mit der Nockenwelle (14) gelenkig verbunden.

Description

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

Aus der DE 43 30 913 A1 ist ein Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. So umfasst der Ventiltrieb gemäß DE 43 30 913 A1 im wesentlichen einen Kipphebel, der mit einem Hebelarm auf ein Ventil einwirkt und der mit einem anderen Hebelarm mit einer Stossstange gelenkig verbunden ist, wobei die Stossstange mit einer Stelleinrichtung in Wirkverbindung gebracht ist. Die Stelleinrichtung gemäß DE 43 30 913 A1 umfasst je Ventil einen auf einem Excenter schwingenden Schwinghebel, welcher eine Verbindung zwischen einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle und einer Excenterwelle derart herstellt, dass durch ein Verdrehen der Excenterwelle eine veränderliche Position der Rolle auf dem Nockengrundkreis erzielbar ist, was zu veränderlichen Steuerzeiten führt, sodass zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung, beispielweise eines Dieselmotors, an unterschiedliche Lastzustände sowohl an einen schadstoffarmen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb möglich wird.

Der Ventiltrieb gemäß DE 43 30 913 A1 verfügt über den Nachteil, dass sich bei einer Veränderung der Ventilsteuerzeiten mithilfe der dort offenbarten Stelleinrichtung Ventilspieländerungen nur unzureichend kompensieren lassen, sodass der Ventiltrieb gemäß DE 43 30 913 A1 lediglich in zwei extremen Einstellungen der Excenterwellen arbeitet. Zwischen den beiden Extrempositionen des Excenters ergibt sich bei dem Ventiltrieb gemäß DE 43 30 913 A1 entweder eine Restöffnung der Ventile oder ein vergrößertes Ventilspiel, sodass eine Verstellung des Excenters zumindest von einer extremen Einstellung zur anderen extremen Einstellung während des Motorlaufs ohne Kolbenbeschädigung nicht ohne weiteres möglich ist.

Zur Bereitstellung eines Ventiltriebs, bei welchem eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahlunabhängig und lastunabhängig über den gesamten Verstellbereich während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist, wird nach der DE 100 41 466 A1 vorgeschlagen, zur Kompensation der Ventilspieländerung mindestens ein elastisches Längenänderungsausgleichsglied zu verwenden. Der in der DE 100 41 466 A1 offenbarte Ventiltrieb ermöglicht bereits eine stufenlose, drehzahlunabhängige sowie lastunabhängige Phasenverschiebung bzw. Verstellung der Ventilsteuerzeiten während des Motorlaufs.

Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen neuartigen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass der eingangs genannte Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß ist der verstellbare Schwinghebel über ein Stützlager mit der Nockenwelle gelenkig verbunden, während ein nicht verstellbarer Schwinghebel auf die Stossstange einwirkt, derart, dass der verstellbare Schwinghebel eine zur Achse der Nockenwelle koaxial korrespondierende Gleitbahn in Form einer Zylindersegmentfläche bereitstellt, auf dieser ein Ende des nicht verstellbaren Schwinghebels, das an der Stossstange angreift, in Richtung des Grundkreises des Nockens unter Beibehaltung eines festen Radius R bezüglich der Nockenwelle während der Phasenverschiebung verschiebbar ist.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Ventiltrieb vorgeschlagen, der ebenfalls eine stufenlose, drehzahlunabhängige sowie lastunabhängige Verstellung bzw. Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten und eine Ventilhubverstellung während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung ermöglicht, der jedoch ohne elastische Längenänderungsausgleichsglieder auskommt. Der Ventiltrieb der hier vorliegenden Erfindung ist demnach konstruktiv einfacher und damit kostengünstiger ausführbar.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine;
2: eine Seitenansicht eines Teils der Anordnung gemäß 1 in einer ersten Position des erfindungsgemäßen Ventiltriebs; und
3: eine Seitenansicht eines Teils der Anordnung gemäß 1 in einer zweiten Position des erfindungsgemäßen Ventiltriebs.
1 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 zusammen mit einem Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors.
Der Ventiltrieb 10 gemäß 1 verfügt über einen Kipphebel 12, wobei der Kipphebel 12 mit einem ersten Ende auf ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit einer Stossstange 13 gelenkig verbunden ist. Die Stossstange 13 ist mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht. Die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten umfasst eine Nockenwelle 14 mit auf der Nockenwelle 14 positionierten Nocken 15, eine Excenterwelle 16 sowie einen verstellbaren Schwinghebel 17. Der verstellbare Schwinghebel 17 stellt eine Verbindung zwischen einer auf dem Nocken 15 laufenden Rolle 18 und der Excenterwelle 16 her, sodass durch Verdrehen der Excenterwelle 16 die Rolle 18 auf dem Grundkreis des Nockens 15 eine veränderliche Position einnimmt und so veränderliche Steuerzeiten erzielt werden können.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist der verstellbare Schwinghebel 17 über ein Stützlager 19 mit der Nockenwelle 14 gelenkig verbunden bzw. auf derselben abgestützt. So ist das Stützlager 19 mit einem ersten Ende 20 gelenkig mit der Nockenwelle 14 verbunden und mit einem zweiten Ende 21 gelenkig an dem verstellbaren Schwinghebel 17 angelenkt. Der verstellbare Schwinghebel 17 greift mit einem ersten Ende 22 an der auf dem Nocken 15 der Nockenwelle 14 laufenden Rolle 18 an, mit einem zweiten Ende 23 ist der verstellbare Schwinghebel 17 mit dem Stützlager 19 verbunden, nämlich mit dem zweiten Ende 21 des Stützlagers 19.
Wie 1 bis 3 weiterhin entnommen werden kann, greift am zweiten Ende 23 des verstellbaren Schwinghebels 17 nicht nur das Stützlager 19 an, sondern vielmehr weiterhin ein Anlenkhebel 24.
Der Anlenkhebel 24 ist mit einem ersten Ende 25 mit dem zweiten Ende 23 des verstellbaren Schwinghebels 17 gelenkig verbunden. An einem zweiten Ende 26 des Anlenkhebels 24 steht derselbe mit der Excenterwelle 16 in Wirkverbindung. Im Unterschied zum Stand der Technik greift demnach bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 der verstellbare Schwinghebel 17 nicht unmittelbar an der Excenterwelle 16 an, sondern vielmehr unter Zwischenschaltung des Anlenkhebels 24. Beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 wird die Verbindung zwischen der auf einem Nocken 15 der Nockenwelle 14 laufenden Rolle 18 und der Excenterwelle 16 demnach durch die Kombination von verstellbarem Schwinghebel 17 und Anlenkhebel 24 hergestellt, wobei der verstellbarem Schwinghebel 17 mit dem ersten Ende 22 an der Rolle 18 angreift, und wobei der Anlenkhebel 24 mit dem zweiten Ende 26 mit der Excenterwelle 16 in Wirkverbindung steht. An den jeweils anderen Enden 23 bzw. 25 sind der verstellbare Schwinghebel 17 und der Anlenkhebels 24 gelenkig miteinander verbunden. Dies ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, selbstverständlich muss das Anlenkhebelende 25 nicht zwingend am Ende 23 des verstellbaren Schwinghebels 17 angelenkt sein, sondern kann eben auch an anderer Stelle des Stützlagers 19 angelenkt sein.
Die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten umfasst neben der Nockenwelle 14, der Excenterwelle 16, dem verstellbaren Schwinghebel 17, dem Stützlager 19 und dem Anlenkhebel 24 zusätzlich noch einen nicht verstellbaren Schwinghebel 27. Der nicht verstellbare Schwinghebel 27 ist mit einem Ende 28 am ersten Ende 22 des verstellbaren Schwinghebels 17 in Wirkverbindung gebracht und mit einem anderen Ende 29 an der Excenterwelle 16 befestigt. Die Anbindung des nicht verstellbaren Schwinghebels 27 an den verstellbaren Schwinghebel 17 ist dabei relativ zueinander verschiebbar, wie einem Vergleich der 2 und 3 entnommen werden kann, derart, dass der verstellbare Schwinghebel 17 eine zur Nockenwelle 14 koaxial korrespondierende Gleitbahn 30 aufweist. Diese Gleitbahn 30 ist in Form einer Zylindersegmentfläche ausgeführt und in den 2 und 3 zum besseren Verständnis mittels des Pfeils R angedeutet, der einen Kreisradius um die Achse der Nockenwelle beschreibt. Auf der Gleitbahn 30 ist das Ende 28 des Schwinghebels in Richtung des Grundkreises des Nockens 15 verschiebbar, derart, dass ein Abstand h zwischen Mittelpunkt des Grundkreises der Nockenwelle 14 und des Stützpunktes 31 der Stossstange 13 auf dem Ende 28 des Schwinghebels 27 bezogen auf einen bestimmten Ventilhub über den Verstellbereich der Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung immer konstant bleibt (in den 2 und 3 ist beispielsweise der Ventiltrieb 10 bei geschlossenem Ventil gezeigt, die voran beschriebene Bedingung gilt natürlich auch für die Stellung des maximalen Ventilhubs, wobei der bei der Phasenverschiebung konstant bleibende Abstand h dann natürlich grösser als bei geschlossenem Ventil ist).
Wie 1 bis 3 entnommen werden kann, ist das zweite Ende 26 des Anlenkhebels 24 als Ringprofil ausgebildet, durch welches sich die Excenterwelle 16 erstreckt. Der Innendurchmesser des Ringprofils ist dabei größer als der Außendurchmesser der ortsfesten Excenterwelle 16, sodass nach entsprechender Verstellung von verstellbarem Schwinghebel 17, An lenkhebel 24 und Stützlager 19 eine Veränderung der Relativposition zwischen dem Ringprofil und der Excenterwelle 16 möglich ist. Auch dies kann einem Vergleich der 2 und 3 entnommen werden.
2 und 3 zeigen den erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10, insbesondere die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten des erfindungsgemäßen Ventiltrieb, in zwei unterschiedlichen Positionen, wobei die Winkel α₁ und α₂ jeweils dem sogenannten Phasenwinkel und die Winkel β₁ und β₂ jeweils dem sogenannten Excenterwinkel der Excenterwelle 16 entsprechen. Entsprechend den unterschiedlichen Phasenwinkeln α₁ und α₂ verändert sich die Position der Rolle 18 relativ zu einer Bezugslinie 32. Die sich dabei normalerweise einstellende Ventilspieländerung kann mithilfe der vorgeschlagenen Konstruktion (zum Grundkreis des Nockens 15 koaxial korrespondierende Gleitbahn 30 am verstellbaren Schwinghebel 17, wenn die Rolle 18 auf dem Nockengrundkreis läuft) vollständig kompensiert werden, sodass ein stufenloses, drehzahlunabhängiges sowie lastunabhängiges Verstellen bzw. Phasenverschieben der Ventilsteuerzeiten über den gesamten Verstellbereich und eine Ventilhubverstellung während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist. Dies wird über die Abstützung des verstellbaren Schwinghebels 17 an der Nockenwelle 14 über das Stützlager 19 erreicht. Die Anbindung des verstellbaren Schwinghebels 17 an die Excenterwelle 16 erfolgt über den Anlenkhebel 24, der einerseits gelenkig mit dem verstellbaren Schwinghebel 17 verbunden ist und der andererseits eine Veränderung der Relativposition gegenüber der Excenterwelle 16 ermöglicht. Der nicht verstellbare Schwinghebel 27 dient der Fixierung und verbindet die Excenterwelle 16 mit der Stossstange 13.

10: Ventiltrieb
11: Zylinderkopf
12: Kipphebel
13: Stossstange
14: Nockenwelle
15: Nocken
16: Excenterwelle
17: verstellbarer Schwinghebel
18: Rolle
19: Stützlager
20: erstes Ende
21: zweites Ende
22: erstes Ende
23: zweites Ende
24: Anlenkhebel
25: erstes Ende
26: zweites Ende
27: nicht-verstellbarer Schwinghebel
28: Ende
29: Ende
30: Gleitbahn
31: Stützpunkt
32: Bezugslinie
h: Abstand
R (Radius): Zylindersegmentfläche

Claims

Ventiltrieb für mindestens ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Kipphebel (12), wobei der oder jeder Kipphebel (12) mit einem ersten Ende auf jeweils mindestens ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stossstange (13) gelenkig verbunden ist, wobei die oder jede Stossstange (13) mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist, und wobei die Stelleinrichtung je Stosstange (13) einen verstellbaren Schwinghebel (17) aufweist, der einerseits mit einer Excenterwelle (16) und anderseits mit einer auf einem Nocken (15) einer Nockenwelle (14) laufenden Rolle (18) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schwinghebel (17) über ein Stützlager (19) mit der Nockenwelle (14) gelenkig verbunden ist, und über einen nicht verstellbaren Schwinghebel (27) auf die Stossstange (13) einwirkt, derart, dass der verstellbare Schwinghebel (17) eine zum Grundkreis um die Achse der Nockenwelle (14) koaxial korrespondierende Gleitbahn (30) in Form einer Zylindersegmentfläche aufweist, auf dieser eine Ende (28) des nicht verstellbaren Schwinghebels (27), das an der Stossstange (13) angreift, in Richtung des Grundkreises verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (19) mit einem ersten Ende (20) gelenkig mit der Nockenwelle (14) verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (19) mit einem zweiten Ende (21) gelenkig mit dem verstellbaren Schwinghebel (17) verbunden ist.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schwinghebel (17) mit einem ersten Ende (22) an der auf einem Nocken (15) einer Nockenwelle (14) laufenden Rolle (18) angreift und mit einem zweiten Ende (23) mit Stützlager (19) gelenkig verbunden ist.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schwinghebel (17) an dem zweiten Ende (23) weiterhin mit einem ersten Ende (25) eines Anlenkhebels (24) gelenkig verbunden ist, wobei der Anlenkhebel (24) mit einem zweiten Ende (26) an der Excenterwelle (16) angelenkt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (26) des Anlenkhebels (24) als Ringprofil ausgebildet ist, durch welches sich die Excenterwelle (16) erstreckt, wobei der Innendurchmesser des Ringprofils größer ist als der Außendurchmesser der Excenterwelle (16).
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch den nicht verstellbaren Schwinghebel (27), der mit einem anderen Ende (29) an der Excenterwelle (16) angreift.