DE102005006309A1

DE102005006309A1 - Variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102005006309A1
Application number: DE200510006309
Authority: DE
Inventors: Walter Siepmann; Lutz Stiegler; Andreas Werler; Jörg Wutzler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2005-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem der Ventilhub einstellbar ist und bei Verstellung in Richtung zu geringem Hub automatisch eine Vorverlagerung des Ventilöffnungsbereiches erfolgt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die am Zwischenhebel schwenkbar angelenkte Führungsschwinge an einem mit dem Stützkörper gekoppelten Stellarm angelenkt ist, wobei dieser Stellarm zur Seite des Nockens gerichtet angeordnet ist und bei einer Verstellung des Stützkörpers zum Verkleinern des Ventilhubes in Drehrichtung der Nockenwelle schwenkbar ist. Hierdurch wird bei Verstellung des Stützkörpers in Richtung zu geringem Ventilhub automatisch eine Vorverlagerung des bei geringem Ventilhub schmalen Ventilerhebungsbereiches erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt aus der DE 22 56 185 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einem Zwischenhebel, der an einer am Zylinderkopf schwenkbar angelenkten, unter Einwirkung einer Feder stehenden Führungsschwinge angelenkt ist. Dieses Zwischenelement schwenkt um seine Anlenkachse an der Führungsschwinge zwischen einem schwenkbar gelagerten, mit seiner Schwenkstellung die Hubgröße bestimmenden Stützkörper und der Stirnfläche des Schaftes eines zu betätigenden Ventils, welches unter Einwirkung einer Feder in Schließlage gehalten oder durch den Zwischenhebel geöffnet wird.

Weiterhin vorbekannt aus der DE 100 31 783 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einer indirekt von einem Nocken über einen am Zylinderkopf direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel bewegten Ventilanordnung, die ein oder mehrere unter Einwirkung einer Feder schließende Ventile aufweist. Der Schwing- oder Kipphebel steht mit einem schwingbeweglich geführten Zwischenhebel im Eingriff, wobei dieser Zwischenhebel weiterhin einerseits mit dem Nocken einer Nockenwelle und andererseits mit einer Steuerkurve eines am Zylinderkopf direkt oder indirekt drehbar gelagerten Stützkörpers gleitend oder wälzend im Eingriff steht. Der Stützkörper bestimmt mit seiner Stellung und dem damit wirksamen Bereich einer Steuerkurve die Größe des Ventilhubes, wobei mittels einer geeigneten Steuerung und eines entsprechenden Aktuators die Winkelstellung des Stützkörpers eingestellt werden kann.

Vorbekannt sind ebenfalls durch die Schrift US 4 572 118 variable Ventiltriebe für Verbrennungsmotoren mit einem an einer Kurbel angelenkten Zwischenhebel. Dieser Zwischenhebel wird zwischen einen schwenkbar gelagerten, mit seiner Schwenkstellung die Hubgröße bestimmenden Stützkörper und einen am Zylinderkopf direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel geschoben. Dabei öffnet der Schwing- oder Kipphebel ein oder mehrere durch Federkraft schließende Ventile. Der Zwischenhebel steht dabei jeweils mit einer Kreisbogenkontur, mit dem Stütz körper und dem Schwing- oder Kipphebel im Eingriff. Die Besonderheit ist, dass beide Kreisbogenkonturen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen.

Diese Ausführungen von variablen Ventiltrieben weisen den Nachteil auf, dass bei Hubverringerung die Hubmaxima im Wesentlichen beim gleichen Nockenwinkel verbleiben. Funktionell vorteilhaft ist jedoch, wenn bei gering eingestellter Ventilerhebung der Beginn der Erhebung in einem ähnlichen Bereich wie bei maximal eingestellter Ventilerhebung erfolgt. Um dies zu erreichen, ist in der Schrift DE 100 31 783 A1 im Antrieb von der Kurbelwelle zur Nockenwelle ein Winkelversteller vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem der Ventilhub einstellbar ist und bei Verstellung in Richtung zu geringem Hub automatisch eine Vorverlagerung des Ventilöffnungsbereiches erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die am Zwischenhebel schwenkbar angelenkte Führungsschwinge an einem mit dem Stützkörper gekoppelten Stellarm angelenkt ist, wobei dieser Stellarm zur Seite des Nockens gerichtet angeordnet ist und bei einer Verstellung des Stützkörpers zum Verkleinern des Ventilhubes in Drehrichtung der Nockenwelle schwenkbar ist.

Hierdurch wird bei Verstellung des Stützkörpers in Richtung zu geringem Ventilhub automatisch eine Vorverlagerung des bei geringem Ventilhub schmalen Ventilerhebungsbereiches erzielt.

Die Gestaltungen der Unteransprüche werden in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit ihren Vorteilen erläutert.

Anhand von mehreren Figuren wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Einen erfindungsgemäß gestalteten Ventiltrieb zeigen
1, 1a in einer Einstellung, bei welcher die maximale Ventilerhebung beim Durchlauf des Nockens erzielt wird,
2, 2a in einer Einstellung, bei welcher eine nur sehr geringe Ventilerhebung beim Durchlauf des Nockens erfolgt,
3 die Lage der Ventilerhebungsbereiche bei Einstellungen für maximale und sehr geringe Ventilerhebung.
Es ist darauf zu verweisen, dass die 1, 1a, 2 und 2a jeweils stark schematisierte Darstellungen der Mechanismen ohne Berücksichtigung funktioneller Proportionen in Positionen zeigen, welche sich jeweils beim Durchlaufen des Nockengrundkreises einstellen.
Der Ventiltrieb weist eine Nockenwelle 2 mit einen Nocken 21 auf, der unter Zwischenschaltung eines Übertragungsmechanismus einen Schwing- oder Kipphebel 12 und damit eine Ventilanordnung 1 mit einem oder auch zwei Ventilen bewegt, die mittels Federkraft schließen bzw. geschlossen gehalten werden.
Am Zylinderkopf ZK ist ein Schwing- oder Kipphebel 12 direkt oder indirekt auf einem Stützlager 13 eines im Zylinderkopf ZK abgestützten Spielausgleichselementes 14 schwenkbar gelagert. Vorteilhaft wird durch das Spielausgleichselement 14 ständig ein kraftschlüssiger Eingriff im gesamten Mechanismus zur Ventilbetätigung gewährleistet. Der Schwing- oder Kipphebel 12 steht weiterhin mit seiner Eingriffskurve 120 mit einer Rolle 42 eines Zwischenhebels 4 im Eingriff.
Die Eingriffskurve 120 wird bei einer Stellung des Schwing- oder Kipphebels 12 bei geschlossenem Zustand des bzw. der Ventile durch einen Radius um die Achse A6 des schwenkbar gelagerten Stützkörpers 6 gebildet, wobei sie sich über den Eingriffsbereich der Rolle 42 sowohl bei maximaler Ventilerhebung VE als auch bei fehlender Ventilerhebung VE, wenn kein Ventilöffnen erfolgt, erstreckt.
Am Zwischenhebel 4 werden zwei Kreisbogenkonturen mit gemeinsamem Mittelpunkt jeweils durch Rollen 41; 42 gebildet, die gemeinsam auf einer am Zwischenhebel 4 geführten und gehaltenen Achse A4 angeordnet sind.
Weiterhin steht der Zwischenhebel 4 einerseits über eine Rolle 40 mit dem Nocken 21 und andererseits über eine Rolle 41 mit einer Stütz- 61 oder Steuerkurve 62 eines in der Achse A6 schwenkbar am Zylinderkopf ZK gelagerten Stützkörpers 6 gleitend oder wälzend im Eingriff.
Die Stützkurve 61 wird durch eine sich um die Achse A6 des schwenkbaren Stützkörpers 6 erstreckende Kreiskontur gebildet. Der Zwischenhebel 4 weist eine, wie in den 1 und 2 dargestellt, zwischen der Achse A4 der Rollen 40 sowie 41; 42 angeordnete separate Anlenkachse A3 auf. An der Anlenkachse A3 ist die Führungsschwinge 3 schwingbeweglich geführt. In einer weiteren Ausführung, wie in den 1a und 2a dargestellt, ist der Zwischenhebel 4 über eine an der Achse der Rolle 40 schwenkbar angelenkte Führungsschwinge 3 schwingbeweglich geführt.
Die Führungsschwinge 3 ist an einem Stellarm 64 angelenkt, der mit dem im Zylinderkopf ZK gelagerten, mittels einer geeigneten Steuerung angesteuerten Stelleinrichtung 63 in seiner Winkelstellung einstellbaren Stützkörper 6 drehfest gekoppelt ist.
Am Stützkörper 6 greift über einen Mitnehmer 71 eine die Steuerkurve 62 gegen die Richtung des vom Nocken 21 bewirkten Hubes drängende Kompensationsfeder 7 an, die am Zylinderkopf ZK gegengelagert ist und die Stelleinrichtung 63 in angegebener Richtung unterstützt.
Die Kontur der Eingriffskurve 120 am Schwing- oder Kipphebel 12 erstreckt sich etwa parallel oder leicht geneigt zur Richtung der vom Nocken 21 bewirkten Bewegung des Zwischenhebels 4.
An der Führungsschwinge 3 greift eine in Richtung des vom Nocken 21 bewirkten Hubes drängende Feder 5 an, die am Zylinderkopf ZK gegengelagert sein kann, siehe 1 und 1a.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine gleichartig wirkende Feder als gewundene Biegefeder ausgeführt und zwischen der Führungsschwinge 3 und dem Stellarm 64 angeordnet ist. Eine derartige Feder verursacht durch ihre wirkende Kraft Pf – siehe 2 und 2a – ein Spreizen des Winkels zwischen Führungsschwinge 3 und Stellarm 64.
Erwähnt sei, dass, wenn eine Lagerung am Zylinderkopf ZK genannt wird, diese Lagerung auch indirekt am Zylinderdeckel oder einer Lagerbrücke ausgeführt sein kann, sofern z. B. der Zylinderdeckel oder die Lagerbrücke, eine fest gefügte Einheit mit dem Zylinderkopf ZK im Fertigzustand des Motors bilden.
Mit der vorbeschriebenen Ausführung ergibt sich bei Verstellung in Richtung zu geringer Ventilerhebung VE die erfindungsgemäße Funktion der automatischen Vorverlagerung des Ventilerhebungsbereiches. Diese Verstellung kann die Funktion eines Nockenwellenverstellers unterstützen oder diesen ersetzen.
In den 1 und 1a ist eine Stellung des Stützkörpers 6 mit der Stütz- 61 und Steuerkurve 62 gezeigt, bei der die maximale Ventilerhebung VE beim Durchlauf des Nockens 21 erzielt wird. Die Rolle 41 wird nach Beginn der Nockenerhebung sofort auf die stark ansteigende Kontur der Steuerkurve 62 geschoben, wobei die mit der Rolle 41 auf einer Achse gelagerte Rolle 42 über die Eingriffskurve 120 den Kipp- oder Schwinghebel 12 zum Öffnen bzw. Erheben des Ventils verlagert wird.
In den 2 und 2a ist eine veränderte Stellung des Stützkörpers 6 gezeigt, bei dem eine nur sehr geringe Ventilerhebung VE beim Durchlauf des Nockens 21 erzielt wird. Die Rolle 41 steht nach Beginn der Nockenerhebung über einen größeren Bereich mit der Stützkurve 61 im Eingriff, wobei das Ventil nicht öffnet. Erst danach erfolgt der Eingriff an einem kurzen Bereich der schwach ansteigenden Kontur der Steuerkurve 62. Der Kipp- oder Schwinghebel 12 wird auf diese Weise nur gering verlagert, womit auch nur ein geringes Öffnen bzw. Erheben des Ventils erfolgt.
Erkennbar ist in den 2 und 2a auch, dass im Unterschied zu 1 die Berührungslinie zwischen dem Nocken 21 und der Rolle 40 um den Winkel α entgegen der Drehrichtung verlagert ist. Damit wird erfindungsgemäß die Vorverlagerung des Ventilerhebungsbereiches bei geringem Öffnen des Ventils erzielt.
In 3 ist die Lage der Ventilerhebungsbereiche bei Einstellungen für maximale – H max – und sehr geringe Ventilerhebung VE – H min – gezeigt. Es ist die erfindungsgemäße Vorverlagerung des Ventilerhebungsbereiches mit sehr geringer Ven tilerhebung VE – H min – um den Winkel α entgegen der Drehrichtung DR21 des Nockens 21 bei geringem Öffnen des Ventils erkennbar.
Vorzugsweise ist die auf der gemeinsamen Achse A4 mit der Rolle 42 gelagerte Rolle 41 zweifach ausgeführt, wobei die beiden Rollen 41 jeweils seitlich der Rolle 42 angeordnet sind. Bei dieser Ausführung ist der Stützkörper 6 sowie die Stütz- 61 und die Steuerkurve 62 in der Weise geteilt ausgeführt, dass die Rolle 42 in der sich bildenden Nut ohne Eingriff am Stützkörper 6 verläuft.
Erfindungsgemäß möglich ist es auch, dass der Stellarm 64 eine eigene ortsfeste Lagerung aufweist, jedoch über mechanische Elemente, z. B. Koppelglieder oder einen mechanischen Trieb, mit dem Stützkörper 6 gekoppelt ist.
Vorteilhaft kann der Verstellwinkel des Stellarmes 64 durch eine Übersetzung im mechanischen Trieb größer als der des Stützkörpers 6 sein.

1: Ventilanordnung
12: Kipp- oder Schwinghebel
120: Eingriffskurve
13: Stützlager
14: Spielausgleichselement
2: Nockenwelle
21: Nocken
3: Führungsschwinge
4: Zwischenhebel
40: Rolle, im Eingriff mit 21
41: Rolle, im Eingriff mit 6
42: Rolle, im Eingriff mit 120
5: Feder, einwirkend auf 3
6: Stützkörper
61: Stützkurve
62: Steuerkurve
63: Stelleinrichtung
64: Stellarm gekoppelt an 6 mit Anlenkung für 3
7: Kompensationsfeder
71: Mitnehmer
α: Winkel der Verlagerung der Berührungslinie von 21 und 40 entgegen DR21
A3: zwischen den Rollen 40 und 41; 42 angeordnete separate Anlenkachse
A4: Achse von 41 und 42
A6: Achse zum Schwenken von 6
DR21: Drehrichtung von 21
Hmin: minimaler Hub eines Ventils
Hmax: maximaler Hub eines Ventils
Pf: Kraft einer Feder, wirkt spreizend zwischen 3 und 6
VE: Ventilerhebung
ZK: Zylinderkopf

Claims

Variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einem von einem Nocken (21) angetriebenen, von einer Führungsschwinge (3) geführten und mittels Federkraft gegen den Nocken (21) gedrängten Zwischenhebel (4), der zwischen einem schwenkbar gelagerten, mit seiner Schwenkstellung die Hubgröße bestimmenden Stützkörper (6) und mit einem am Zylinderkopf (ZK) direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten, ein oder mehrere durch Federkraft schließende Ventile betätigenden Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die am Zwischenhebel (4) schwenkbar angelenkte Führungsschwinge (3) ist an einem mit dem Stützkörper (6) gekoppelten, ortsfestgelagerten Stellarm (64) angelenkt, – der Stellarm (64) mit der Anlenkung der Führungsschwinge (3) ist in der Weise angeordnet, dass bei einer Verstellung des Stützkörpers (6) zum Verkleinern des Ventilhubes die Anlenkung der Führungsschwinge (3) in Drehrichtung (DR21) des Nockens (21) schwenkt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Stützkörper (6) gekoppelte Stellarm (64) in der Achse (A6) des Stützkörpers (6) gelagert und zur Seite des Nockens (21) gerichtet angeordnet ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellarm (64) eine eigene ortsfeste Lagerung aufweist, jedoch über mechanische Elemente mit dem Stützkörper (6) gekoppelt ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellarm (64) um die Lagerachse der Nockenwelle (2) geführt gelagert ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Elemente der Kopplung zwischen Stellarm (64) und dem Stützkörper (6) eine mechanische Übersetzung bilden.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale: – der Zwischenhebel (4) steht jeweils mit Kreisbogenkonturen, die einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, am Stützkörper (6) und am Schwing- oder Kipphebel (12) im Eingriff, – Schwing- oder Kipphebel (12) weist eine Eingriffskurve (120) auf, die durch einen Radius um die Achse (A6) zum Schwenken des Stützkörpers (6) gebildet ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisbogenkonturen mit gemeinsamem Mittelpunkt am Zwischenhebel (4) durch Rollen (41); (42) gebildet sind, die gemeinsam auf einer vom Zwischenhebel (4) geführten und gehaltenen Achse (A4) angeordnet sind.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwing- oder Kipphebel (12) am Zylinderkopf (ZK) über ein Spielausgleichselement (14) abgestützt ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Führungsschwinge (3) und dem Stellarm (64) eine Feder angeordnet ist, die als gewundene Biegefeder ausgeführt ist und deren Kraft (Pf) auf ein Spreizen des Winkels zwischen Führungsschwinge (3) und Stellarm (64) gerichtet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (4) eine zwischen den Lagerachsen der Rollen (40) sowie (41); (42) angeordnete separate Anlenkachse aufweist, an welcher die Führungsschwinge (3) schwingbeweglich geführt ist.