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Die
Erfindung betrifft einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
der Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit einem angetriebenen Nockenelement,
das eine innere Nockenkontur, die mit einem Anbindungselement zusammenwirkt,
und eine äußere Nockenkontur
aufweist.
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Zwangsgesteuerte
Ventiltriebe oder Ventilsteuerungen werden auch als desmodromische
Ventilsteuerungen bezeichnet. Aus dem US-Patent
US 1,238,175 ist ein zwangsgesteuerter
Ventiltrieb bekannt, der ein Nockenelement mit einer Nockennut aufweist,
in die ein Anbindungselement eingreift. Aus der internationalen
Patentanmeldung WO 01/12958 A1 ist ein Ventiltrieb mit einem angetriebenen
Nockenelement, einem von dem Nockenelement verschieb- oder verschwenkbaren
Ventilglied und einem flexiblen Umschließungselement bekannt, in dem das
Nockenelement drehbar angeordnet ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen zwangsgesteuerten Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine höhere Lebensdauer als herkömmliche
zwangsgesteuerte Ventiltriebe aufweist.
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Die
Aufgabe ist bei einem zwangsgesteuerten Ventiltrieb zum Steuern
der Öffnungs-
und Schließbewegung
mindestens einer Ventileinrichtung, mit einem angetriebenen Nockenelement,
das mindestens eine innere Nockenkontur, die mit mindestens einem
Anbindungselement zusammenwirkt, und eine äußere Nockenkontur aufweist,
dadurch gelöst,
dass die äußere Nockenkontur
mit einer Kontaktfläche
einer Kopplungseinrichtung Kontakt hat, an der auch das Anbindungselement
angebracht ist. Bei der Auslegung von zwangsgesteuerten Ventiltrieben
ist es wichtig, dass mit dem Ventiltrieb hohe Beschleunigungen realisiert
werden können.
Die höchsten
Beschleunigungen werden bei der Öffnungs-
und Schließbeschleunigung
des Ventiltriebs wirksam. Beim Abbremsen des Ventilhubs über den
Kuppenbereich des Nockenelements werden aufgrund des größeren Winkelbereichs
deutlich kleinere Beschleunigungen wirksam. Hohe Beschleunigungen
erzeugen große
Massenkräfte.
Diese Kräfte
müssen
zwischen der Nockenwelle, die das Nockenelement antreibt, und dem
Ventiltrieb übertragen
werden. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die bei der Öffnungs-
und Schließbeschleunigung
wirksamen großen
Kräfte über eine relativ
große
Kontaktfläche
auf die Kopplungseinrichtung übertragen.
Aufgrund der großen
Kontaktfläche sind
die auftretenden Flächenpressungen
minimal. Die relativ geringen Kräfte
beim Abbremsen des Ventilhubs werden von der inneren Kontur über das
Anbindungselement ebenfalls auf die Kopplungseinrichtung übertragen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung
mindestens ein Kopplungselement umfasst, das mit einem Ventilschaft
der Ventileinrichtung gekoppelt ist. Das Kopplungselement dient
dazu, eine definierte Bewegung der Kopplungseinrichtung auf den
Ventilschaft zu übertragen,
der in bekannter Art und Weise hin und her bewegbar geführt ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement
zwischen zwei Bunden angeordnet ist, die an dem Ventilschaft voneinander beabstandet
sind. Dadurch wird das Kopplungselement auf einfache Art und Weise
mit dem Ventilschaft gekoppelt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement über mindestens
einen ersten Hebelarm mit dem Anbindungselement verbunden ist, das
an der inneren Nockenkontur des Nockenelements anliegt. Vorzugsweise
umgreifen zwei Kopplungselemente den Ventilschaft gabelartig zwischen
den beiden Bunden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement
von einer Rolle gebildet wird, die an einem Ende eines Bolzens drehbar angebracht
ist, der an der Kopplungseinrichtung befestigt ist. Der auf Scherung
beanspruchte Bolzen kann einen relativ kleinen Durchmesser aufweisen, da über den
Bolzen nur die relativ geringen Kräfte beim Abbremsen des Ventilhubs
auf die Kopplungseinrichtung übertragen
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement über einen
zweiten Hebelarm mit einem Lagerzapfen verbunden ist, der drehbar
gelagert ist. Durch den Lagerzapfen wird sichergestellt, dass sich
die Kopplungseinrichtung mit dem Kopplungselement und dem Anbindungselement
nur auf definierten Bahnen bewegen können. Durch die Größe der Hebelarme
kann der Ventilhub gezielt beeinflusst werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme
an jeweils einem Ende im Bereich des Anbindungselements einstückig miteinander
verbunden sind. Vorzugsweise sind das Kopplungselement, die beiden
Hebelarme und der Lagerzapfen einstückig miteinander verbunden
und bilden zusammen die Kopplungseinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen
Ende des ersten Hebelarms das Kopplungselement angeordnet ist. Das
Kopplungselement hat vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt einer
Kreisscheibe.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen
Ende des zweiten Hebelarms der Lagerzapfen angeordnet ist. Der Lagerzapfen
hat im Wesentlichen die Gestalt eines vorzugsweise hohlen Kreiszylinders.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Ventiltriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement
zum Antreiben von zwei Ventileinrichtungen eine gemeinsame äußere Nockenkontur
und auf zwei Seiten jeweils eine innere Nockenkontur aufweist. Dadurch
wird auf einfache Art und Weise ein zwangsgesteuerter Ventiltrieb
für zwei
Ventileinrichtungen geschaffen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs;
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2 den
Ventiltrieb aus 1 in der Vorderansicht;
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3 den
Ventiltrieb aus 1 in der Draufsicht;
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4 den
Ventiltrieb aus 1 in der Seitenansicht von rechts
und
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5 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4.
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In
den 1 bis 5 ist ein zwangsgesteuerter
Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugmotors, in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der
zwangsgesteuerte Ventiltrieb 1 dient dazu, die Öffnungs-
und Schließbewegung
von zwei Ventilen 4, 5 zu steuern. Die beiden Ventile 4, 5 weisen
jeweils einen Ventilteller 6, 7 auf, der dazu
dient, eine (nicht dargestellte) Öffnung in einem Arbeitsraum
der Brennkraftmaschine zu verschließen und gezielt freizugeben.
Für den
Ladewechsel der Brennkraftmaschine sind die Steuerzeitquerschnitte
maßgeblich,
die sich aus dem Produkt von geöffneter
Durchtrittsfläche
und Öffnungszeit
ergeben. Die Schließbewegungsrichtung
der Ventilteller 6, 7 ist durch einen Pfeil 9 angegeben.
Die Öffnungsbewegungsrichtung
der Ventilteller 6, 7 ist durch einen Pfeil 10 angegeben.
Die Ventilteller 6, 7 sind jeweils einstückig mit
einem Ventilschaft 12, 13 verbunden. Die Ventilschäfte 12, 13 sind
jeweils in Längsrichtung
hin und her bewegbar geführt.
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Im
Bereich des freien Endes des Ventilschafts 13 sind zwei
Bunde 15, 16 ausgebildet. Die Bunde 15, 16 weisen
an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils eine Anlagefläche auf.
Die beiden Anlageflächen
sind voneinander beabstandet. Zwischen den beiden Anlageflächen der
Bunde 15, 16 sind zwei Kopplungselemente 18, 19 angeordnet,
die den Ventilschaft 13 gabelartig umgreifen. Die Kopplungselemente 18, 19 sind
einstückig
mit einer Kopplungseinrichtung 20 verbunden.
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Die
Kopplungseinrichtung 20 umfasst eine Hebeleinrichtung 22,
die von einem Grundkörper 23 ausgeht.
Von dem Grundkörper 23 geht
ein Lagerzapfen 24 aus, der im Wesentlichen die Gestalt eines
hohlen Kreiszylinders aufweist. Der Lagerzapfen 24 ist,
wie in 2 angedeutet ist, um eine Drehachse oder Schwenkachse 26 drehbar
gelagert. Die Hebeleinrichtung 22 weist einen Aufnahmebereich 30 mit
einem Durchgangsloch zur Aufnahme eines Endes eines Bolzens 29 auf.
Der Bolzen 29 ist in das Durchgangsloch eingepresst.
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In 4 sieht
man, dass der Aufnahmebereich 30 für den Bolzen 29 durch
einen ersten Hebelarm 31 einstückig mit dem Kopplungselement 18 verbunden
ist. Auf der anderen Seite ist der Aufnahmebereich 30 über einen
zweiten Hebelarm 32 einstückig mit dem Grundkörper 23 der
Kopplungseinrichtung 20 verbunden.
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In 5 sieht
man, dass ein Ende des Bolzens 29 auf der dem Lagerzapfen 24 abgewandten Seite
aus dem Aufnahmebereich 30 der Kopplungseinrichtung 20 herausragt.
An dem herausragenden Ende des Bolzens 29 ist ein Anbindungselement 34, das
im vorliegenden Beispiel von einer Rolle gebildet wird, drehbar
angebracht. Das Anbindungselement 34 liegt an einer inneren
Nockenkontur 38 eines Nockenelements 40 an. Das
Nockenelement 40 ist in bekannter Art und Weise an einer
Nockenwelle 41 befestigt, die drehbar angetrieben ist.
An seinem äußeren Umfang
weist das Nockenelement 40 eine äußere Nockenkontur 44 auf.
An der äußeren Nockenkontur 44 des
Nockenelements 40 liegt eine Kontaktfläche 48 an, die an
einem Verbindungssteg 50 der Kopplungseinrichtung 20 ausgebildet
ist.
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In
der in 5 dargestellten Schnittansicht sieht man, dass
sich der Verbindungssteg 50 zwischen dem Aufnahmebereich 30 für den Bolzen 29 und
einem weiteren Aufnahmebereich 60 für einen weiteren Bolzen 59 erstreckt.
An dem freien Ende des Bolzens 59 ist, genauso wie an dem
Bolzen 29, ein weiteres Anbindungselement 64 drehbar
gelagert. Das weitere Anbindungselement 64 liegt an einer
inneren Nockenkontur 68 an, die auf der anderen Seite des
Nockenelements 40 ausgebildet ist. Ein weiterer Lagerzapfen 69 erstreckt
sich von der Kopplungseinrichtung 20 in der entgegengesetzten
Richtung zu dem Lagerzapfen 24.
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In
den 1 und 2 sieht man, dass an dem Ventilschaft 12 ebenfalls
zwei Bunde 75, 76 ausgebildet sind, zwischen denen
zwei Kopplungselemente 78, 79 angeordnet sind.
Die Kopplungselemente 78, 79 sind über eine
Hebeleinrichtung 82, die analog zu der Hebeleinrichtung 22 gestaltet
ist, einstückig
mit einem Grundkörper 83 verbunden,
von dem der Lagerzapfen 69 ausgeht. Die Hebeleinrichtung 82 wiederum
ist über
den Verbindungssteg 50 einstückig mit der Hebeleinrichtung 22 verbunden.
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Die
Toleranzen der beiden Nockenkonturen 38, 44 zueinander
und die Toleranz der Kontaktfläche 48 zu
den Anbindungselementen 34, 64 bestimmen das notwendige
Führungsspiel.
Aufgrund der Lage der Ventilachse beziehungsweise der Schwenkachse 26 neben
der Nockenwellenachse kann die Kinematik des erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1 so
ausgeführt
werden, dass eine Ventilspieleinstellung nach der Montage der Nockenwelle 41 stattfinden
kann.