DE102006002133A1

DE102006002133A1 - Ventiltrieb zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006002133A1
Application number: DE102006002133A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Gutzer; Christian Flenker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-07-19

Abstract

Es wird ein Ventiltrieb vorgeschlagen zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils (14) einer Brennkraftmaschine, mit einem entlang einer ortsfesten Kurve (10) mittels einer drehbaren ersten Kurvenscheibe (6) verlagerbaren Zwischenhebel (7), an dem eine Arbeitskurve (15) zur Betätigung eines Übertragungselements (20) angeordnet ist, das mit dem Gaswechselventil (14) in Wirkverbindung steht, und einem den Zwischenhebel (7) beaufschlagenden drehbaren Stellelement (12), derart, dass der Kontaktbereich zwischen dem Zwischenhebel (7) und dem Übertragungselement (20) entlang der Arbeitskurve (15) verschiebbar ist, derart, dass das Stellelement (12) und der Zwischenhebel (7) eine Relativbewegung zueinander ausführen, derart, dass das Ende der Ventilhubbewegung relativ zum Drehwinkel des Stellelements (12) mit abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschoben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ventiltriebe für Brennkraftmaschinen sind bereits in vielen verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Neben solchen mit unveränderlicher Phasenlage des Ventilhubs relativ zur umlaufenden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sind auch bereits phasenveränderliche Ventiltriebe bekannt geworden. Daneben sind auch bereits hubvariable Ventiltriebe bekannt geworden, bei denen die Höhe des Hubs der Gaswechselventile verändert werden kann. Die Veränderung der Hubhöhe kann dabei zum Beispiel in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine erfolgen, beispielsweise also ein maximaler Ventilhub bei Volllast der Brennkraftmaschine eingestellt werden oder ein sehr kleiner Ventilhub, der dann z. B. im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine eingestellt wird.

Daneben sind auch sowohl hubvariable, als auch phasenveränderliche Ventiltriebe bekannt geworden, bei denen also einerseits der Hub der Gaswechselventil verändert werden kann als auch die Phasenlage relativ zu der sich drehenden Kurbelwelle und damit relativ zur aktuellen Position der Kolben in den Zylinderbohrungen. Mit der Veränderung sowohl der Hubhöhe des Gaswechselventils als auch der Phasenlage kann beispielsweise eine brennkraftmaschineninterne Abgasrückführung zur Temperaturabsenkung und damit zur Stickoxidverringerung realisiert werden. Ein frühes Schließen der Einlassventile führt beispielsweise zu einer Verbrauchsabsenkung im Teillastbereich und mit einem frühen Einlassöffnen kann beispielsweise eine Verlängerung der Ventilüberschneidungsphase realisiert werden und damit die bereits vorstehend angesprochene Restgaserhöhung, die bei einer drosselfreien Lastregelung, die mit einer variablen Ventilsteuerung erreicht werden kann, dazu positiv eingesetzt werden, dass Kraftstoffablagerungen im Einlassbereich durch Zurückströmen des heißen Abgas verdampft werden und dann durch den Kolben in den Zylinder zurückgesaugt werden, was zu einer besseren Gemischaufbereitung führt und damit zu einer besseren Reaktionsbereitschaft des Gemisches, was sich wiederum bei dem Ziel der Verringerung der abgegebenen Schadstoffe positiv auswirkt.

Die Einflussnahme sowohl auf die Ventilhubhöhe als auch auf die Phasenlage ist also mit vielen Vorteilen verbunden. Bei auf die Anmelderin zurückgehenden Brennkraftmaschinen werden daher Ventiltriebe eingesetzt, mit denen sowohl der Ventilhub verändert werden kann, als auch die Phasenlage, wobei zu diesem Zweck ein hubvariabler Ventiltrieb mit einem Nockenwellenphasensteller kombiniert wird, sodass den vorstehend angegebenen Zielen entsprechend eine Einflussnahme auf sowohl die Höhe des Hubs der Gaswechselventile als auch die Phasenlage des Ventilhubs relativ zur Position des Kolbens im Zylinder eingegriffen werden kann. Mit diesem bekannten System kann dabei beispielsweise schon dafür gesorgt werden, die Ladungswechselarbeit durch kurze Teilhubverläufe und damit einer frühen Einlassschließzeit zu minimieren. Dieses System macht dabei von einem über ein Steuergerät angesteuerten Elektromotor zur Veränderung der Hubhöhe der Gaswechselventile Gebrauch, während die Phasenverstellung durch einen von Öldruck beaufschlagten Nockenwellenphasensteller bewerkstelligt wird. Da auch der Ventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile systemimmanent eine Phasenveränderung mit sich bringt, war ein Auslegungsziel bei dem bekannten Ventiltrieb, diese systemimmanente Veränderung der Phasenlage zu minimieren, da anderenfalls eine erhöhte Nockenwellenphasenstelleraktivität notwendig geworden wäre, um dieser systemimmanenten Veränderung der Phasenlage entgegen zu wirken.

Wird nun, wie es bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Ventiltrieb der Fall ist mit zwei unterschiedlichen Vorrichtungen die Ventilhubhöhe und die Phasenlage des Ventilhubs modifiziert, so muss der Möglichkeit einer etwaigen Systemstörung Rechnung getragen werden, die beispielsweise darin besteht, dass der No ckenwellenphasensteller eine Frühverstellung durchführt, während die Vorrichtung zur Veränderung der Ventilhubhöhe auf Volllaststeuerung verstellt, also den Ventilhub in Richtung Maximalhub modifiziert, wodurch es zu einer in jedem Fall zu vermeidenden Kollision von Kolben und Gaswechselventil kommen würde. Um nun einer solchen Kollision vorzubeugen, ist der Ventilfreigang entsprechend auszulegen und somit sind entsprechend tief dimensionierte Ventiltaschen in den Kolben vorzuhalten.

Solche Ventiltaschen wiederum führen zu sogenannten HC-Nestern, da sich in den Ventiltaschen unvollständig verbrannter Kraftstoff sammelt, der dem gemäß zu einem Anstieg der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas der Brennkraftmaschine führt. Diese tiefen Ventiltaschen wiederum führen zu entsprechend hohen Kolbenstegen, was wiederum zu einer ungünstigen Brennraumform führt und dies wiederum zu einem Anstieg der Schadstoffemissionen und des Verbrauchs der Brennkraftmaschine.

Anhand der DE 101 23 186 A1 ist eine Ventiltriebvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine bekannt geworden. Diese bekannte Vorrichtung weist eine Verstelleinrichtung in der Form einer Kurvenscheibe auf, die um eine Drehachse gedreht werden kann und mit einem Exzenter einen federbelasteten Schwenkhebel beaufschlagt, an dem ein Rollenelement angeordnet ist, das an einer Nockenwelle abläuft. Wird nun die Nockenwelle in Drehung versetzt, so führt dies zu einer oszillierenden Bewegung des Schwenkhebels, an dem eine Arbeitskurve angeordnet ist, die wiederum mit einem Rollenelement eines Übertragungshebels in Wirkverbindung steht. Befindet sich nun die Exzenterwelle in einer ersten Stellung, so führt auch eine Drehung der Nockenwelle nicht zu einer Betätigung des Gaswechselventils mit großem Hub, da an der Arbeitskurve eine Leerhubkurve vorgesehen ist, die ab einer Rampe in eine Hubkurve übergeht und somit das Gaswechselventil nur eine, einem Leerlauf der Brennkraftmaschine entsprechende Hubbewegung durchführt, solange die Leerhubkurve an dem Rollenelement des Übertragungshebels anliegt. Wird nun die Exzenterwelle um ihren Drehmittelpunkt bewegt, so führt dies zu einer Verlagerung des Schwenkhebels an einer ortsfesten Kurve derart, dass der Kon taktpunkt zwischen dem Rollenelement des Übertragungselements und der Arbeitskurve des Schwenkhebels in den Bereich der Hubkurve übergeht, wenn die Nockenwelle sich dreht und die Ventilöffnungshubkurve an der Nockenwelle mit dem Rollenelement des Zwischenhebels in Kontakt gelangt, sodass das Übertragungselement über die Hubkurve so beaufschlagt wird, dass das Gaswechselventil entgegen der Wirkung einer Ventilfeder geöffnet wird. Diese bekannte Ventiltriebvorrichtung kann nun mit einem Nockenwellenphasensteller kombiniert werden, um die Relativlage der Ventilhubkurve relativ zur Kurbelwellenposition oder der Kolbenstellung im Zylinder zu modifizieren.

Dieser bekannte Ventiltrieb ist nun so ausgebildet, dass sich die ventiltriebsimmanente Phase des Ventilhubs während der Veränderung des Ventilhubs nur geringfügig verändert, da die Phasenänderung bei einer Hubverstellung bislang ein zu minimierender Nebeneffekt war. Wurde die Exzenterwelle des bekannten Ventiltriebs in Richtung größerem Hub des Gaswechselventils verdreht, so führte die entsprechende Schwenkbewegung des Schwenkhebels dazu, dass das am Schwenkhebel angebrachte Rollenelement mit zunehmendem Ventilhub früher Kontakt bekam mit dem Beginn der Ventilöffnungshubkurve an der sich drehenden Nockenwelle, sodass mit steigendem Ventilhub eine Frühverstellung der Ventilhubphase aufgrund der Kinematik des Ventiltriebs einherging. Wurde die Exzenterwelle in Richtung Verkleinerung des Ventilhubs verdreht, so kommt es zu einer gegenläufigen Bewegung derart, dass der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve und dem Rollenelement des Zwischenhebels in Richtung spät verschoben wurde, also die entsprechende Ventilhuböffnungskurve bezüglich ihrer Phasenlage zum Drehwinkel der Nockenwelle spät verschoben war. Wird nun im Teillastbereich mit einem geringen Ventilhub gefahren, der beispielsweise der Leerlaufstellung entspricht, so muss der Nockenwellenphasensteller die systemimmanente Spätverstellung der Phase der Ventilhubkurve ausgleichen, indem eine entsprechende Frühverstellung durch den Phasensteller herbeigeführt wird, was letztlich zu einer erhöhten Aktivität des Phasenstellers führt.

Ausgehend hiervon liegt nunmehr der vorliegenden Erfindung nun die Beseitigung der geschilderten Nachteile zugrunde und einen Ventiltrieb zur hubvariablen Betä tigung eines Gaswechselventils zu schaffen, der die systemimmanente Phasenveränderung nicht zu minimieren versucht, sondern positiv nutzt, um beispielsweise die Ventiltaschen im Kolben weniger tief ausgestalten zu können, was zu einer besseren Brennraumform führt, die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine verringert, die vom Phasensteller zu erbringende Arbeit verringert und letztlich auch den Verbrauch der Brennkraftmaschine zu verringern hilft.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung wird nunmehr ein Ventiltrieb vorgeschlagen zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem entlang einer ortsfesten Kurve mittels einer drehbaren ersten Kurvenscheibe verlagerbaren Zwischenhebel, an dem eine Arbeitskurve zur Betätigung eines Übertragungselements angeordnet ist, das mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht und einem den Zwischenhebel beaufschlagenden drehbaren Stellelement derart, dass der Kontaktbereich zwischen dem Zwischenhebel und dem Übertragungselement entlang der Arbeitkurve verschiebbar ist, wobei das Stellelement und der Zwischenhebel eine Relativbewegung zueinander ausführen derart, dass das Ende der Ventilhubbewegung relativ zum Drehwinkel des Stellelements mit abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschoben ist.

Die Erfindung schafft nunmehr mit anderen Worten einen Ventiltrieb zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei dem das Stellelement und der Zwischenhebel sich so zueinander relativ bewegen, dass mit in Richtung abnehmendem Ventilhub laufender Ventilhubbewegung das Ende der Ventilhubbewegung relativ zum Drehwinkel des Stellelements in Richtung nach früh verschoben wird und somit ein frühes Einlassschließen aufgrund der Kinematik des Ventiltriebs ermöglicht wird, ohne dass der Nockenwellenphasensteller eine Frühverstellung in einen solchen Umfang ausführen muss, wie dies bei bekannten Ventiltrieben bisher der Fall war. Durch die geänderte Kinematik des erfindungsgemäßen Ventiltriebs derart, dass das Stellelement und der Zwischenhebel eine Relativbewegung zueinander ausführen so, dass sich das Ende der Ventilhubbewegung relativ zum Drehwinkel des Stellelements mit abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschiebt, wird eine Zwangskoppelung des Stellelements und des Zwischenhebels erreicht, sodass die Ventilhubbewegung von einem großen Ventilhub kommend zu kleineren Ventilhüben hin zwangsweise in Richtung früh verschoben wird und somit eine gewünschte Phasenverstellung des Ventilhubs in Richtung früh automatisch aufgrund des geänderten erfindungsgemäßen Ventiltriebs erfolgt. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb führt daher dazu, dass – da zu einer Phasenverstellung in Richtung früh weniger Aktivität des Nockenwellenphasenstellers erforderlich ist – der Phasenverstellbereich des Nockenwellenstellers verringert werden kann und somit auch der Ventilfreigang in dem Kolben und damit die Ventiltaschentiefe verringert werden kann, da der für Systemfehler vorzuhaltende Bereich der Ventiltaschentiefe abnimmt, da gleichzeitig die Verstellaktivität des Nockenwellenphasenstellers verringert werden kann.

Bei dem Eingangs geschilderten bekannten Ventiltrieb war es ein Auslegungsziel, die ventiltriebsimmanente Phasenverstellung bei einer Hubverstellung zu minimieren. Die vorliegende Erfindung macht nun vom gegenteiligen Effekt Gebrauch und bezieht die systemimmanente Phasenverstellung des Ventiltriebs bei der Hubverstellung mit ein und verändert hierzu die Drehrichtung des Stellelements relativ zum Zwischenhebel derart, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve an dem Stellelement und dem Zwischenhebel bei abnehmendem Ventilhub in Richtung nach früh verschiebt. Wird nun mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb die Ventilhubhöhe von großem Ventilhub kommend in Richtung zu kleinem Ventilhub hin verstellt, was beispielsweise dann dem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine entsprechen kann, so verschiebt sich aufgrund der Drehrichtung des Stellelements relativ zum Zwischenhebel der Beginn des Kontakts der Ventilöffnungshubkurve an dem Stellelement mit dem Zwischenhebel in Richtung nach früh. Damit sind große Ventilüberschneidungsphasen möglich, mit denen beispielsweise eine interne Abgasrückführung erreicht und die Ladungswechselarbeit der Brennkraftmaschine verringert werden kann.

Um nun die zwangsgekoppelte Frühverstellung der Phase der Ventilhubbewegung aufgrund der Kinematik des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zu verstärken, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass der Zwischenhebel eine in Richtung zum Stellelement hin gekrümmte Konfiguration besitzt derart, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve und dem Zwischenhebel bei abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschiebt.

Diese besondere Ausgestaltung des Zwischenhebels sorgt in Verbindung mit der Drehrichtung des Stellelements nun dafür, dass sich die ventiltriebsimmanente Phasenlage von einigen Grad Nockenwinkel nach 180 Grad zu einigen Grad Nockenwinkel vor 180 Grad verschiebt, ohne dass hierzu eine Aktivität eines Nockenwellenphasenstellers notwendig ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Zwischenhebel ein Rollenelement besitzt, welches an der Ventilöffnungshubkurve abrollt, die sich wiederum von der Drehachse des Rollenelements aus betrachtet von oben auf das Rollenelement zu bewegt. Wird also in die Drehachse des Rollenelements des Zwischenhebels ein Koordinatensystem gelegt, so bewegt sich die Ventilöffnungshubkurve des Stellelements von diesem Koordinatenursprung aus betrachtet von oben auf das Rollenelement zu und nicht mehr, wie dies beim bekannten Ventiltrieb der Fall ist, von unten her. Diese Ausbildung führt bei abnehmender Ventilhubhöhe, also einer entsprechenden Verdrehung der drehbaren ersten Kurvenscheibe in Richtung zu abnehmendem Ventilhub hin dazu, dass die Ventilöffnungshubkurve an dem Stellelement früher mit dem Rollenelement des Zwischenhebels in Eingriff gelangt als bei in Richtung zunehmendem Ventilhub verdrehter erster Kurvenscheibe, also die Ventilöffnungshubkurve des Stellelements eher mit dem Rollenelement des Zwischenhebels in Kontakt gelangt als dies bei in Richtung größerem Ventilhub verstellter erster Kurvenscheibe der Fall ist.

Bei dem Stellelement kann es sich dabei um eine zweite Kurvenscheibe handeln, die einen sich in Umfangsrichtung kontinuierlich verändernden Radius besitzt oder auch um eine Nockenwelle mit Grundkreis und Ventilöffnungshubkurve. Im Falle einer Kurvenscheibe als Stellelement kann dann die am Zwischenhebel ausgebil dete Arbeitskurve so ausgebildet sein, dass am Gaswechselventil eine Leerlaufstellungshubbewegung erfolgt auch dann, wenn sich die zweite Kurvenscheibe mit dem Rollenelement mit einem im Umfangsrichtung der Kurvenscheibe betrachteten Bereich in Kontakt befindet, an dem ein maximaler Ventilhub stattfindet, wenn die erste drehbare Kurvenscheibe in Richtung Maximalhub verstellt wäre.

Der erfindungsgemäße Ventiltrieb kann so weitergebildet werden, dass sich die Drehachse der ersten Kurvenscheibe und die Drehachse des Stellelements in einer gemeinsamen, insbesondere horizontal verlaufenden Ebene befinden, was eine einfache Fertigung des Ventiltriebs und des diesen aufnehmenden Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine erleichtert.

Um die beim Betrieb des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zu überwindende Reibungsarbeit zu verringern, ist es unter anderem vorgesehen, dass sich der Zwischenhebel über ein Rollenelement an der ortsfesten Kurve und ein weiteres Rollenelement an der ersten Kurvenscheibe abstützt, sodass aufgrund der Rollbedingung die zu überwindende Reibungsarbeit verringert wurde.

Auch am Übertragungselement kann ein Rollenelement vorgesehen sein, an dem sich die Arbeitskurve des Zwischenhebels rollend abstützt und das Übertragungselement kann sich an der dem Gaswechselventil gegenüberliegenden Ende an einem Ventilspielausgleichselement abstützen.

Vorstehend wurde es bereits erwähnt, dass die Drehrichtung des Stellelements relativ zum Zwischenhebel derart ist, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve und dem Zwischenhebel bei abnehmenden Ventilhub in Richtung früh verschiebt. Wird nun der erfindungsgemäße Ventiltrieb in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine integriert, die eine Kurbelwelle besitzt mit einem Kurbelwellenstumpf, an dem eine Riemenscheibe zum Antrieb beispielsweise eines Keilrippenriemens angebracht ist, so befindet sich diese Riemenscheibe üblicherweise am vorderen Ende der Kurbelwelle angebracht und von dieser Riemenscheibe aus betrachtet verläuft die Drehrichtung des ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigenden Stellelements im Gegenuhrzeigersinn. Eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn ergibt sich dann, wenn die erste Kurvenscheibe und das Stellelement gegeneinander ausgetauscht werden, wobei der Zwischenhebel weiterhin zum Stellelement hin gekrümmt ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nunmehr im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
1 in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von vorne auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs;
2 eine Kurvenschar von Ventilhubkurven eines bekannten hubvariablen Ventiltriebs; und
3 eine Kurvenschar von Ventilhubkurven des erfindungsgemäßen Ventiltriebs.
1 der Zeichnung zeigt in einer Ansicht von vorne eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1.
Ein nur schematisch dargestellter, beispielsweise mittels eines Motorsteuergeräts angesteuerter Elektromotor 2 weist eine Welle 3 mit einer nicht näher dargestellten Schnecke auf, die sich im Eingriff befindet mit einer Verzahnung 4 an einem Verstellelement 5, an dem eine erste Kurvenscheibe 6 drehfest angeordnet ist.
Wird nun die erste Kurvenscheibe 6 mittels des Elektromotors 2 um einen vorbestimmten Winkelbetrag verdreht, so führt diese Verdrehbewegung zu einer Verlagerung eines Zwischenhebels 7 in Richtung des Pfeils F. An dem der ersten Kurvenscheibe 6 zugewandten Ende ist an dem Zwischenhebel 7 ein Rollenelement 8 angeordnet, an dem die Arbeitskurve der ersten Kurvenscheibe 6 abrollen kann. Der Zwischenhebel 7 ist über ein weiteres Rollenelement 9 an einer ortsfesten Kurve 10 abgestützt, sodass die Verdrehbewegung der ersten Kurvenscheibe 6 um einen vorbestimmten Winkelbereich zu einer definierten Verlagerung des Zwischenhebels 7 führt.
An dem Zwischenhebel 7 ist ein weiteres Rollenelement 11 angeordnet, welches mit einer Arbeitskurve eines drehbaren Stellelements 12 in der Form einer Kurvenscheibe in Kontakt steht. Wird nun die erste Kurvenscheibe 6 in Richtung des Pfeils A um einen vorbestimmten Winkel verdreht, was einer Erhöhung des Ventilhubs entspricht, so führt diese Verdrehung zu einer Verlagerung des Mittelpunkts des Rollenelements 8 des Zwischenhebels 7 und aufgrund der gekrümmten ortsfesten Kurve 10 zu einer Verlagerung des Mittelpunkts 13 des Rollenelements 11 in Richtung des Pfeils B.
Die Kurvenscheibe 12 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn gemäß dem Pfeil 24, sodass eine an der Kurvenscheibe 12 ausgebildete Ventilöffnungshubkurve 25 auf das Rollenelement 11 in Richtung von oben zuläuft. Der Beginn des Kontakts der Ventilöffnungshubkurve 25 an der Kurvenscheibe 12 mit dem Rollenelement 11 definiert nun den Beginn der Ventilhubbewegung, sodass aufgrund der Zwangskopplung der Bewegung des Zwischenelements 7 mit der ersten Kurvenscheibe 6 eine Verdrehung der ersten Kurvenscheibe 6 in Richtung des Pfeils A – dies entspricht einer Vergrößerung des Hubs des Gaswechselventils – zu einem bezogen auf den Drehwinkel der Kurvenscheibe 12 späteren Beginn des Kontakts der Ventilöffnungshubkurve an der Kurvenscheibe 12 mit dem Rollenelement 11 führt und somit zu einer ventiltriebsimmanenten Phasenverschiebung der Ventilöffnungshubkurve in Richtung spät, wenn der Ventilhub vergrößert wird.
Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass bei einer Verdrehung der ersten Kurvenscheibe 6 entgegen des Pfeils A – dies führt zu einer abnehmenden Ventilhubhöhe – zwischen dem Rollenelement 11 und dem Beginn der Ventilöffnungshubkurve 25 an der Kurvenscheibe 12 ein Kontakt zustande kommt, der dann letztlich zur Betätigung des Gaswechselventils 14 führt – der relativ zum Drehwinkel der Kurvenscheibe 12 in Richtung nach früh verschoben ist, da das Rollenelement 11 bezogen auf den Drehwinkel der Kurvenscheibe 12 früher mit dem Beginn der Ventilöffnungshubkurve 25 an der Kurvenscheibe 12 in Kontakt kommt, da der Mittelpunkt 13 des Rollenelements 11 bei abnehmendem Ventilhub eine dem Pfeil B entgegengesetzt gerichtete Bewegung durchführt und sich das Rollenelement 11 damit in Richtung auf den Beginn der Ventilöffnungshubkurve 25 an der Kurven scheibe 12 hin bewegt.
An dem Zwischenhebel 7 ist eine Arbeitskurve 15 ausgebildet, die von einer Rampe 16 unterteilt wird in eine Leerhubkurve 17 und eine Hubkurve 18. Die Arbeitskurve 15 befindet sich in Linienkontakt mit einem Rollenelement 19, welches an einem Übertragungselement 20 angeordnet ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Übertragungselement 20 handelt es sich um einen Schwenkhebel, der sich an einem, einem Ventilschaft 21 des Gaswechselventils 14 gegenüberliegenden Ende, an einem Ventilspielausgleichselement 22 abstützt.
Je nach Drehwinkellage der ersten Kurvenscheibe 6 kommt die Leerhubkurve 17 oder die Hubkurve 18 mit dem Rollenelement 19 in Kontakt, sodass auf diese Weise die Ventilhubhöhe des Gaswechselventils 14 verändert werden kann. Über einen Endanschlag 23 ist der Drehwinkelbereich des Verstellelements 5 beschränkt und eine Feder 24 beaufschlagt den Zwischenhebel 7 so, dass sich das Rollelement 11 ständig mit der Arbeitskurve der Kurvenscheibe 12 in Kontakt befindet. Der Zwischenhebel 7 ist in Richtung zur Kurvenscheibe 12 hin gekrümmt ausgebildet derart, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve und dem Zwischenhebel 7 bei abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschiebt.
2 der Zeichnung zeigt eine Ventilhubkurveschar, wie sie mit dem Eingangs geschilderten bekannten Ventiltrieb realisiert wird. Die mit I bezeichnete Strecke verbindet die Maxima der Ventilhubkurven und zeigt deutlich, dass sich die Phasenlage der Ventilhubkurven vom großen Ventilhub in Richtung zum kleinen Ventilhub hin bezogen auf den Drehwinkel einer Nockenwelle (Grad NW) in Richtung nach spät verschiebt.
3 der Zeichnung zeigt im Gegensatz hierzu einen qualitativen Verlauf entsprechender Ventilhubkurven eines Gaswechselventils, welches mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb betätigt wird.
Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, verschiebt sich die Phasenlage der Ventilhub kurven im Gegensatz zu der Darstellung nach 2 bei abnehmendem Ventilhub in Richtung nach früh, sodass ein frühes Einlassschließen (Bezugszeichen 25) realisiert werden kann. Da der erfindungsgemäße Ventiltrieb über eine ventiltriebsimmanente Phasenverschiebung bei abnehmendem Ventilhub in Richtung nach früh verfügt, ist zur Erreichung einer Frühverstellung weniger Nockenwellenphasenstelleraktivität erforderlich, als dies beim bekannten Ventiltrieb der Fall ist.
Die Bezugszeichen 26 und 27 zeigen exemplarisch genannte Ventilhubkurven mit steigendem Ventilhub und machen deutlich, dass sich die Phasenlage der Hubkurven mit abnehmendem Ventilhub immer mehr in Richtung früh verschiebt, was Folge davon ist, dass der Kontakt des Rollenelements 11 am Zwischenhebel 7 mit der Kurvenscheibe 12 bei einer Ventilhubabnahme bezogen auf den Drehwinkel der Kurvenscheibe mit kleiner werdendem Ventilhub immer früher stattfindet.
Da damit die Gefahr einer Kollision eines vollständig geöffneten Gaswechselventils mit dem Kolbenboden vermieden ist, kann die im Kolbenboden vorzuhaltende Ventiltaschentiefe verringert werden und somit können die Emissionen aufgrund der vorstehend geschilderten HC-Nester verringert werden. Mit abnehmender Ventiltaschentiefe kann der Feuersteg des Kolbens verkleinert werden und die Kolbengeometrie in Richtung einer verbesserten Brennraumform modifiziert werden.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung und die Ansprüche verwiesen.

1: Ventiltrieb
2: Elektromotor
3: Welle
4: Verzahnung
5: Verstellelement
6: Erste Kurvenscheibe
7: Zwischenhebel
8: Rollenelement
9: Rollenelement
10: Ortsfeste Kurve
11: Rollenelement
12: Stellelement, Kurvenscheibe
13: Mittelpunkt
14: Gaswechselventil
15: Arbeitskurve
16: Rampe
17: Leerhubkurve
18: Hubkurve
19: Rollenelement
20: Übertragungselement
21: Ventilschaft
22: Ventilspielsausgleichselement
23: Endanschlag
24: Feder
25: Ventilöffnungshubkurve
26: Ventilhubkurve
27: Ventilhubkurve

Claims

Ventiltrieb zur hubvariablen Betätigung eines Gaswechselventils (14) einer Brennkraftmaschine, mit einem entlang einer ortsfesten Kurve (10) mittels einer drehbaren ersten Kurvenscheibe (6) verlagerbaren Zwischenhebel (7), an dem eine Arbeitskurve (15) zur Betätigung eines Übertragungselements (20) angeordnet ist, das mit dem Gaswechselventil (14) in Wirkverbindung steht und einem den Zwischenhebel (7) beaufschlagenden drehbaren Stellelement (12) derart, dass der Kontaktbereich zwischen dem Zwischenhebel (7) und dem Übertragungselement (20) entlang der Arbeitskurve (15) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) und der Zwischenhebel (7) eine Relativbewegung zueinander ausführen derart, dass das Ende der Ventilhubbewegung relativ zum Drehwinkel des Stellelements (12) mit abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschoben ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) eine Ventilöffnungshubkurve (25) besitzt und die Drehrichtung des Stellelements (12) relativ zum Zwischenhebel (7) derart ist, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve (25) und dem Zwischenhebel (7) bei abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschiebt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (7) eine in Richtung zum Stellelement (12) hin gekrümmte Konfiguration besitzt derart, dass sich der Beginn des Kontakts zwischen der Ventilöffnungshubkurve (25) und dem Zwischenhebel (7) bei abnehmendem Ventilhub in Richtung früh verschiebt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (7) ein Rollenelement (11) besitzt, welches an der Ventilöffnungshub kurve (25) abrollt, die sich von einer Drehachse (13) des Rollenelements (11) aus betrachtet von oben auf das Rollenelement (11) zu bewegt.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) eine zweite Kurvenscheibe ist mit sich in Umfangsrichtung kontinuierlich veränderndem Radius.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (12) eine Nockenwelle mit Grundkreis und Ventilöffnungshubkurve (25) ist.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drehachse der ersten Kurvenscheibe (6) und die Drehachse des Stellelements (12) in einer gemeinsamen, insbesondere horizontal verlaufenden Ebene befinden.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zwischenhebel (7) über ein Rollenelement (9) an der ortsfesten Kurve und ein weiteres Rollenelement (8) an der ersten Kurvenscheibe (6) abstützt.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Übertragungselement (20) ein Rollenelement (19) vorgesehen ist, an dem die Arbeitskurve (15) des Zwischenhebels (7) abrollt.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Übertragungselement (20) an der dem Gaswechselventil (14) gegenüberliegenden Ende an einem Ventilspielausgleichselement (22) abstützt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des ein einlassseitiges Gaswechselventil (14) betätigenden Stellelements (12) in einer Ansicht von einer an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneten Riemenscheibe aus betrachtet im Gegenuhrzeigersinn verläuft.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des ein einlassseitiges Gaswechselventil (14) betätigenden Stellelements (12) in einer Ansicht von einer an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneten Riemenscheibe aus betrachtet im Uhrzeigersinn verläuft.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (20) ein Schlepphebel ist.
Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Veränderung der Phasenlage der Ventilöffnungshubkurve relativ zum Drehwinkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.