DE102005010182A1

DE102005010182A1 - Variabel mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005010182A1
Application number: DE102005010182A
Authority: DE
Inventors: Bastian Volpert; Rudolf Flierl; Mark Mohr
Original assignee: Entec Consulting GmbH
Current assignee: Kolbenschmidt Pierburg Innovations GmbH
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: DE102005010182B4; ES2363756T3

Abstract

Um eine variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere mit einer unten liegenden Nockenwelle zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffnungs- und Schließzeit zu schaffen, mit der ein sehr kompaktes Übertragungsgetriebe zwischen Stoßstangenantrieb und Ein- und Auslassventilen erreichbar ist, die Anzahl der benötigten Bauteile des Übertragungsbetriebes reduziert werden und zusätzlich ein mechanischer vollvariabler Ventiltrieb mit unten liegender Nockenwelle erhalten wird, wird vorgeschlagen, dass ein Zwischenhebel (7) über eine Achse (8) mit einer Stößelstange (4) so verbunden ist, dass eine auf der Achse (8) drehbar gelagerte Kulissenrolle (6), durch die Nockenwelle (1) angetrieben, in einer Kulisse (9) bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche (10) am Zwischenhebel (7) sich über eine Feder (5) verstärkt an einer Exzenterwelle (11) oder an einer zweiten Kontaktfläche (12) abstützt und über eine Arbeitskurve (13) ein Hebel (16) bewegbar ist, über den die Gaswechselventile (19) geöffnet und/oder geschlossen werden, und wobei insbesondere an einem an der Stößelstange (4) vorgesehenen Stößel (3) Mittel zur zusätzlichen Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffnung und -schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor mit untenliegender Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, zum Regulieren der Steuerzeit, Öffnungszeit und des Hubes von Gaswechselventilen, Ein- und Auslassventilen sowie der Ansteuerung von Kraftstoffventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Motoren mit Stoßstangen- oder Kipphebeltrieben.

Bekannt sind Brennkraftmaschinen mit untenliegender Nockenwelle, bei denen eine von der Nockenwelle angetriebene Stossstange oder der Nocken direkt einen Kipphebel betätigt, der entweder direkt oder über weitere Übertragungsglieder das Ventil öffnet und schließt. Dabei wird üblicherweise jedoch weder die Steuerzeit noch der Ventilhub oder die Ventilöffnungsdauer stufenlos variiert. Haben derartige mechanisch variable Ventilhubsteuerungen nur eine Nockenwelle, auf der die Nocken für die Ein- und Auslasserhebungen der Ventile gleichzeitig vorgesehen sind, kann der Zeitpunkt des Öffnens bzw. Schließens des Einlassventils nicht unabhängig vom Zeitpunkt des Öffnens oder Schließens des Auslassventils gesteuert werden. In bekannter Weise wird für die Verschiebung der Öffnungszeitpunkte zwischen Ein- und Auslassventile ein Phasenversteller verwendet, wobei die Nockengeometrien für den Ein- und Auslassventilhub auf verschiedenen Nockenwellen vorgesehen wird. Für die Phasenverstellung wird dann die Einlassnockenwelle relativ zur Auslassnockenwelle verschoben. Aus der DE 103 14 683 A1 ist eine variable Ventilhubsteuerung für einen Verbrennungsmotor mit untenliegender Nockenwelle bekannt, bei der der Ventilhub eines oder mehrerer Einlass- und/oder Auslassventile last- und drehzahlabhängig eingeregelt werden kann, so dass gleichzeitig mit dem Ventilhub auch die Öffnungszeit der Ventile eingeregelt wird. Aus DE 100 41 466 A1 und DE 43 30 913 A1 sind weiterhin Ventiltriebe zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und der Kraftstoffansaugsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Jedoch muss bei beiden Systemen ein hoher Aufwand betrieben werden um des Ventilspiel in einem gewissen Maß konstant zu halten. Des Weiteren sind zahlreiche variable Ventiltriebe bekannt, die sowohl den Ventilhub als auch die Öffnungszeit des Ventils annähernd stufenlos verstellen können. Alle aufgeführten variablen Ventiltriebe nutzen mindestens ein variabel verstellbares Übertragungsglied um den Nockenhub über dieses Übertragungsglied auf ein Ventilbetätigungsglied, das den Ventilhub erzeugt, zu übertragen. Alle diese Systeme sind in der Lage eine hohe Variabilität des Ventilhubes zu erzeugen. Die meisten dieser Ventiltriebe sind jedoch für oben liegende Nockenwellen ausgeführt. In der DE 101 40 635 A1 wird eine Ventilhubvorrichtung zur unabhängigen variablen Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, bei der die Ventilhubcharakteristik durch die Geometrie der Kulissenbahn, durch die Kontur der Verstellleiste und durch eine Arbeitskurve des Kipphebels gebildet wird, so dass mit dieser Ventilhubvorrichtung die beiden Einlassventile eines 4-Ventilmotors mit unterschiedlichen Hubkurven betätigt werden. Aus DE 1 751 690 und der DE 2 256 091 sind Ventilsteuereinheiten bekannt, die den Ventilhub eines Ventils last- und drehzahlabhängig für Verbrennungsmotoren mit untenliegender Nockenwelle verändern können. Jedoch basieren beide auf Gleitkontakten und haben damit Probleme mit der Reibung und damit mit der Verlustleistung.

Nachteilig bei den bekannten mechanischen variablen Ventiltrieben mit untenliegender Nockenwelle ist, dass diese Ventiltriebe einen zusätzlichen Hebel verwenden, der die Bewegung der Stoßstange auf das Zwischenglied überträgt, welches für die Variabilität der Ventilhubkurven verantwortlich ist. So ergeben sich für die gleiche Funktionalität mehr Bauteile und Gelenk- bzw. Kontaktstellen. Dadurch ergibt sich weiterhin eine größere Toleranz- sowie Steifigkeitsproblematik. Außerdem wirkt sich die Anzahl der Bauteile und Gelenk- bzw. Kontaktstellen negativ auf die Systemkosten aus. Eine Steuerzeitverschiebung bzw. Phasenverschiebung des maximalen Ventilhubes ist in diesen Systemen nicht vorgesehen. Bei den hier aufgeführten bekannten Systemen kann sowohl der Ventilhub, die Ventilöffnungszeit als auch die Steuerzeit bzw. die Phasenlage des Hubmaximums nicht verändert werden, obwohl die aufgeführten Systeme einzelne, der an einen mechanisch variablen Ventiltrieb gestellten Anforderungen, erfüllen können. Jedoch gibt es kein System das sowohl die Öffnungszeit und den Hub, sowie die Spreizung der Ventile verstellen kann. Außerdem ist bei diesen Systemen nicht vorgesehen, dass man für einen Motor mit nur einer Nockenwelle, die Ventilhubparameter für die Ein- und Auslassventile getrennt verstellen kann.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit untenliegender Nockenwelle mit voll variablen Ventilhub und Öffnungs- und Schließzeit zu schaffen, mit dem ein sehr kompaktes Übertragungsgetriebe zwischen Stoßstangenantrieb und Ein- und Auslassventilen erhalten wird, die Anzahl der benötigten Bauteile des Übertragungsgetriebes reduziert werden und zusätzlich ein mechanischer vollvariabler Ventiltrieb erhalten wird mit einer erweiterten Variabilität des Ventiltriebs, insbesondere von Motoren mit Stoßstangen- oder Kipphebeltrieben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1, in dem ein Zwischenhebel über eine Achse mit einer Stößelstange so verbunden ist, dass eine auf der Achse drehbar gelagerte Kulissenrolle durch die Nockenwelle angetrieben in einer Kulisse bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche am Zwischenhebel sich über eine Feder verstärkt an einer Exzenterwelle oder an einer zweiten Kontaktfläche abstützt und über eine Arbeitskurve ein Hebel bewegbar ist, über den die Gaswechselventile geöffnet und/oder geschlossen werden, und wobei insbesondere an einem an der Stößelstange vorgesehenen Stößel Mittel zur zusätzlichen Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffnung und -schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sind.

Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der kompakten Gestalt des Übertragungsgetriebes, das zwischen Nockenantrieb und Ventilbetätigung insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit untenliegender Nockenwelle angeordnet ist. Weiterhin wird durch die Kopplung des Zwischenhebels mit der Stößelstange ein vollvariabler Ventiltrieb erzielt, bei dem die Anzahl der Bauteile des Übertragungsgetriebes sehr gering ist. Die Systemtoleranzen des Übertragungsgetriebes können gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben deutlich verbessert werden. Ein weiterer großer Vorteil der neuen variablen mechanischen Ventilsteuerung besteht darin, dass sowohl der Ventilhub, die Ventilöffnungszeit als auch die Phasenlage des Hubmaximums unabhängig voneinander verändert werden kann.

Vorteilhaft ist, dass die Hebel, die direkt über den Gaswechselventilen angebracht sind, als Kipp- oder Schwinghebel ausgebildet sind und dass die Bahn der Kulisse durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt einer Hebelrolle und ein erster Bereich der Arbeitskurve durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt der Kulissenrolle gebildet wird. Dabei ist. vorgesehen, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel und die Hebel, die direkt über den Gaswechselventilen angeordnet sind, für die Ventilbetätigung unterschiedliche Geometrien aufweisen und nicht auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der über den Gaswechselventilen vorgesehene Hebel direkt über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile betätigt. Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Kontaktfläche des Zwischenhebels zur Exzenterwelle Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle ist. Damit ist ein reibungsarmer Betrieb des Übertragungsgetriebes gegeben.

Dadurch, dass unter anderem mit der vorliegenden Erfindung die Variation des Ventilhubs von einem Maximalhub bis zu einem Nullhub ausführbar ist, ist eine Ventilstillegung einzelner Ventile bis zur Stilllegung aller Ventile eines Zylinders gegeben.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der variablen mechanischen Ventilsteuerung bei einer Brennkraftmaschine mit untenliegender Nockenwelle wird darin gesehen, dass unabhängig von der Ventilhubvariation die Phasenlage der Ventilhubmaxima durch ein weiteres Verstellelement, das eine Exzenterwelle mit einem Anlenkpunkt umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel gekoppelt ist, durch eine Verdrehung der Exzenterwelle eine vorgegebenen Veränderung der Phasenlage und Ventilerhebungen der Gaswechselventile erfolgt. Des Weiteren ist es möglich, dass je nach Verschiebung der axialen Lage der Stößelstange mit dem Stößel in entgegengesetzte Richtungen bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle die Ventilöffnungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte unterschiedlich einstellbar sind, so dass beispielsweise die Ventilöffnungszeitpunkte bei unterschiedlichen Ventilhubscharen gleich sind und die Schließzeitpunkte sich über dem Nockenwinkel verändern. Für andere Auslegungen der Brennkraftmaschinen kann es vorteilhaft sein, die Schließzeitpunkte der Ventilhubscharen konstant zu halten und die Öffnungsbeginne der Ventilerhebungskurven zu verändern. Hierzu ist durch das Verstellelement entsprechend die axiale Lage der Stößelstange zu verändern.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bestehen darin, dass die Verstellung von Ein- und Auslassventilerhebungen zueinander getrennt und unterschiedlich erfolgt und dass die Nockenwelle mindestens einen Sekundärnocken aufweist, über den je Nockenwellendrehung ein zweites Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile erfolgt. Hiermit lässt sich insbesondere die Restgassteuerung von Motoren vorteilhaft über die Variation des Sekundärhubes steuern. Dieser Vorteil wirkt sich besonders an den Brennkraftmaschinen vorteilhaft aus, an denen als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und Schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundärhub vorgesehen ist, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primärhub erfolgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten, in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs eines Gaswechselventils mit untenliegender Nockenwelle in Seitenansicht;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs für einen Motor mit Verstellung der Phasenlage und des Ventilhubs;
3 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung bei maximalem Nockenhub;
4 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung für eine Nockengrundkreisstellung;
5 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Teilhubstellung bei maximalem Nockenhub;
6 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit Linearverschiebung A;
7 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit Linearverschiebung AV;
8 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und Sekundärnocken;
9 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit maximaler exzentrischer Verschiebung und Sekundärnocken;
10 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Sekundärhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und Sekundärnockenbetrieb;
11 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Vollhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und Sekundärnocken;
12 ein drittes Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs für eine V-Motor-Anordnung;
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs mit seitlich versetzten Ventilen;
14 ein Ausführungsbeispiel einer Ventilhubschar des variabeln Ventiltriebs;
15 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilöffnungszeitpunkt;
16 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilschließzeitpunkt.
1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einen variablen Ventiltrieb, bestehend aus einer Nockenwelle 1, einem Nockenfolger 2, der an einer Nocke der Nockenwelle 1 abrollt und ausgelenkt wird. Der Nockenfolger 2 ist drehbar in einem Stößel 3 gelagert, der linear (senkrecht) geführt ist. An der Oberseite des Stößels 3 ist eine Stößelstange 4 drehbar gelagert. Die Stößelstange 4 ist drehbar in einer Achse 8 und mit einem Zwischenhebel 7 verbunden. Der Zwischenhebel 7 stützt sich über eine Kulissenrolle 6, eine erste Kontaktfläche 10 und eine Hebelrolle 14 ab. Über eine Verstellung der Exzenterwelle 11 wird der Zwischenhebel 7 relativ zum Drehpunkt der Kulissenrolle 6 gekippt. Ein Hebel 16 ist in einem Hebeldrehpunkt 17 drehbar gelagert. Ein Gaswechselventil 19 wird über den Hebel 16 betätigt. Wird der Nockenhub gemäß 1 über den Stößel 3 und eine gelenkig, mit dem Stößel 3 verbundene Stößelstange 4 auf den Zwischenhebel 7 übertragen, wobei der Stößel 3 auch als Schwinghebel vorgesehen ist. Sowohl der Stößel als auch der Schwinghebel 3 können entweder über einen Gleit- oder einen Rollenkontakt mit einem Nocken der Nockenwelle 1 in Berührung stehen. Die Stößelstange 4 ist über ein Kugel-, Dreh- oder Drehschubgelenk mit dem Stößel 3 verbunden. Der Zwischenhebel 7 rollt mit der Kulissenrolle 6 in einer Kulisse 9 ab. Außerdem stützt sich der Zwischenhebel 7 mit der ersten Kontaktfläche 10 an der Exzenterwelle 11 ab. Die erste Kontaktfläche 10 kann auch Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle des Zwischenhebels 7 sein. Ausgelenkt durch den Nockenhub kippt der Zwischenhebel 7, so dass die am Hebel 16 drehbar gelagerte Hebelrolle 14 auf einer Arbeitskurve 13 des Zwischenhebels 7 abläuft. Abhängig von der Positionierung durch die Exzenterwelle 11 oder einen Gleitstein kommen unterschiedliche Bereiche der Arbeitskurve 13 mit der Hebelrolle 14 in Kontakt. Befindet sich die Hebelrolle 14 in Kontakt mit dem Nullhubbereich der Arbeitskurve 13 wird, trotz schwenken des Zwischenhebels 7, keine Bewegung des Hebels 16 erzeugt und somit auch nicht ein Gaswechselventil 19 betätigt. Befindet sich die Hebelrolle 14 in Kontakt mit dem Hubbereich der Arbeitskurve 13, wird der Hebel 16 und mit ihm auch das Gaswechselventil 19 betätigt. Je länger die Hebelrolle 14 durch Verstellung des Zwischenhebels 7 auf dem Nullhubbereich abrollt, umso kürzer rollt sie im Hubbereich und umso kleiner wird der Ventilhub bis hin zum Nullhub, wenn nur der Nullhubbereich der Arbeitskurve 13 während des Nockenhubes abgefahren wird. Außerdem verschiebt sich symmetrisch zum maximalen Nockenhub der Öffnungszeitpunkt nach spät und der Schließzeitpunkt nach früh. Um einen Kraftschluss zwischen allen Bauteilen gewährleisten zu können, müssen mehrere Federn 5, 15 in das System eingefügt werden. Die Art, Anzahl und Positionierung der Federn 5 und 15 hängt von der Konfiguration und Auslegung des Systems ab.
Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs weist ein zusätzliches Verstellelement auf, dass eine Exzenterwelle 22 mit einem Anlenkpunkt 21 umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel 3 gekoppelt ist, wobei durch eine Verdrehung der Exzenterwelle 22 eine vorgegebenen Änderung der Phasenlage und der Ventilerhebungen der Gaswechselventile 19 vorgesehen ist. Anstelle der Verstellung durch die Exzenterwelle 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nur die zweite Kontaktfläche 12 als Anlage des Zwischenhebels 7 notwendig.
In 3 bis 5 werden unterschiedliche Ventilhubstellungen des variablen Ventiltriebs dargestellt. In 3 ist bei der maximalen Nockenhubstellung das Übertragungsgetriebe für eine Stellung dargestellt, bei der das Gaswechselventil 19 einen Nullhub macht. In 4 ist ebenfalls eine Nullhubstellung am Gaswechselventil 19 eingestellt, diesmal nur mit einer Nockenhubstellung für die Stellung der Nockenwelle 1 in einer Grundkreisposition. In 5 ist eine Teilhubstellung des Gaswechselventils 19 eingestellt. In 6 ist eine verstellbare Linearführung 20 beschrieben, mit der die Phasenlage und der Ventilhub zusätzlich veränderlich gestaltet werden kann. Die Spreizung A kann je nach Stellung der Linearführung 20 verändert werden. In 7 ist für diese Linearführung 20 eine Position mit einer Spreizung verschoben AV dargestellt, bei der die Achse der Stößelstange 4 außermittig einer Mittelachse 24 der Nockenwelle 1 verläuft. Der Betrag der Linearführung 20 ist mit AV gekennzeichnet. Durch die veränderliche Linearführung 20 kann die Phasenlage und der Ventilhub der Ventilsteuerung variabel eingestellt werden.
In 8 ist für ein weiteres Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs an der Nockenwelle 1 ein Sekundärnocke 23 dargestellt. Je Nockenwellenumdrehung wird mit dem Sekundärnocken 23 das Gaswechselventil 19 zusätzlich geöffnet und geschlossen. Diese zusätzliche Öffnung des Gaswechselventils 19 wird als Restgaststeuerung an Motoren genutzt. Ein Teil des Abgases von dem letzten Verbrennungstakt verbleibt im Zylinder. Damit lassen sich die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine senken. Vorteilhaft für die Brennkraftmaschine ist, wenn der Sekundärnocken 23 mit einer unabhängig von der Steuerung des Gaswechselventils 19 vorhandenen variablen Ventilsteuerung zusätzlich auch variabel betätigt werden kann. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der variablen Ventilsteuerung ist als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und -schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundärhub vorgesehen, durch dass das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile 19 veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primärhub vornimmt. Es besteht auch die Möglichkeit den Haupt- und Sekundärhub auf zwei Nocken aufzuteilen. Durch Verwendung zweier Nockenfolger 2 auf einem gemeinsamen Stößel 3, lässt sich der Sekundärhub bei Bedarf über ein Lostmotionelement ganz wegschalten. Dabei ist der Nockenfolger 2 des Sekundärhubs mit dem Lostmotionelement am Stößel 3 angebracht und der Nockenfolger 2 des Primärhubs ständig fest mit dem Stößel 3 verbunden. Bei der Aufteilung des Haupt- und Sekundärhubes auf zwei Nocken ist es auch möglich, zwei Betätigungssysteme die aus zwei Nockenfolgern 2 bzw. zwei Schwinghebel, zwei Stößelstangen 4 und zwei Zwischenhebel 7 bestehen, zu verwenden, die jedoch nur einen gemeinsamen Hebel 16 betätigen. Durch eine getrennte oder gekoppelte Ansteuerung der beiden Betätigungssysteme kann die Phasenlage und die Höhe und Öffnungszeit des Ventilhubes zueinander frei eingestellt werden. Mit je einer Nocke für den Haupthub und den Sekundärhub können auch zwei getrennte Schwinghebel anstelle der Stößel 3 für die beiden Nocken der Nockenwelle 1 verwendet werden, von denen nur einer mit der Stößelstange 4 verbunden ist. Verbindet man die beiden Zwischenhebel 7 miteinander, so werden beide Nockenhübe benutzt. Durch Verstellen des Zwischenhebels 7 über die Exzenterwelle 11 so weit, dass die Hebelrolle 14 schon in der Grundkreisphase durch den Hubbereich der Arbeitskurve 13 betätigt wird, ist ein ständiges geringes Öffnen des Gaswechselventils 19 erreichbar, wie es für eine Konstantdrosselmotorbremsfunktion notwendig ist. Weiterhin ist in 8 ein weiteres Verstellmittel zur Veränderung der Phasenlage und des Ventilhubs der variablen Ventilsteuerung in Form einer Exzenterwellenverstellung mit einer Exzenterwelle 22 und einem Anlenkpunkt 21 dargestellt. In 9 bis 11 sind verschiedene Ventilhubstellungen der variabeln Ventilsteuerung für unterschiedliche Stellungen der Exzenterwelle 22 bzw. Anlenkpunkte 21 dargestellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist der variable Ventiltrieb für eine V-Motor-Anordnung gezeigt. Vorteilhaft ist hierbei eine kompakte Lösung, bei der die Stößel 3 auf eine gemeinsame untenliegende Nockenwelle 1 zum Antrieb der Gaswechselventile 19 zurückgreifen. In einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Stößel 3 von unterschiedlichen Nockenwellen 1 angetrieben werden. In 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des variabeln Ventiltriebs aufgezeigt, bei dem der Zwischenhebel 7 und der Hebel 16 unterschiedliche Geometrien aufweisen und bei dem das Verstellgetriebe, das vorzugsweise im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist mindestens zwei Exzenterwellen 11 aufweist. Dadurch können die Gaswechselventile 19 unterschiedlich variabel betätigt werden. In einem weiteren nicht näher aufgeführten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Hebel 16 über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile 19 betätigt. In 14 bis 16 sind Ventilhubscharen des variabeln Ventiltriebs über dem Nockenwinkel für verschiedene Ausführungsbeispiele der variablen Ventilsteuerung und Stellungen des Verstellelementes am Stößel 3 dargestellt. Je nach Lage der Achse des Stößels 3 bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle 24 stellt sich die Lage der Hubmaxima bzw. die Öffnungs- oder Schließzweitpunkte der Ventilerhebungen über dem Nockenwinkel dar. In 14 ist eine symmetrische Ventilhubschar dargestellt, die vorzugsweise erhalten wird, wenn die Achse der Stößelstange 4 durch die Mittelachse der Nockenwelle 24 verläuft.

1: Nockenwelle
2: Nockenfolger
3: Stößel
4: Stößelstange
5: Feder
6: Kulissenrolle
7: Zwischenhebel
8: Achse
9: Kulisse
10: Erste Kontaktfläche
11: Exzenterwelle
12: Zweite Kontaktfläche
13: Arbeitskurve
14: Hebelrolle
15: Feder
16: Hebel
17: Hebeldrehpunkt
18: Hydraulisches Ventilspielausgleichselement
19: Gaswechselventil
20: Linearführung
21: Anlenkpunkt
22: Exzenterwelle
23: Sekundärnocke
24: Mittelachse der Nockenwelle
AV: Spreizung verschoben
A: Spreizung fest

Claims

Variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere mit einer untenliegenden Nockenwelle zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffnungs- und Schließzeit mindestens eines Einlass- und/oder Auslassventils, wobei mittels einer Nockenwelle angetriebene Kipp- oder Schwinghebel über ein Übertragungsgetriebe und mindestens eine Stößelstange die Ein- und Auslassventile betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenhebel (7) über eine Achse (8) mit einer Stößelstange (4) so verbunden ist, dass eine auf der Achse (8) drehbar gelagerte Kulissenrolle (6) durch eine Nockenwelle (1) angetrieben in einer Kulisse (9) bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche (10) am Zwischenhebel (7) sich über eine Feder (5) verstärkt an einer Exzenterwelle (11) oder an einer zweiten Kontaktfläche (12) abstützt und über eine Arbeitskurve (13) ein Hebel (16) bewegbar ist, über den die Gaswechselventile (19) geöffnet und/oder geschlossen werden, und wobei insbesondere an einem an der Stößelstange (4) vorgesehenen Stößel (3) Mittel zur zusätzlichen Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffnung und -schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sind.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (16) als Kipp- oder Schwinghebel ausgebildet ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn der Kulisse (9) durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt einer Hebelrolle (14) und ein erster Bereich der Arbeitskurve (13) durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt der Kulissenrolle (6) gebildet wird.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel (7) und die Hebel (16) für die Ventilbetätigung unterschiedliche Geometrien aufweisen und nicht auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen sind.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (16) über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile (19) betätigt.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (10) des Zwischenhebels (7) Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmten geometrischen Stellungen der Bauteile des Übertragungsgetriebes ein Nullhub eines Gaswechselventils (19) einstellbar ist und damit mindestens ein Gaswechselventil (19) je Zylinder stillgelegt ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass der Stößel (3) zwischen Stößelstange (4) und Nockenwelle (1) insbesondere als Schwinghebel ausgebildet ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) oder der Ventilhübe und der Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkte an dem Stößel oder Schwinghebel (3) ein zusätzliches Verstellelement vorgesehen ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement eine Exzenterwelle (22) mit einem Anlenkpunkt (21) umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel (3) gekoppelt ist, wobei durch eine Verdrehung der Exzenterwelle (22) eine vorgegebenen Veränderung der Phasenlage und Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) erfolgt.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Verschiebung der axialen Lage der Stößelstange (4) mit dem Stößel (3) in entgegengesetzte Richtungen bezogen auf die Mittelachse (24) der Nockenwelle (1) die Ventilöffnungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte sich unterschiedlich einstellen.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (3) durch das Verstellelement linear verstellbar ist.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung von Ein- und Auslassventilerhebungen zueinander getrennt und unterschiedlich erfolgt.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) mindestens einen Sekundärnocken (23) aufweist, über den je Nockenwellendrehung ein zweites Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile erfolgt.
Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und Schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundärhub vorgesehen ist, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile (19) veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primärhub erfolgt.