DE102007042457A1

DE102007042457A1 - Ventilbetätigungsmittel für einen vollvariablen Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102007042457A1
Application number: DE200710042457
Authority: DE
Inventors: Peter Sailer; Jens Schäfer; Michael Schewe; Sebastian Zwahr
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaefer Jens De
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-12
Also published as: WO2009033884A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensional ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel, wobei das Betätigungsmittel als Tassenstößel (1a) ausgebildet ist und dieser auf seiner dem Nocken zugewandten Seite über zwei sich gegenüberliegende Auskragungen (2a, 2b) verfügt, in deren kreisbogenförmigen Aussparungen eine Wippe (3) schwenkbar gelagert ist, wobei diese Wippe (3) mit dem Nocken in Kontakt steht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensionalen ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel.
Hintergrund der Erfindung
Ottomotoren werden im Allgemeinen mittels einer quantitativen Laststeuerung betrieben, d. h. die zum Betrieb des Motors benötigte Gemischmenge wird lastabhängig geregelt. Zu diesem Zweck ist üblicherweise in dem Ansaugtrakt des Motors eine Drosselklappe angeordnet, um die dem Brennraum zugeführte Verbrennungsluft zu drosseln und somit die benötigte Menge einzustellen.
In niedrigen Lastpunkten des Motors wird eine entsprechend geringe Gemischmenge zum Betrieb benötigt und dementsprechend auch eine geringe Luftmenge. Dies bedeutet, dass in diesen Betriebspunkten die angesaugte Frischluft sehr stark gedrosselt wird. Durch diese starke Drosselung arbeitet der Motor gegen einen Unterdruck, was zu einer Erhöhung der Verluste und einer Verminderung des Wirkungsgrades führt. Diese Verluste, auch als Drosselverluste bezeichnet, führen zu einer Steigerung des Kraftstoffverbrauches des Motors.
Um diese Verluste zu minimieren, werden heutzutage vermehrt vollvariable Ventiltriebe eingesetzt, bei welchen sich den jeweiligen Betriebspunkten des Motors angepasste Ventilhübe und -öffnungsdauern realisieren lassen. Durch diese Maßnahme kann also für den jeweiligen Betriebspunkt des Motors ein individueller zeitlicher Ventilöffnungsquerschnitt dargestellt werden und somit die benötigte Luftmenge über die Einlassventile des Motors gesteuert werden. Das bedeutet, dass eine Drosselklappe entfallen kann und somit der Einlasstrakt des Motors weitgehend entdrosselt werden kann, was die Verluste des Motors maßgeblich reduziert.
Eine hier interessierende Ausführungsform eines vollvariablen Ventiltriebes stellt eine dreidimensionale Ausbildung des Nockens der Ventilnockenwelle in Kombination mit entsprechenden Betätigungsmitteln der Ladungswechselventile dar. Zur Realisierung der unterschiedlichen Ventilhübe und -öffnungsdauern ist dieser Raumnocken gegenüber dem Betätigungsmittel axial verschiebbar und relativ zu diesem verdrehbar. Als Betätigungsmittel finden auch in diesem Bereich die dem Fachmann bekannten klassischen Varianten, wie z. B. Tassenstößel oder Schlepphebel, ihre Verwendung.
Stand der Technik
In der EP 0 777 039 B1 ist ein derartiger vollvariabler Ventiltrieb mit Raumnocken offenbart, wobei als Betätigungsmittel zum Ansteuern der Ladungswechselventile entweder Tassenstößel oder Schlepphebel Anwendung finden. Um der Kontur des dreidimensionalen Nockens folgen zu können, ist zwischen dem Nocken und dem Betätigungsmittel ein konvexes Abstandsstück angeordnet.
Nachteilhaft an der bekannten Lösung ist die Ausgestaltung des Tassenstößels als komplett runde Tassenform mit Gewichtsnachteilen und der hohe Herstellungsaufwand für die kugeligen Ausgestaltungen von Bauteilen des Betätigungsmechanismus.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen vollvariablen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem der Herstellungsaufwand reduziert und das Gewicht vermindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche in Verbindung mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Weiterbildende Maßnahmen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen gelöst.
Nach einem der nebengeordneten Ansprüche wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Betätigungsmittel als Tassenstößel ausgebildet ist und dieser auf seiner dem Nocken zugewandeten Seite über zwei sich gegenüberliegende Auskragungen verfügt, in deren kreisbogenförmigen Aussparungen eine Wippe drehbar gelagert ist, wobei diese Wippe mit dem Nocken in Kontakt steht. Durch diese Maßnahme kann Material bei der Ausgestaltung des Tassenstößels eingespart werden, was den Herstellungsaufwand reduziert und zu Gewichtsvorteilen führt. Außerdem ist durch die drehbare Lagerung der Wippe eine Realisierung eines vollvariablen Ventiltriebes möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Wippe mit einer Nockenrolle versehen, welche in Kontakt mit dem Nocken steht. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch das Abrollen des Nockens auf der Nockenrolle die Reibung des Systems erheblich vermindert werden kann, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrades des Ventiltriebes führt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Achse des Radius der Wippe nahezu durch den Kontaktbereich Wippe zu Nocken. Dies führt dazu, dass der Drehpunkt der Wippe nahezu auf den Kontaktpunkt fällt und somit eine Verschiebung des Systems aufgrund eines Hebelarms bei Betriebs weitgehend unterbleibt.
In Weiterbildung der Erfindung verläuft die Achse des Radius der Wippe nahezu durch den Kontaktbereich der Nockenrolle zu Nocken. Hierdurch wird auch bei der Variante mit Nockenrolle der Drehpunkt der Wippe nahezu auf den Kontaktpunkt der Rolle und Nocken gelegt und somit eine Verschiebung des Systems bei Betrieb unterbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Nockenrolle als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet. Dadurch kann eine weitere Verminderung der Reibung des Systems erreicht werden, was die Verluste verringert und somit den Wirkungsgrad des Ventiltriebes steigert.
In Weiterbildung der Erfindung verfügt der Tassenstößel im Bereich der Wippe über einen Mittelsteg, um die Durchbiegung der Wippe im Betrieb zu reduzieren. Durch diese Maßnahme wird die Steifigkeit des Systems erhöht, da die Wippe auch neben den Wangenbereichen eine Anlagefläche an dem Tassenstößel hat. Eine geringere Durchbiegung erhöht die Zuverlässigkeit der Krafteinleitung und führt somit zu einem gewünschten Öffnen und Schließen der Ladungswechselventile.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleitwippe als gerade oder gewölbte Fläche ausgebildet. Eine gewölbte Fläche reduziert die Kontaktreibung bei Kontakt mit dem Nocken der Nockenwelle, wogegen eine gerade Fläche sich durch einen niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet. Somit kann die Form der Gleitwippe den jeweiligen Anforderungen des Systems angepasst werden.
Gemäß einem weiteren der nebengeordneten Ansprüche ist der Ventiltrieb derart ausgestaltet, dass das Betätigungsmittel als Tassenstößel ausgebildet ist und dieser auf seiner dem Nocken zugewandten Seite über zwei sich gegenüberliegende kreisbogenförmige Auskragungen verfügt, welche jeweils eine kreisrunde Aussparung aufweisen, in denen ein über ein Gleitabgriffelement mit dem Nocken in Kontakt stehender Bolzen geführt ist. Durch diese Gestaltung des Tassenstößels kann Material eingespart werden, was zu Gewichtsvorteilen führt und den Herstellungsaufwand reduziert. Zudem ist durch die Kombination des Bolzens mit dem Gleitabgriffelement eine Interaktion mit einem dreidimensional ausgebildeten Nocken möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Schwenken des Gleitabgriffelements gegenüber dem Tassenstößel nur in eingeschränktem Umfang möglich. Durch diese Maßnahme wird die Montage des Ventiltriebs in der Brennkraftmaschine vereinfacht. Dies kann durch im Bereich des Gleitabgriffelements angeordnete Stifte realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Bolzen als Wälzlager oder als Gleitlager ausgeführt. Der Vorteil ist hierbei, dass die Reibung des Systems im Betrieb vermindert und somit einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Ventiltriebes zu verzeichnen ist.
Entsprechend einem weiteren der nebengeordneten Ansprüche ist der im Oberbegriff definierte Ventiltrieb derart ausgebildet, dass das Betätigungsmittel als Kombination aus einer Brücke und zwei Tassenstößel zum gleichzeitigen Betrieb zweier Ladungswechselventile ausgebildet ist und die Brücke auf der dem Nocken zugewandten Seite über eine Gleitwippe verfügt, welche in der Brücke in einer kreisförmigen Struktur schwenkbar gelagert ist, um der Kontur des Nockens folgen zu können. Durch diese Maßnahme ist das gleichzeitige Ansteuern zweier Ladungswechselventile mit niedrigem Herstellungsaufwand möglich, bei gleichzeitigem Zusammenwirken mit einem dreidimensional ausgebildeten Nocken.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Gleitwippe um eine zu der Längsmittelachse der Brücke parallele oder orthogonale Achse schwenkbar gelagert. Durch diese Maßnahme kann eine parallele oder senkrechte Anordnung der Brücke relativ zu der Ventilnockenwelle der Brennkraftmaschine erfolgen. Somit ist eine Anpassung an die Bauraumverhältnisse der Brennkraftmaschine möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Brücke auf ihrer den Ladungswechselventile zugewandten Seite über zwei Aussparungen, die zu der Oberseite der Tassenstößel korrespondieren. Dadurch ist die Verwendung von Standardtassenstößeln in Kombination mit der Brücke möglich, es kann also auf Serienteile zurückgegriffen werden, was den Herstellungsaufwand vermindert.
Gemäß einem weiteren der nebengeordneten Ansprüche zeichnet sich der erfindungsgemäße Ventiltrieb dadurch aus, dass das Betätigungsmittel aus einem Schlepphebel besteht, welcher an seinem einen Ende über ein Abstützelement im Zylinderkopf gelagert ist und an seinem anderen Ende mit einem Tassenstößel zur translatorischen Bewegung eines Ladungswechselventils in Kontakt steht, wobei der Schlepphebel gegenüber dem Tassenstößel eine Kippbewegung um seine Längsmittelachse ausführen kann, um der Kontur des Nockens zu folgen. Dadurch lässt sich ein Ventiltrieb mit Schlepphebel realisieren, bei welchem der Herstellungsaufwand gering und ein Betrieb mit einem dreidimensional ausgebildeten Nocken möglich ist.
In Weiterbildung der Erfindung verfügt der Tassenstößel aus seiner dem Schlepphebel zugewandten Seite über eine kreisbogenartige Ausnehmung und der Schlepphebel weist eine dazu korrespondierende Abrundung auf, um eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen zu ermöglichen. Dadurch wird eine robuste Verbindung mit niedrigem Herstellungsaufwand realisiert.
Ausführungsbeispiele
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bestehend aus einem Tassenstößel mit Wippe,
2 eine perspektivische Ansicht des Ventiltriebs, bestehend aus einem Tassenstößel und einer Wippe mit Nockenrolle,
3 eine perspektivische Ansicht des Tassenstößels,
4 eine perspektivische Ansicht des Ventiltriebes mit Gleitabgriffelement und Bolzen,
5 eine perspektivische Ansicht der Anordnung mit zwei Tassenstößeln und Brücke mit Wippe,
6 eine perspektivische Ansicht der Brücke, und
7 eine perspektivische Ansicht des Ventiltriebes mit Schlepphebel und Tassenstößel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine erfindungsgemäßer Ventiltrieb gemäß einem der nebengeordneten Ansprüche dargestellt, welcher im Wesentlichen aus dem Tassenstößel 1a und der Wippe 3 besteht. Die Wippe 3 ist in kreisbogenförmigen Aussparungen der Auskragungen 2a und 2b des Tassenstößels 1a geführt und kann über diese eine Schwenkbewegung gegenüber dem Tassenstößel 1a ausführen.
Außerdem steht die Wippe 3 auf ihrer Oberfläche mit einem nicht dargestellten Nocken einer Ventilnockenwelle in Kontakt. Am unteren Ende des Tassenstößels 1a ist üblicherweise, hier nicht dargestellt, ein Ladungswechselventil der Brennkraftmaschine angeordnet.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch den Nocken der Nockenwelle eine Bewegung in die Öffnungsrichtung des Ladungswechselventils auf die Wippe 3 und damit auf den Tassenstößel 1a übertragen, was zu einem Öffnen des Ladungswechselventils führt. Durch die mögliche Relativbewegung zwischen Tassenstößel 1a und Wippe 3 kann die Wippe 3 zudem eine Verdrehung vollführen und somit der Kontur eines Raumnockens folgen.
Im Unterschied hierzu ist in 2 in der Mitte der Wippe 3 eine Nockenrolle 4 angeordnet. In diesem Fall steht diese Nockenrolle 4 mit dem nicht dargestellten Nocken der Ventilnockenwelle in Kontakt, worüber die Ventilöffnungsbewegung in das System eingebracht wird.
In 3 ist der Tassenstößel 1a als Einzelansicht zu sehen. Dieser verfügt in seinem Mittelbereich, zwischen den beiden Auskragungen 2a und 2b, über einen Mittelsteg 5. Durch diesen wird die Steifigkeit des Systems erhöht und bei Betrieb die Durchbiegung der in diesem Fall nicht dargestellten Wippe 3 vermindert.
In 4 ist eine erfindungsgemäßer Ventiltrieb gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch dargestellt, welcher aus einem Tassenstößel 1a' und einem mit einem Gleitabgriffelement 6 versehenen Bolzen 7 besteht. Der Bolzen 7 ist hierbei in kreisförmigen Auskragungen 2a' und 2b' des Tassenstößels 1a' geführt. Zudem sind in einer der beiden Auskragungen 2a' Stifte 13a und 13b angeordnet, die ein Schwenken des Bolzens 7 und damit des Gleitabgriffelements 6 nur in bestimmtem Maße zulassen. Das Gleitabgriffelement 6 steht mit einem nicht dargestellten Nocken der Ventilnockenwelle der Brennkraftmaschine in Kontakt. Auch in diesem Fall ist am unteren Ende des Tassenstößels 1a' ein Ladungswechselventil der Brennkraftmaschine angeordnet.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine translatorische Bewegung in Richtung des Ladungswechselventils über das Gleitabgriffelement 6 durch den Nocken der Nockenwelle in das System eingeleitet.
In 5 ist ein Ventiltrieb gemäß eines weiteren nebengeordneten Anspruches dargestellt. Dieser besteht aus zwei Tassenstößeln 1a'' und 1b'', welche über eine gemeinsame Brücke 8 und eine in dieser Brücke 8 gelagerten Wippe 3'' betrieben werden. In 6 ist diese Brücke 8 als Einzelteil dargestellt. Sie verfügt an ihrem unteren Ende über zwei kreisrunde Aussparungen 9a und 9b, in welchen die Tassenstößel 1a'' und 1b'' angeordnet sind.
Bei Betrieb steht die Wippe 3 mit einem Nocken der Nockenwelle in Kontakt und überträgt entsprechend der Kontur dieses Nockens eine translatorische Bewegung in Öffnungsrichtung der Ladungswechselventile in das System.
In 7 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Ventiltrieb gemäß eines nebengeordneten Anspruches zu sehen, welcher im Wesentlichen aus einem Schlepphebel 10 in Verbindung mit einem Tassenstößel 1a''' besteht. Der Schlepphebel 10 ist auf seiner einen Seite über ein Abstützelement 11 in einem nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert und auf seiner anderen Seite derart mit dem Tassenstößel 1a''' verbunden, das er gegenüber diesem eine Schwenkbewegung um seine Längsmittelachse vollführen kann.
Realisiert wird dies dadurch, dass der Tassenstößel 1a''' an seinem oberen Ende über eine kreisförmige Ausnehmung verfügt, die zu einer abgerundeten Form des Schlepphebels 10 korrespondiert. Zudem steht der Schlepphebel 10 mit seiner Rolle mit einem Nocken 14 einer Nockenwelle in Kontakt. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird ein am unteren Ende des Tassenstößels 1a''' an gegliedertes Ladungswechselventil auf die dem Fachmann bekannte Art und Weise geöffnet.

1a, 1b: Tassenstößel
2a, 2b: Auskragungen
3: Wippe
4: Nockenrolle
5: Mittelsteg
6: Gleitabgriffelement
7: Bolzen
8: Brücke
9a, 9b: Aussparungen
10: Schlepphebel
11: Abstützelement
12: Oberfläche Wippe
13a, 13b: Stifte
14: Nocken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0777039 B1 [0006]

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensional ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel als Tassenstößel (1a) ausgebildet ist und dieser auf seiner dem Nocken zugewandten Seite über zwei sich gegenüberliegende Auskragungen (2a, 2b) verfügt, in deren kreisbogenförmigen Aussparungen eine Wippe (3) schwenkbar gelagert ist, wobei diese Wippe (3) mit dem Nocken in Kontakt steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (3) mit einer Nockenrolle (4) versehen ist, welche in Kontakt mit dem Nocken steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Radius der Wippe (3) nahezu durch den Kontaktbereich Wippe (3) zu Nocken verläuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Radius der Wippe (3) nahezu durch den Kontaktbereich Nockenrolle (4) zu Nocken verläuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenrolle (4) als Wälzlager oder als Gleitlager ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (1a) im Bereich der Wippe (3) über einen Mittelsteg (5) verfügt, um deren Durchbiegung im Betrieb zu reduzieren.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (3) als gerade oder gewölbte Oberfläche (12) ausgebildet ist.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensional ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel als Tassenstößel (1a) ausgebildet ist und dieser auf seiner dem Nocken zugewandten Seite über zwei sich gegenüberliegende kreisbogenförmige Auskragungen (2a, 2b) verfügt, welche jeweils eine kreisrunde Aussparung aufweisen, in denen ein über einen Gleitabgriffelement (6) mit dem Nocken in Kontakt stehender Bolzen (7) schwenkbar geführt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwenken des Gleitabgriffelements (6) gegenüber dem Tassenstößel (1a) nur in eingeschränktem Umfang möglich ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (7) als Wälzlager oder Gleitlager ausgeführt ist.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensional ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel als Kombination aus einer Brücke (8) und zwei Tassenstößeln (1a, 1b) zum gleichzeitigen Betrieb zweier Ladungswechselventile ausgebildet ist und die Brücke (8) auf der dem Nocken zugewandten Seite über eine Wippe (3) verfügt, welche in der Brücke (8) in einer kreisbogenförmigen Ausnehmung schwenkbar gelagert ist, um der Kontur des Nockens folgen zu können.
Ventiltrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (3) um eine zu der Längsmittelachse der Brücke (8) parallele oder orthogonale Achse schwenkbar gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (8) auf ihrer den Ladungswechselventilen zugewandten Seite über zwei Aussparungen (9a, 9b) verfügt, die zu der Oberseite der Tassenstößel (1a, 1b) korrespondieren.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem dreidimensional ausgebildeten Nocken einer Ventilnockenwelle und einem mit mindestens einem Ladungswechselventil in Kontakt stehenden Betätigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel aus einem Schlepphebel (10) umfasst, welcher an seinem einen Ende über ein Abstützelement (11) in einem Zylinderkopf gelagert ist und an seinem anderen Ende mit einem Tassenstößel (1a) zur translatorischen Bewegung eines Ladungswechselventils in Kontakt steht, wobei der Schlepphebel (10) gegenüber dem Tassenstößel (1a) um seine Längsmittelachse schwenkbar gelagert ist, um der Kontur des Nockens zu folgen.
Ventiltrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (1a) auf seiner dem Schlepphebel (10) zugewandten Seite über eine kreisbogenartige Ausnehmung verfügt und der Schlepphebel (10) eine dazu korrespondierende Abrundung aufweist, um eine Relativbewegung zu ermöglichen.