DE102005020586A1

DE102005020586A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005020586A1
Application number: DE200510020586
Authority: DE
Inventors: Gert Fischer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-11-09
Also published as: DE502006000726D1; EP1722076A1; EP1722076B1

Abstract

Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (2), deren Nocke (2') ein Gaswechselventil (3) mittelbar über ein Zwischenelement (4) gegen eine Federkraft einer Ventilfeder (5) betätigt, wobei das Zwischenelement (4) auf einem Ventilschaftende (3') des Gaswechselventils (3) sowie auf einem Abstützelement (6) abgestützt ist, wobei das Abstützelement (6) über eine Federkraft eines Federelementes (7) gegenüber einem Zylinderkopf (8) abgestützt ist und wobei die Federkraft des Federelementes (7) kleiner als die Federkraft der Ventilfeder (5) ist und wobei eine Fixiervorrichtung (9) vorgesehen ist, mit der das Abstützelement (6) in einer ersten Lage, entsprechend einem maximalen Ventilhub (X) des Gaswechselventils (3), lagefixierbar ist und wobei ein Anschlag (10) für das Abstützelement (6) vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement (6) in einer zweiten Lage lagefixierbar ist, entsprechend einem Ventilhub (Y) des Gaswechselventils kleiner als 2 mm. DOLLAR A Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lässt sich eine sehr einfache, extrem kostengünstige Variabilität in einem Ventiltrieb realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 25 308 A1 aus. In dieser wird für einen variablen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zur Erzielung variabler Ventilöffnungswinkel bei besonders kleinen Ventilhüben vorgeschlagen, dass die mit der Nockenwellendrehachse im wesentlichen parallele Kippachse eines Kipphebels relativ zu einer Nockenwelle längs einer Bahn derart gesteuert verlagerbar ist, dass mit verlagerter Kippachse der Kipphebel lediglich etwa vom Anfangsbereich bis etwa zum Endbereich der Nockenspitze des Steuernockens zur Ventilbetätigung aktiviert ist. Um dies zu bewerkstelligen verfügt der Ventiltrieb über ein axial verschiebbares Stützelement, welches in einer definierten Lage von einem Rastelement verrastbar ist, so dass das Gaswechselventil seinen maximalen Ventilhub aufweist. Soll der Ventilhub verkleinert werden, wird das Abstützelement entrastet und gegen ein Federelement gedrückt, wodurch der Ventilhub des Gaswechselventils in o. g. Weise reduziert wird.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist der sehr aufwendig zu fertigende Verstellmechanismus für den hubvariablen Ventiltrieb der Brennkraftmaschine, sowie die hohen Kräfte, die auf den Rastmechanismus einwirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, wie der bauliche Aufwand für und gleichzeitig die auftretenden Kräfte in einem gattungsgemäßen Ventiltrieb zur Ventilhubsverstellung deutlich reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein Anschlag für das Abstützelement vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement in einer zweiten Lage lagefixierbar ist, entsprechend einem Ventilhub des Gaswechselventils kleiner als 2 mm, d. h. für eine geringe Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Bei geeigneter Wahl des zwischen dem Nocken und dem Gaswechselventil angeordneten Zwischenelementes, welches gemäß Patentanspruch 6 ein Kipp- oder Schlepphebel bzw. ein Rollenkipp- oder ein Rollenschlepphebel ist, lässt sich eine sehr einfache, extrem kostengünstige Variabilität im Ventiltrieb realisieren, ohne die für hohe Drehzahlen relevante Masse zu erhöhen. Der Bauraum im Zylinderkopf wird im Vergleich zu einem Zylinderkopf ohne diese Variabilität weder vergrößert, noch ist eine spürbare Gewichtszunahme feststellbar, da weder zusätzliche Verstellmotoren, noch Steuerwellen oder dgl. benötigt werden. Bei Bedarf kann eine Nockenwellenverdreheinrichtung (VANOS) mit dem vorgeschlagenen Ventiltrieb kombiniert werden. Da die im unteren Drehzahlbereich schädlichen Ventilöffnungsüberschneidungen von Einlass- und Auslassgaswechselventil vermieden werden (bei externer Gemischaufbereitung, d. h. Saugrohreinspritzung), können die für höhere Drehzahlen und höhere Leistung erforderlichen Öffnungswinkel der Gaswechselventile in einem gewissen Rahmen vergrößert werden. Bei 4-Ventil- Brennkraftmaschinen können die Einlassgaswechselventile unterschiedliche Hübe aufweisen (Maximalhub (X) und Minihub (Y)), um im mittleren Drehzahlbereich Füllung und Drall im Brennraum zu erhöhen. Das kurze Öffnen des Minihub-Gaswechselventils, d. h. ein Ventilhub kleiner 2 mm (Y), verhindert hierbei einen größeren HC-Ausstoß (Kohlenwasserstoffausstoß), da sich kein Kraftstoff wie bei einem gänzlich geschlossenen Einlassgaswechselventil an diesem anlagern kann. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb erfordert im Minihubbereich keine sonderlichen Fertigungstoleranzen, da die Hubauflösung des umlaufenden Nockens sehr gut, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt sehr präzise und der Minihub (Y) bei Bedarf sehr einfach von außen einstellbar ist, womit besonders im Leerlauf und leerlaufnahem Bereich der Brennkraftmaschine ein guter Gleichlauf mit geringen Drehzahlschwankungen erzielt wird. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb auch für Auslassgaswechselventile verwendet werden.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 kann in vorteilhafter Weise die Hubhöhe des Gaswechselventils im Minihubbereich zusätzlich innerhalb des vorgeschlagenen Minihubbereichs variiert werden.

Durch die Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 3 und 4 wird ein spielfreier Ventiltrieb erzielt.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Spielausgleichselementes ist die Verwendung eines hydraulischen Spielausgleichselementes.

Wie bereits unter den vorteilhaften Wirkungen von Patentanspruch 1 ausgeführt, ist das Zwischenelement vorzugsweise ein Kipp- oder Schlepphebel, besonders bevorzugt mit einer Rolle.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt in einer Schemazeichnung das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einem maximalen Gaswechselventilhub;
2 zeigt die gleiche Schemazeichnung wie 1, jedoch für einen Minihub des Gaswechselventils;
3 zeigt in einem Diagramm eine Gaswechselventilgeschwindigkeit über einem Nockenwinkel aufgetragen.
1 zeigt eine Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 8. Der Ventiltrieb 1 weist eine Nockenwelle 2 mit einem Nocken 2' auf, der mit einer Rolle 4' eines Zwischenelementes 4 in Wirkverbindung steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Zwischenelement 4 ein Schlepphebel, der in einem anderen Ausführungsbeispiel auch ein Kipphebel sein kann. Das Zwischenelement 4 liegt einerseits auf einem Ventilschaftende 3' eines Gaswechselventils 3 und andererseits auf einem Abstützelement 6 auf. Zwischen dem Zylinderkopf 8 und dem Abstützelement 6 ist ein Federelement 7 angeordnet, welches das Abstützelement 6 mitsamt dem Zwischenelement 4 in Richtung Nockenwelle 2 drückt. Das Abstützelement 6 wird von einer Fixiervorrichtung 9 in einer definierten Lage gehalten. In dieser Lage wird das Gaswechselventil 3 bei Betätigung des Ventiltriebes 1 von dem Nocken 2' mit einem Maximalhub (X) gegen eine Federkraft einer Ventilfeder 5 geöffnet.
Bei einer Entriegelung des Abstützelementes 6 durch die Fixiervorrichtung 9 drückt der Nocken 2' das Zwischenelement 4 beim Betrieb der Brennkraftmaschine abstützelementseitig in Richtung Zylinderkopf gegen die Federkraft des Federelementes 7 weg, da die Federkraft der Ventilfeder 5 größer als die Federkraft des Federelementes 7 ist. Das Abstützelement 6 sackt hierbei so weit in Richtung Zylinderkopf 8 ab, bis es auf einem Anschlag 10 aufliegt. Durch das Niederdrücken des entriegelten Abstützelementes 6, wird das Übersetzungsverhältnis im Ventiltrieb 1 verändert, wodurch – wie in 2 dargestellt – nur noch ein Minihub (Y), kleiner 2 mm, von dem Gaswechselventil 3 durchgeführt wird.
In 2, in der die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Bauelemente wie in 1 gelten, ist der gleiche Ventiltrieb für die Brennkraftmaschine nochmals dargestellt, jedoch mit einem entriegelten Abstützelement 6. Das Abstützelement 6 liegt nun auf dem Anschlag 10 auf und das Gaswechselventil 3 hat aufgrund des geänderten Übersetzungsverhältnisses einen Minihub (Y) von maximal 2 mm.
Bei geeigneter Wahl des zwischen dem Nocken 2' und dem Gaswechselventil 3 angeordneten Zwischenelementes 4, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Rollenschlepphebel ist, lässt sich eine sehr einfache, extrem kostengünstige Variabilität im Ventiltrieb 1 realisieren, ohne die für hohe Drehzahlen relevante Masse im Ventiltrieb 1 zu erhöhen. Der Bauraum im Zylinderkopf 8 wird im Vergleich zu einem Zylinderkopf ohne diese Variabilität weder vergrößert, noch ist eine spürbare Gewichtszunahme feststellbar, da weder zusätzliche Verstellmotoren, zusätzliche Steuerwellen oder dgl. benötigt werden. Bei Bedarf kann eine Nockenwellenverdreheinrichtung (VANOS) mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 kombiniert werden. Da die im unteren Drehzahlbereich schädlichen Gaswechselventilöffnungsüberschneidungen vermieden werden, (bei externer Gemischaufbereitung, d. h. Saugrohreinspritzung), können die für höhere Drehzahlen und höhere Leistung erforderlichen Öffnungswinkel der Einlassgaswechselventile in einem gewissen Rahmen vergrößert werden. Bei 4-Ventil-Brennkraftmaschinen können die Einlassgaswechselventile 3 auch unterschiedliche Hübe, Maximalhub (X) und Minihub (Y), aufweisen, um im mittleren Drehzahlbereich Füllung und Drall im Brennraum zu erhöhen. Das kurze Öffnen des Minihub- Gaswechselventils verhindert hierbei einen größeren HC-Ausstoß (Kohlenwasserstoffausstoß), da sich kein Kraftstoff, wie bei einem gänzlich geschlossenen Einlassgaswechselventil, an diesem anlagern kann. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 erfordert im Minihubbereich (Y) keine sonderlichen Fertigungstoleranzen, da die Hubauflösung des umlaufenden Nockens sehr gut, der Öffnungs- und Schließzeitpunkt sehr präzise und der Minihub (Y) bei Bedarf sehr einfach von außen einstellbar ist, womit besonders im Leerlauf und leerlaufnahen Bereich der Brennkraftmaschine ein guter Gleichlauf mit geringen Drehzahlschwankungen erzielt wird. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 auch für Auslassgaswechselventile verwendet werden.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine liegt der Hauptvorteil darin, dass der Nocken 2' ein Gaswechselventil 3 betätigt, wobei das Abstützelement 6 eine Fixiervorrichtung 9 aufweist, die im blockierten Zustand den üblichen Vollhub (X) des Gaswechselventils bewirkt. Beim Entriegeln des Abstützelementes 6 durch die Fixiervorrichtung 9 nimmt das Abstützelement 6 den Nockenhub derart auf, dass das Gaswechselventil 3 zunächst geschlossen bleibt. In einem Spitzenbereich des Nockens 2' läuft der Ventiltrieb 1 gegen einen festen, vorteilhaft auch einstellbaren Anschlag 10, so dass das Gaswechselventil 3 nun zwanghaft einen Minihub (Y) öffnen muss. Dieser Vorgang ist ohne akustische oder mechanische Nachteile möglich, da im Spitzenbereich des Nockens 2' eine Gaswechselventilgeschwindigkeit Werte annimmt, die sich im Rampenbereich herkömmlicher Ventiltriebe bewegen und außerdem der Minihub (Y) nur im unteren Drehzahlbereich gefahren wird. Absolut gesehen werden keine höheren Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des Gaswechselventils 3 erreicht als in einem konventionellen Ventiltrieb. Besonders bevorzugt kann der Anschlag 10 auch mit einer Öldämpfung versehen werden.
Um einen Umschaltbereich 11 auf einen Minihub (Y), kleiner 2 mm aufzuzeigen, ist in 3 die Gaswechselventilgeschwindigkeit über dem Nockenwinkel aufgetragen. Der Gaswechselventilgeschwindigkeitsverlauf entspricht einer Öffnung des Gaswechselventils 3 für einen maximalen Hub (X). Der Öffnungshub des Gaswechselventils 3 beginnt in der Koordinate 0, 0 mit einem Rampenbereich, der durch eine Kontur des Nockens 2' vorgegeben ist, wie sie bei Ventiltrieben ohne hydraulischen Spielausgleich verwendet wird. An den Rampenbereich schließt sich der Bereich der maximalen Gaswechselventilgeschwindigkeit an, entsprechend dem weiteren Gaswechselventilöffnungshub. An der Nockenspitze des Nockens 2' wird die Gaswechselventilgeschwindigkeit 0 m/s erreicht, nach dem Nulldurchgang, der mit Nockenspitze bezeichnet ist, schließt das Gaswechselventil 3 wieder. Im Bereich des Nulldurchgangs der Gaswechselventilgeschwindigkeit liegt der schraffiert dargestellte Umschaltbereich 11, in dem der Ventiltrieb 1 auf den Minihub (Y) umgeschaltet werden kann.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist in das Abstützelement 6 ein Spielausgleichselement, vorzugsweise ein hydraulisches Spielausgleichselement integriert.
Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Lagefixierung auch dann zum Einsatz kommen, wenn der Ventiltrieb kein Zwischenelement aufweist. Ein Beispiel hierfür ist ein Ventiltrieb mit einer Ventiltasse, die unterhalb des Bodens bis zum Ventilschaft ein Element, beispielsweise an Stelle eines hydraulischen Spielausgleichselementes, beinhaltet, das eine entsprechende Rastvorrichtung aufweist. Die Betätigung der Rastvorrichtung ist jedoch etwas schwieriger, die oszillierende Masse etwas erhöht und der Bauraum leicht vergrößsert. in diesem Ausführungsbeispiel wären das Zwischenelement 4 und das Abstützelement 6 gemeinsam durch die Ventiltasse dargestellt.

1: Ventiltrieb
2: Nockenwelle
2': Nocke
3: Gaswechselventil
3': Ventilschaftende
4: Zwischenelement
4': Rolle
5: Ventilfeder
6: Abstützelement
7: Federelement
8: Zylinderkopf
9: Fixiervorrichtung
10: Anschlag
11: Umschaltbereich

Claims

Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (2) deren Nocke (2') ein Gaswechselventil (3) mittelbar über ein Zwischenelement (4) gegen eine Federkraft einer Ventilfeder (5) betätigt, wobei das Zwischenelement (4) auf einem Ventilschaftende (3') des Gaswechselventils (3) sowie auf einem Abstützelement (6) abgestützt ist, wobei das Abstützelement (6) über eine Federkraft eines Federelementes (7) gegenüber einem Zylinderkopf (8) abgestützt ist und wobei die Federkraft des Federelementes (7) kleiner als die Federkraft der Ventilfeder (5) ist und wobei eine Fixiervorrichtung (9) vorgesehen ist, mit der das Abstützelement (6) in einer ersten Lage, entsprechend einem maximalen Ventilhub (X) des Gaswechselventils (3), lagefixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag (10) für das Abstützelement (6) vorgesehen ist, mit dem das unfixierte Abstützelement (6) in einer zweiten Lage lagefixierbar ist, entsprechend einem Ventilhub (Y) des Gaswechselventils (3) kleiner als 2 mm.
Spielausgleichselement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Anschlags (10) in axialer Richtung des Abstützelementes (6) veränderbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Abstützelement (6) ein Spielausgleichselement integriert ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (6) als Spielausgleichselement ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement ein hydraulisches Spielausgleichselement ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (4) ein Kipp- oder Schlepphebel ist.