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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit einer
Nockenwelle mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
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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.
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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.
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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. Aus
insbesondere der
20 ist ein Ventiltrieb
zur Betätigung
der Ventile mit veränderlicher
Ventilerhebungskurve zu entnehmen, bei dem der Schwing- oder Kipphebel
kraftschlüssig
mit einem am Zylinderkopf geführten
Zwischenhebel im Eingriff steht, der weiterhin mit dem Nocken einer
Nockenwelle und mit einer Steuerkurve eines am Zylinderkopf direkt
oder indirekt drehbar gelagerten Stützkörpers gleitend oder wälzend im
Eingriff gehalten ist.
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In
der nicht vorveröffentlichten
Anmeldung DE 10 2004 043 110.8–11
ist ein variabler Ventiltrieb beschrieben, dessen Nockenwelle im
V-Winkel von Zylinderbänken
bzw. in beiderseits der Kurbelwellenachse angeordneten Zylinderbänken angeordnet
ist. Dabei wird zur Einstellung des Ventilhubs bei gleichzeitiger
Vor- oder Rückverlagerung
des Ventilöffnungsbereiches
dem Ventiltriebsmechanismus für die
linke Zylinderbank die am Zwischenhebel schwenkbar angelenkte Führungsschwinge
an einem mit dem Stützkörper gekoppelten
Stellarm angelenkt. Dabei ist dieser Stellarm zur Seite des Nockens
gerichtet angeordnet. Eine jeweils gleichsinnige Verstellung wird
in einfacher Weise beim jeweiligen Ventiltriebsmechanismus für die weitere
Zylinderbank mittels eines ebenfalls um die Achse des Stützkörpers schwenkbar
gelagerten Stellarmes erzielt, welcher jedoch mittels eines in der
Anlenkachse der Führungsschwinge
angelenkten Koppelbügels mit
dem Anlenkpunkt der Führungsschwinge
an dem anderen mit einem Stützkörper verbundenen
Stellarm gekoppelt ist.
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Nachteilig
bei dem bekannten Stand der Technik ist der komplizierte und aufwendige
Aufbau des Verstellmechanismus zur Hubveränderung des Ventilöffnungsbereiches.
Mit dem beschriebenen Stand der Technik kann, außer mit der DE 10 2004 043
110.8–11,
keine gleichzeitige Verstellung des Ventilhubs und des Ventilöffnungsbereiches
durchgeführt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, mit dem sicher und bei geringem technischen Aufwand
ein Verstellen des Ventilöffnungs-
und/oder Ventilschließzeitpunktes
in Richtung früh
oder spät erfolgt,
wobei gleichzeitig ein Verstellen der Ventilhubhöhe erfolgen kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Ein
Ventiltrieb für
Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Nockenwelle und im Zylinderkopf angeordneten
Ventilbetätigungselementen
weist Ventilbetätigungselemente
für ein
oder mehrere Ventile eines jeden Zylinders auf. Die Ventilbetätigungselemente
sind jeweils über
einen direkt oder indirekt ortsfest im Zylinderblock oder Zylinderkopf
gelagerten Schwenkhebel jeweils über
ein an einem Stützkörper geführtes Übertragungsglied
betätigbar
und stehen mittelbar mit einem Nocken form- bzw. kraftschlüssig im
Eingriff. Zum Verändern
der Ventilhubkurve ist der Berührungspunkt
zwischen dem Übertragungsglied
und dem Nocken entlang des Umfanges des Nockens verstellbar. Das Übertragungsglied ist
dabei nockenseitig in einer Führung
zwangsgeführt.
Durch Verschwenken der Führung
um die Nockenwelle wird die Lage der Zwangsführung des mit dem Nocken in
Wirkverbindung stehenden Teils des Übertragungsgliedes verändert. Hierfür ist um
die Nockenwelle eine verschwenkbare Kulisse angeordnet, welche die
Führung
trägt,
wobei die Führung
vorzugsweise als längsbewegliche
Aufnahme für
einen fest mit dem Übertragungsglied
verbundenen Bolzen, eine Rolle oder einen Gleitstein ausgeführt ist.
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Durch
die Anordnung der um die Nockenwelle verschwenkbaren Kulisse wird
einerseits der Berührungspunkt
und somit der Eingriffspunkt zwischen dem Übertragungsglied und dem Nocken
entlang des Umfanges der Nockenkontur verschoben und andererseits
wird durch die an der Kulisse angeordnete Führung das Übertragungsglied in axialer
Richtung zur Nockenwelle zwangsgeführt. Die Verstellung der Kulisse
kann über
einen separaten Antrieb oder in Kopplung mit dem Stützkörper durch
dessen Verschwenken erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform
ist der Stützkörper fest
im Gehäuse
angeordnet, so dass die Hubverstellung ausschließlich durch ein Verlagern der
Kulisse und damit der Führung
erfolgt. Die Steuerkurve am Stützkörper, welche die
Ventilöffnung
mitbestimmt, kann dabei so ausgelegt sein, dass durch das Verlagern
der Führungsbahn
gleichzeitig eine Veränderung
der Hubhöhe
und der Lage der Ventilöffnungs-
und/oder -schließzeit
erfolgt.
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Der
Vorteil der Lösung
besteht darin, dass mit dem Verschwenken der Kulisse und der damit verbundenen
Zwangsführung
des Übertragungsgliedes
die Ventilöffnungs- und/oder -schließzeit verstellbar
ist und gleichzeitig die Ventilhubhöhe variabel eingestellt werden
kann. Mit dem Verschwenken der Kulisse wird gleichzeitig zur Bewegung
entlang der Nockenkontur die Lage der Führung zum Nocken und zur Stützkurve
verändert.
Durch die Führung wird
die Bewegungsbahn des nockenseitigen Endes des Übertragungsgliedes bestimmt.
Somit wird durch ein Verstellen der Kulisse gleichzeitig die Übertragung
der Hubbewegung des Nockens auf das Ventil verändert. Damit ist eine Verstellung
des Ventilhubs in seiner Höhe
und bezüglich
der Öffnungs-
und Schließzeit
des Ventils mit einer Verstellbewegung realisierbar. Die dargelegte
Lösung
zeichnet sich außerdem
durch ihre einfache Gestaltung, einen geringen Platzbedarf und durch
eine sichere Verstellmöglichkeit
aus. In einer weiteren Ausführung
ist der Stützkörper gleichzeitig
unabhängig
von der Kulisse verschwenkbar, wodurch die Ventilhubkurve bezüglich Hubhöhe und Öffnungs-
und/oder Schließzeit sehr
flexibel einstellbar ist. In einer weiteren Ausführung erfolgt die Verstellung
der Lage der nockenseitigen Führung
des Übertragungsgliedes
und der Stützkurve
gekoppelt, so dass mit einer Verstellbewegung beide die Ventilhubkurve
bestimmenden Parameter verstellt werden können.
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Der
Antrieb der Verstellbewegung kann dabei sowohl von der die Führungen
tragenden Kulisse als auch vom Stützkörper ausgehen.
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Ein
Vorteil der Erfindungsgemäßen Lösung ist,
dass der Ventilöffnungszeitpunkt
nahezu konstant gehalten werden kann, während der Schließzeitpunkt zwischen
früh und
spät verstellbar
ist. Die Hubhöhe der
Ventilerhebungskurve ist dabei ebenfalls veränderbar, wobei eine nahezu
konstante Ventilhubhöhe ebenfalls
realisierbar ist. Dies ist insbesondere für die Anwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs
für ein
Einlassventil vorteilhaft. In einer Anwendung als Trieb für ein Auslassventil
ist es beispielsweise vorteilhaft die Schließzeit des Auslassventils nahezu konstant
zu lassen, während
die Öffnungszeit
des Auslassventils nach früh
oder spät
verstellt wird. Hierbei kann ebenfalls eine Variation des Ventilhubs erfolgen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auflagefläche des
Schwenkhebels, auf welchem sich die mit dem Steuerkurve in Eingriff
stehende Rolle abstützt,
in ihrem Verlauf als Radius um die Verstellachse des Stützkörpers ausgestaltet.
Hierdurch wird eine harmonische Formung der Ventilerhebungskurven über den
gesamten Verstellbereich gesichert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
In den dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes mit oberhalb
eines Schwenkhebels liegender Nockenwelle und
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2:
eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Ventiltriebes.
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In
der 1 ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb zur Betätigung insbesondere
der Einlassventile einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die erfindungsgemäße Lösung ist
auch einsetzbar für
die Auslassventile einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb weist
eine Nockenwelle 2 mit einem Nocken 15 auf, der
unter Zwischenschaltung eines Übertragungsmechanismus
einen Schwenkhebel 1 und damit ein Ventil 3 bewegt,
welches mittels Federkraft verschließbar und geschlossen gehalten
wird. Bei dieser Ausführung
ist die Nockenwelle 2 oberhalb des Schwenkhebels 1 angeordnet.
In der 2 ist ein Ventiltrieb für zwei zu betätigende
Ventile 3 dargestellt, wobei die Anordnung des Übertragungsmechanismus
des zweiten Ventils analog dem ersten entspricht und nicht mit dargestellt
wurde.
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Der
mit dem Nocken 15 und dem Schwenkhebel 1 in Wirkverbindung
stehende Übertragungsmechanismus
besteht aus einem Übertragungsglied 6,
das mit dem einen Ende über
eine Rolle 12 mit dem Nocken 15 der Nockenwelle 2 und
mit dem anderen Ende über
eine Rolle 5 mit einer Steuerkurve 11 des am Zylinderkopf
angeordneten Stützkörpers 7 und
mit dem Schwenkhebel 1 in Eingriff stehen. Dabei ist die
in 1 und 2 dargestellte Rolle 5 abgesetzt,
wobei der größere Durchmesser
der Rolle 5 mit dem Schwenkhebel 1 und der kleinere
Durchmesser mit der Steuerkurve 11 des Stützkörpers i
in Wirkverbindung steht. Es besteht auch die Möglichkeit, zwei unterschiedlich
große
Rollen am Übertragungsglied 6 anzuordnen,
die entsprechend mit dem Schwenkhebel 1 und der Steuerkurve 11 in
Eingriff stehen. In einer weiteren nicht dagestellten Ausführung betätigt die
Rolle 5 zwei nebeneinander liegende Schwenkhebel für ein weiteres
Ventil, beispielsweise bei einer Anwendung für einen Zylinder mit zwei Einlassventilen.
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Die
Auflagefläche 16 auf
dem Schwenkhebel entspricht in ihrem Verlauf vorzugsweise einem
Radius um die Verstellachse des Stützkörpers.
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Zum
Verändern
der Ventilhubkurve bei der gleichzeitig die Ventilöffnungs-
und/oder -schließzeit automatisch
verlagert wird, wird der Berührungspunkt
der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 und dem
Nocken 15 entlang des Umfanges des Nockens 15 verstellt,
wobei gleichzeitig eine Zwangsführung des
nockenseitigen Teiles des Übertragungsgliedes 6 erfolgt,
das über
die Rolle 12 mit dem Nocken 15 in Wirkverbindung
steht. Der Berührungspunkt
zwischen Nocken 15 und Rolle 12 wird dabei durch
Verschwenken um die Nockenwelle 2 verstellt. Dabei ist um
die Nockenwelle 2 eine verschwenkbare Kulisse 4 angeordnet,
die mit einer Führung 9 zur
Zwangsführung
des nockenseitigen Endes des Übertragungsgliedes 6 versehen
ist. An dem Übertragungsglied 6 ist
im Bereich des Eingriffes mit dem Nocken 15 ein Bolzen 8 (eine
Rolle oder ein Gleitstein -nicht dargestellt-) fest angeordnet,
der längsbeweglich
in der als Langloch ausgebildeten Führung 9 geführt wird.
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Zur
Sicherung eines ständigen
Kontakts der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 mit
der Kontur des Nockens 15 ist an dem Übertragungsglied 6 eine Feder 10 angeordnet,
die als Druckfeder ausgeführt ist,
sich an der Kulisse 4 abstützt und auf den Bolzen 8 wirkt.
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Das
Verschwenken der auf der Nockenwelle 2 gelagerten Kulisse 4 zum
Verändern
der Ventilhubkurve erfolgt entweder durch einen nicht dargestellten
separaten Antrieb, dessen Ritzel mit einer am Umfang der Kulisse 4 angeordneten
Verzahnung in Eingriff steht oder durch die Kopplung der Kulisse 4 mit
einem an dem Zylinderkopf angeordneten verschwenkbaren Stützkörper 7.
Dabei ist der verschwenkbare Stützkörper 7 über einen
Hebel 13 und ein Zwischenglied 14 mit der Kulisse 4 verbunden, wobei
der Hebel 13 fest mit der Kulisse 4 verbunden ist
und die Verbindung zwischen dem Hebel 13 und dem Zwischenglied
sowie die Verbindung zwischen Zwischenglied und Kulisse 4 gelenkig
zueinander ausgeführt
ist.
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Durch
Verschwenken des in 1 dargestellten Stützkörpers 7 in
Uhrzeigerrichtung wird die Kulisse 4 über den Hebel 13 und
das Zwischenglied 14 entgegen der Uhrzeigerrichtung verschwenkt,
wodurch der Ventilhub in Richtung maximaler Hubhöhe verstellt wird. Durch die
Zwangsführung
des Übertragungsgliedes 6 in
der Führung 9 durch
den Bolzen 8 erfolgt bei der Verstellung von einem minimalen
zu einem maximalen Hub eine automatische Verlagerung des Ventilschließzeitpunktes
zu einer späteren
Lage. Die Drehrichtung der Nockenwelle 2 ist dabei in 1 mit
einem Pfeil gekennzeichnet. Die Verstellung von einem maximalen
zu einem minimalen Hub erfolgt analog, wobei der Stützkörper 7 entgegen
der Uhrzeigerrichtung verschwenkt wird. Gleichzeitig wird auch ein
früheres
Auslassschliessen vorgenommen. Die Phasenlage des Ventilhubmaximums
wird somit gekoppelt mit der Veränderung
der Ventilschließzeit
und der Ventilhubhöhe
verstellt.
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Die
Lagerung der Kulisse 4 erfolgt entweder direkt auf der
Nockenwelle 2 oder separat im Gehäuse des Zylinderkopfs oder
-blocks.
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Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs
für die
Auslassventile einer Brennkraftmaschine erfolgt bei einer Verstellung
in Richtung eines größeren Ventilhubes
ein zeitigeres Öffnen
des Auslassventils.
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Eine
Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht
vor, dass die Kulisse 4 wie oben beschrieben durch einen
separaten Antrieb verstellt werden kann. Dabei kann der Stützkörper 7 mit
der Steuerkurve 11 fest an dem Zylinderkopf angeordnet
sein. Eine Verbindung des Stützkörpers 7 mit
dem Übertragungsglied 6 über den
Hebel 13 und das Zwischenglied 14 erfolgt dabei
nicht. Die Steuerkurve 11 kann so gestaltet sein, dass
sich bei feststehender Steuerkurve 11 und einem Verschwenken
der Kulisse 4 sowohl eine Veränderung der Hubhöhe als auch
der Ventilöffnungs-
und/oder Schließzeiten
einstellt.
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Bei
einer weiteren Variante ist es auch möglich, dass bei einer separaten
Verstellung der Kulisse 4 durch den Antrieb auch der Stützkörper i verschwenkbar
an dem Zylinderkopf angeordnet ist, wodurch der Eingriff der Rolle 5 mit
der Steuerkurve 11 verändert
und damit ebenfalls die Ventilhubkurve änderbar ist. Die Verstellung
des Stützkörpers 7 kann dabei
unabhängig
von der Verlagerung der Kulisse 4 um die Nockenwelle 2 erfolgen.
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In
der 2 ist eine Kulisse 4 für einen
doppelseitig wirkenden Schwenkhebel 1, bei dem zwei Ventile 3 auf
verschiedenen Seiten der Nockenwelle 2 betätigt werden,
dargestellt. Dabei ist zur Vereinfachung nur die Führung 9 der
Kulisse 4 dargestellt. Die Nockenwelle 2 ist dabei
mit zwei Nocken 15 versehen (zweiter Nocken nicht dargestellt),
wobei jeweils ein Nocken 15 mit jeweils einer Rolle 12 des
jeweiligen Übertragungsgliedes 6 in
Wirkverbindung steht. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kontur der beiden
Nocken 15 unterschiedlich zu gestalten, so dass verschiedene
Hubkurven für
die jeweiligen Ventile wirksam werden. Möglich ist beispielsweise die gekoppelte
Verstellung eines Einlassventils und eines Auslassventils, wobei
vorzugsweise Einlassschließzeit
und Auslassöffnung
gekoppelt verstellt werden.
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- 1
- Schwenkhebel
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Ventil
- 4
- Kulisse
- 5
- Rolle
- 6
- Übertragungsglied
- 7
- Stützkörper
- 8
- Bolzen
- 9
- Führung
- 10
- Feder
- 11
- Steuerkurve
- 12
- Rolle
- 13
- Hebel
- 14
- Zwischenglied
- 15
- Nocken
- 16
- Auflagefläche
- R
- Radius