DE102004053206A1

DE102004053206A1 - Variable mechanische Ventilsteuerung mit zusätzlichem Hubprofil

Info

Publication number: DE102004053206A1
Application number: DE200410053206
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Himsel; Volker Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Variable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle (5) befestigten Nocken (6), mit zumindest einem Gaswechselventil (1) und einem Ventilbetätigungselement (2), mit einem auf einer drehbaren Verstellwelle (7) befestigten, ein Verstellprofil (9) und einen Grundkreis (10) aufweisendes Verstellelement (8) und mit einer Übertragungsvorrichtung, die einen Rasthebel (11) und ein Führungsglied (12) aufweist, wobei der Rasthebel (11) direkt oder unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern (Verstellrolle 13, Nockenrolle 14) mit dem Nocken (6), mit dem Ventilbetätigungselement (2) durch eine am Rasthebel (11) vorgesehene Kontaktfläche (15), mit dem Verstellelement (8) und mit dem Führungsglied (12) in Wirkverbindung steht und wobei der Rasthebel (11) ein Hubprofil (16) aufweist, durch das das Ventilbetätigungselement (2) zusätzlich zur Kontaktfläche (15) steuerbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Variable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf der Nockenwelle befestigten Nocken, mit zumindest einem Gaswechselventil und einem Ventilbetätigungselement, mit einem auf einer drehbaren Verstellwelle befestigten, ein Verstellprofil und einen Grundkreis aufweisendes Verstellelement und mit einer Übertragungsvorrichtung, die einen Rasthebel und ein Führungsglied aufweist, wobei der Rasthebel direkt oder unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern mit dem Nocken, mit dem Ventilbetätigungselement durch eine am Rasthebel vorgesehene Kontaktfläche, mit dem Verstellelement und mit dem Führungsglied in Wirkverbindung steht.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige gattungsbildende variable mechanische Ventilsteuerung ist aus der DE-100 06 016 A1 bekannt. Bei der gattungsgemäßen variablen Ventilsteuerung ist die Kontaktfläche auf dem Rasthebel, die mit dem Ventilbetätigungselement in Wirkverbindung steht, als Radius um die Achse der Verstellwelle ausgeführt. Der Ventilhub wird durch das Verstellprofil auf dem Verstellelement erzeugt. Die Nockenbewegung selbst dient als Eingangsbewegung. Wird das Verstellprofil auf der Verstellwelle aus dem Schwenkbereich des Rasthebels verdreht, wird kein Ventilhub erzeugt, da durch den Radius der Kontaktfläche mit dem Mittelpunkt auf der Verstellwelle, keine Bewegung auf das Ventilbetätigungselement erzeugt wird.

Die gattungsgemäße Ventilsteuerung weist zwei Arbeitskurven auf. Die eine Arbeitskurve wird durch den Nocken der Nockenwelle gebildet und die andere durch das Verstellprofil des Verstellelements beginnend mit dem Grundkreis desselben. Zur vollständigen Definition der zwei Arbeitskurven ist die Vorgabe von zwei Bewegungsgesetzen notwendig. Die Auslegung erfolgt bisher so, dass die maximale Ventilerhebung sowie das Bewegungsgesetz des vom Nocken betätigten Hebels vorgegeben werden. Dadurch sind alle Konturen für den Bewegungsablauf eindeutig definiert und die durch Verdrehen der Verstellwelle erzeugten kleinen Ventilhübe sind ein Resultat der Auslegungsparameter und für sich nicht beeinflussbar. Sollten die kleinen Ventilhübe, insbesondere das Verhältnis von Eventlänge, also Länge der Ventilöffnungszeit, zum Ventilhub, einen Verlauf aufweisen, der thermodynamisch nicht vorteilhaft für die Brennkraftmaschine ist, kann dies nur durch eine Anpassung der Nockenkontur verändert werden. Die maximale Ventilerhebung als zweite Eingangsgröße kann im Allgemeinen nicht für diese Optimierung herangezogen werden, da sie thermodynamisch auf die maximale Motorleistung optimiert ist. Dadurch kann nicht verhindert werden, dass für kleine Lastbereiche, insbesondere für den Leerlauf, sehr kleine Ventilerhebungen im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm verwendet werden müssen. Hierdurch tritt wiederum eine Drosselwirkung durch den kleinen Ventilspalt auf, wodurch das durch drosselfreie Laststeuerung theoretisch mögliche Kraftstoffeinsparpotential nicht voll ausgenutzt wird.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine variable mechanische Ventilsteuerung so zu verbessern, dass die kleinen Ventilhübe beeinflusst werden können und bei einem minimalen Ventilhub eine deutlich kürzere Eventlänge definiert werden kann und dadurch geringere Drosselverluste entstehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Rasthebel ein Hubprofil aufweist, durch das das Ventilbetätigungselement zusätzlich zur Kontaktfläche steuerbar ist. Dabei ist das Hubprofil in vorteilhafter Weise an dem dem Nocken zugewandten Ende des Rasthebels angeordnet. Es ist vorteilhaft, dass das Hubprofil im Anschluss an die Kontaktfläche vorgesehen ist. Die Lage des Hubprofils, insbesondere in Bezug zur Erhebungskurve des Nockens ist so gewählt, dass bei einer Bewegung des Rasthebels auf dem Grundkreis des Verstellelements eine Hubbewegung des Gaswechselventils erfolgt. In vorteilhafter Weise weist das Hubprofil eine Hubkurve auf, deren Drehachse oder Drehachsen auf der der Verstellwelle abgewandten Seite des Rasthebels liegt. Durch das Hubprofil und seine Ausgestaltung ist es möglich, gezielt einen minimalen Ventilhub zu erzeugen. Dieser ist nicht nur mehr ein Resultat vom Nocken der Nockenwelle und dem Verstellprofil des Verstellelements. Der Rasthebel bewegt sich lediglich auf dem Grundkreis des Verstellelements, wobei das Verstellprofil des Verstellelements aus dem Eingriffbereich des Rasthebels herausgeschwenkt ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass die Schar der erzeugten Ventilhübe zwischen einem klar definierten Maximalhub und einem Minimalhub aufgespannt werden kann. Durch entsprechende Vorgabe des Minimalhubs kann dann auch die gewünschte Charakteristik mit der entsprechend kurzen Eventlänge verwirklicht werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass das Hubprofil bei einer Verstellwelleneinstellung auf große Ventilhü be nicht in Eingriff kommt und so eine gegenseitig Beeinflussung der Arbeitskurven der Kontaktfläche mit dem Verstellprofil und dem Hubprofil nicht stattfindet.

Mit der Erfindung ist es grundsätzlich auch möglich, dass Minimal- und Maximalhub bezüglich des Hubbetrages gleich sind und sich nur in der Eventlänge unterscheiden. Somit ist mit der Erfindung auch eine reine Eventverkürzung bei nahezu gleichbleibendem Ventilhub möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: eine Seitenansicht einer variablen mechanischen Ventilsteuerung mit Schnitt durch eine Nocken- und Verstellwelle,
2: einen Ausschnitt des Rasthebels gemäß dem Kreis X in 1 in vergrößertem Maßstab,
3: ein Diagramm, in dem die Eventlänge in Abhängigkeit des Verstellwinkels aufgetragen ist und
4: ein Diagramm, in dem der Ventilhub in Abhängigkeit des Verstellwinkels aufgetragen ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 ist mit 1 ein Gaswechselventil bezeichnet. Es handelt sich um ein Einlassventil, das, nicht näher dargestellt, in einem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine eingebaut ist. Mit dem Gaswechselventil 1 steht ein als Rollenschlepphebel dargestelltes Ventilbetätigungselement 2 in Wirkverbindung, das sich mit seinem dem Gaswechselventil abgewandten Ende auf einem Schwenklager 3 abstützt. Das Ventilbetätigungselement 2 weist eine mittels Wälzlager geführte Rolle 4 auf. Oberhalb des Gaswechselventils 1 und mit Abstand zu diesem ist eine mit 5 bezeichnete Nockenwelle ebenfalls im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine belagert, auf der Nocken 6 befestigt sind. Parallele zur Nockenwelle 5 ist eine mit 7 bezeichnete Verstellwelle angeordnet und drehbar gelagert. Der Drehverstellmechanismus, der elektrisch, hydraulisch oder auch mechanisch ausgebildet sein kann, ist nicht dargestellt. Auf der Verstellwelle 7 sind drehfest Verstellelemente 8 angeordnet, wobei jedes Verstellelement ein mit 9 bezeichnetes Verstellprofil 9 und einen Grundkreis 10 aufweist. Zwischen dem Verstellelement 8 und der Rolle 4 des Ventilbetätigungselements 2 ist eine Übertragungsvorrichtung vorgesehen, die einen Rasthebel 11 und ein Führungsglied 12 aufweist, das schwenkbar mit dem Rasthebel 11 verbunden ist und sich andererseits am Verstellelement 8 abstützt. Am Rasthebel 11 sind eine Verstellrolle 13, die am Verstellprofil 9 und am Grundkreis 10 des Verstellelements 8 abrollen kann, befestigt und eine Nockenwolle 14, die mit dem Nocken 6 in Wirkverbindung steht. Sowohl die Verstellrolle 13 als auch die Nockenwolle 14 sind, nicht dargestellt, mittels Wälzlagern am Rasthebel 11 abgestützt. Das Verstellprofil 9 des Verstellelements 8 dient der Hubverstellung des Gaswechselventils 1. Am Rasthebel 11 ist eine mit 15 bezeichnete Kontaktfläche vorgesehen, die mit der Rolle 4 des Ventilbetätigungselements 2 in Wirkverbindung steht. Die Kontaktfläche 15 ist als Kreisbogenfläche ausgebildet, deren Mittelpunkt auf der Achse der Verstellwelle 7 liegt, sofern sich die Verstellrolle 13 mit dem Grundkreis 10 in Kontakt befindet. Im Anschluss an die Kontaktfläche 15 weist der Rasthebel weiterhin ein Hubprofil 16 auf, dessen Drehachse oder Drehachsen auf der der Verstellwelle 7 abgewandten Seite des Rasthebels 11 liegt.
Durch den Nocken 6 wird der Rasthebel 11 in die Gasse zwischen dem Verstellelement 8 und dem Ventilbetätigungselement 2 geschoben, wobei eine nicht dargestellte Feder die Rückverstellung vornimmt bzw. dafür sorgt, dass die Nockenwolle 14 am Nocken 6 einschließlich an dessen Grundkreis anliegt.
Ist die Verstellwelle im Uhrzeigersinn so weit verdreht, dass die Verstellrolle 13 auch bei maximaler Verschiebung der Nockenrolle 14 durch den Nocken 6 den Beginn des Verstellprofils 9 noch nicht erreicht, dann erfolgt über die Kontaktfläche 15 und die Rolle 4 zunächst keine Hubverstellung, bis das Hubprofil 16 in Verbindung mit der Rolle 4 eine minimale Öffnung des Ventils bewirkt und zwar auch dann, wenn die Verstellrolle 13 auf dem Grundkreis 10 des Verstellelements 8 abrollt. Wird die Verstellwelle gegen den Uhrzeigersinn so weit verdreht, dass die Verstellrolle 13 mit dem Verstellprofil 9 in Wirkverbindung tritt, so erfolgt bereits eine Hubbewegung über die Kontaktfläche 15 und schließlich über das Hubprofil 16, wobei die Hubbewegung in Abhängigkeit der Verdrehung der Verstellwelle durch das Verstellprofil 9 und die Kontaktfläche 15 erfolgt.
In den 3 und 4, in denen die Eventlänge und der Ventilhub über dem Verstellwinkel aufgetragen sind, ist ersichtlich, dass auch bei weiterer Verstellung der Verstellwelle im Uhrzeigersinn keine Verstellung des Ventilhubes auf einen Nullhub erfolgt, wie dies ohne das erfinderische Hubprofil möglich wäre (gestrichelte Linie), sondern immer ein minimaler Ventilhub erzeugt wird. Ab diesem Zeitpunkt ändert auch eine weitere Verringerung der Eventlänge nichts mehr daran, dass der Ventilhub dann nahezu konstant bleibt.

1: Gaswechselventil
2: Ventilbetätigungselement
3: Schwenklager
4: Rolle
5: Nockenwelle
6: Nocken
7: Verstellwelle
8: Verstellelement
9: Verstellprofil
10: Grundkreis
11: Rasthebel
12: Führungsglied
13: Verstellrolle
14: Nockenrolle
15: Kontaktfläche
16: Hubprofil

Claims

Variable mechanische Ventilsteuerung zur Hubverstellung von Gaswechselventilen an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle (5) befestigten Nocken (6), mit zumindest einem Gaswechselventil (1) und einem Ventilbetätigungselement (2), mit einem auf einer drehbaren Verstellwelle (7) befestigten, ein Verstellprofil (9) und einen Grundkreis (10) aufweisendes Verstellelement (8) und mit einer Übertragungsvorrichtung, die einen Rasthebel (11) und ein Führungsglied (12) aufweist, wobei der Rasthebel (11) direkt oder unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern (Verstellrolle 13, Nockenrolle 14) mit dem Nocken (6), mit dem Ventilbetätigungselement (2) durch eine am Rasthebel (11) vorgesehene Kontaktfläche (15), mit dem Verstellelement (8) und mit dem Führungsglied (12) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rasthebel (11) ein Hubprofil (16) aufweist, durch das das Ventilbetätigungselement (2) zusätzlich zur Kontaktfläche (15) steuerbar ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubprofil (16) an dem dem Nocken (6) zugewandten Ende des Rasthebels (11) angeordnet ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubprofil (16) im Anschluss an die Kontaktfläche (15) angeformt ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Hubprofils (16), insbesondere im Bezug zur Erhebungskurve des Nockens (6), so gewählt ist, dass bei einer Bewegung des Rasthebels (11) auf dem Grundkreis (10) des Verstellelements (8) eine Hubbewegung des Gaswechselventils (1) erfolgt.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubprofil (16) eine Hubkurve aufweist, deren Drehachse oder Drehachsen auf der der Verstellwelle (7) abgewandten Seite des Rasthebels (11) liegt.