DE102004057438A1

DE102004057438A1 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einem verstellbaren Schwinghebel, der einerseits mit einer Exzenterwelle und andererseits mit einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle zusammenwirkt

Info

Publication number: DE102004057438A1
Application number: DE102004057438A
Authority: DE
Inventors: Armin Grabmaier; Matthias Söngen; Peter Dr. Eilts
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2004-11-27
Publication date: 2006-06-01
Also published as: FI20051196A0; JP2006153009A; CN1782332A; KR20060059339A; FI20051196A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einem verstellbaren Schwinghebel, der einerseits mit einer Exzenterwelle und andererseits mit einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle zusammenwirkt. DOLLAR A Der Ventiltrieb weist mindestens einen Kipphebel auf, wobei der oder jeder Kipphebel mit einem ersten Ende auf jeweils mindestens ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stoßstange gelenkig verbunden ist, wobei die oder jede Stoßstange mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist und wobei die Stelleinrichtung je Stoßstange einen verstellbaren Schwinghebel aufweist, der einerseits mit einer Exzenterwelle und andererseits mit einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle zusammenwirkt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der verstellbare Schwinghebel derart an der Exzenterwelle angelenkt, dass durch den um einen Exzenterwinkel beta verstellbaren Exzenter, der ein vergleichsweise großes Exzentermaß e1 aufweist, eine gewünschte und als Konstruktionsparameter vorgebbare Phasenverschiebung alpha mit einem maximalen Phasenverstellwinkel und ein vorgegebener maximaler Ventilhub eingestellt ist und mit diesen Randbedingungen der Stützpunkt der Stoßstange auf den verstellbaren Schwinghebel während der Phasenverschiebung in etwa dem Schwenkradius R der Stoßstange um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel folgt.

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 der 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 der DE 43 30 913 A1 umfasst je Ventil einen auf einem Exzenter schwingenden Schwinghebel, welcher eine Verbindung zwischen einer 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 Steuerzeiten führt, so dass zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung, beispielsweise eines Dieselmotors, an unterschiedliche Lastzustände sowohl an einen schadstoffarmen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb möglich wird.

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

Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, bei dieser eben eine Verstellung von einer extremen Einstellung zur anderen extremen Einstellung während des Motorlaufs mit einer tolerierbaren Ventilspieländerung möglich ist.

Diese Aufgabe 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 derart an der Exzenterwelle angelenkt, dass durch den um einen Exzenterwinkel β verstellbaren Exzenter, der ein vergleichsweise großes Exzentermaß e1 aufweist, eine gewünschte, als Konstruktionsparameter vorgebbare Phasenverschiebung mit einem maximalen Phasenverstellwinkel α und ein vorgegebener maximaler Ventilhub eingestellt ist, und mit diesen Randbedingungen der Stützpunkt der Stoßstange auf dem verstellbaren Schwinghebel während der Phasenverschiebung α in etwa dem Schwenkradius R der Stoßstange um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel folgt, d.h., dass der Abstand zwischen dem Kipphebel und der Rolle des verstellbaren Schwinghebels am Nocken im Verstellbereich der Phasenverschiebung α im wesentlichen gleich bleibt.

Dadurch ist eine Geometrie bzw. eine Konfiguration der Lage der Exzenterwelle, der Lage der Nockenwelle, ein Exzentermaß, ein Exzenterwinkel und eine Schwinghebelausbildung aufgefunden worden, die eine stufenlose Verstellung von einer extremen Einstellung zur anderen extremen Einstellung während des Motorlaufs mit einer tolerierbaren Ventilspieländerung erlaubt. D.h., dass durch die Parameter maximaler Ventilhub, maximale Phasenverschiebung und vorgegebene tolerierbare Ventilspielabweichung alle anderen Parameter zur Auffindung der Geometrie des neuen Ventiltriebs vorgegeben sind.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird also ein Ventiltrieb vorgeschlagen, der eine stufenlose, drehzahlunabhängige sowie lastunabhängige Verstellung bzw. Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten während des Motorlaufs mit einer verglichen mit dem oben beschriebenen Stand der Technik verkleinerten und somit vertretbaren Ventilspieländerung ermöglicht. Der Ventiltrieb der hier vorliegenden Erfindung ist zudem konstruktiv einfach und damit kostengünstig ausführbar.

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

Insbesondere ist die Anordnung des Kipphebels und der Stoßstange sowie der Nockenwelle, des verstellbaren Schwinghebels sowie der Exzenterwelle und dem Exzenter kinematisch in der Weise ausgelegt, dass bei einem vorgegebenen maximalen Ventilhub und einer vorgegebenen Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten das Exzentermaß, der Exzenterwinkel und die Geometrie, d.h. Lage und Länge des verstellbaren Schwinghebels im Sinne der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 definiert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine,
2: eine Seitenansicht der Stelleinrichtung der Anordnung gemäß 1 und
3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs mit Schwinghebel-Kinematik in den Positionen früh bis spät der Ventilsteuerzeiten.
1 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 zusammen mit einem Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors.
Der Ventiltrieb 10 gemäß der 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 mit auf der Nockenwelle positioniertem Nocken 14, eine Exzenterwelle 16 mit auf der Exzenterwelle 16 positioniertem Exzenter 15 sowie einen verstellbaren Schwinghebel 17. Der verstellbare Schwinghebel 17 stellt eine Verbindung zwischen einer auf dem Nocken 14 laufenden Rolle 18 an einem ersten Ende 22 des verstellbaren Schwinghebels 17 und der Exzenterwelle 16 her, so dass durch Verdrehen der Exzenterwelle 16 die Rolle 18 auf dem Grundkreis 19 des Nockens 14 eine veränderliche Position (s. insbesondere 3) einnimmt und so veränderliche Steuerzeiten über den Bereich der Phasenverschiebung α (s. 3) erzielt werden können.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist der verstellbare Schwinghebel 17 derart an der Exzenterwelle 16 angelenkt, dass durch den um einen Exzenterwinkel β (s. 3) von max. ca. 60° verstellbaren Exzenter 15, der ein vergleichsweise großes Exzentermaß e1 (3) aufweist, eine gewünschte und als Konstruktionsrandbedingung vorgebbare Phasenverschiebung mit einem maximalen Phasenverstellwinkel α (s. 3) von ca. 15° und ein vorgegebener maximaler Ventilhub von ca. 28 mm eingestellt ist, und so der Stützpunkt 31 der Stoßstange 13 auf dem verstellbaren Schwinghebel 17 in etwa dem Schwenkradius R (s. 3) der Stoßstange 13 um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel 12 folgt, d.h., dass der Abstand zwischen dem Kipphebel 12 und der Rolle 18 am Nocken 14 im Verstellbereich der Phasenverschiebung α im wesentlichen gleich bleibt.
Wie 2 und 3 weiterhin entnommen werden kann, ist das zweite Ende 23 des verstellbaren Schwinghebels 17 an den Exzenter 15 der Exzenterwelle 16 gelenkt.
In 3 im Zusammenhang mit der 2 ist nochmals verdeutlicht, dass die Anordnung des Kipphebels 12 und der Stoßstange 13, der Nockenwelle mit Nocken 14, des Schwinghebels 17 sowie der Exzenterwelle 16 und Exzenter 15 zueinander kinematisch in der Weise ausgelegt ist, dass bei einem vorgegebenen maximalen Ventilhub und einer vorgegebenen Phasenverschiebung α der Ventilsteuerzeit eben das Exzentermaß e1 der Exzenterwinkel β und die Geometrie, insbesondere Lage und Länge des verstellbaren Schwinghebels 17 definiert ist.
Wird also ein maximaler Ventilhub von ca. 28 mm und eine maximale Phasenverschiebung von α = ca. 15° vorgegeben, so definiert die kinematische Auslegung der Anordnung ein Exzentermaß e1 = ca. 21 mm, einen Exzenterwinkel β = ca. 60°, einen Nockenhub von ca. 19 mm und eine Geometrie, d.h. Lage und Länge des Schwinghebels 17, der eine Ventilhubdifferenz zwischen minimalem Ventilhub von ca. 24 mm und einem vorgegebenen Maximalventilhub = 28 mm von ca. 4 mm, einen Stoßstangenversatz von ca. 19 mm und letztendlich eine Ventilspieldifferenz von max. ca. 0,03 mm zulässt, was hier durchaus tolerierbar ist.
Damit ist ein Abfahren von Raststellungen zwischen den extremen Verschiebe-Positionen der Ventilsteuerzeiten stufenlos möglich.
Das Wesentliche vorliegender Erfindung ist somit darin zu sehen, Parameter für die Geometrie insbesondere der Lage der Exzenterwelle 16 und der Nockenwelle sowie für die Auslegung vom Exzentermaß und Exzenterwinkel und der Konfiguration des Schwinghebels anzugeben, die eben im Zusammenspiel eine kinematische Auslegung, d.h. eine Optimierung der oben genannten Parameter in der Gesamtheit erlauben, bei der der Stützpunkt 31 der Stoßstange 13 auf dem Schwinghebel 17 während der Phasenverschiebung α der Ventilsteuerzeiten von früh bis spät nahezu auf einer Kreisbahn um den Radius R der Stoßstange 13 um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel 12 bewegt wird, so dass sich das Ventilspiel nicht oder eben nur minimal verändert, da ja der Abstand zwischen dem Kipphebel 12 und der Rolle 18 am Nocken 14 im wesentlichen dabei gleich bleibt.
Die sich normalerweise bei der Phasenverschiebung einstellende Ventilspieländerung kann mit Hilfe der vorgeschlagenen Konstruktion größtenteils kompensiert werden, so dass ein stufenloses, drehzahlunabhängiges sowie lastunabhängiges Verstellen bzw. Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten über den gewünschten Verstellbereich während des Motorlaufs mit einer tolerierbaren Ventilspieländerung möglich ist.

10: Ventiltrieb
11: Zylinderkopf
12: Kipphebel
13: Stoßstange
14: Nocken mit Nockenwelle
15: Exzenter
16: Exzenterwelle
17: verstellbarer Schwinghebel
18: Rolle
19: Grundkreis des Nockens
20: erstes Ende
21: zweites Ende
31: Stützpunkt
α: Phasenverschiebung
β: Exzenterwinkel
e1: Exzentermaß
R: Radius

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 Stoßstange einen verstellbaren Schwinghebel (17) aufweist, der einerseits mit einer Exzenterwelle (16) und andererseits mit einer auf einem Nocken (14) einer Nockenwelle laufenden Rolle (18) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schwinghebel (17) derart an der Exzenterwelle (16) angelenkt ist, dass durch den um einen Exzenterwinkel β verstellbaren Exzenter (15), der ein vergleichsweise großes Exzentermaß e1 aufweist, eine gewünschte und als Konstruktionsparameter vorgebbare Phasenverschiebung mit einem maximalen Phasenverstellwinkel α und ein vorgegebener maximaler Ventilhub eingestellt ist, und mit diesen Randbedingungen der Stützpunkt (31) der Stoßstange (13) auf dem verstellbaren Schwinghebel (17) während der Phasenverschiebung α in etwa dem Schwenkradius R der Stoßstange (13) um den oberen Drehpunkt an der Anlenkung am Kipphebel (12) folgt, d.h., dass der Abstand zwischen dem Kipphebel (12) und der Rolle (18) am Nocken (14) im Verstellbereich der Phasenverschiebung α im wesentlichen gleich bleibt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Kipphebels (12) und Stoßstange (13), der Nockenwelle, des Schwinghebels (17) sowie der Exzenterwelle (16) und Exzenter (15) kinematisch in der Weise ausgelegt ist, dass bei einem vorgegebenen maximalen Ventilhub und vorgegebenen Phasenverschiebung α der Ventilsteuerzeiten das Exzentermaß e1, der Exzenterwinkel β, ein bestimmter Nockenhub und die Geometrie, insbesondere Lage und Länge des verstellbaren Schwinghebels (17) definiert ist.