DE102008019242B4

DE102008019242B4 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008019242B4
Application number: DE102008019242.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Streifinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: DE102008019242A1

Abstract

Ventiltrieb (2) für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, wobei jedem Gaswechselventil ein Rollenschlepphebel (20) zugeordnet ist, dessen Rolle (22) sich wahlweise mit mindestens zwei Nocken (14,16) in Anlagekontakt bringen lässt, die auf einem entlang einer Grundnockenwelle (10) axial verschiebbaren Nockenträger (12) ausgebildet sind und verschiedene Nockenkonturen (28,30) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse (18) des Rollenschlepphebels (20) und/oder eine Drehachse (40) der Rolle (22) des Rollenschlepphebels (20) unter einem Neigungswinkel (β) in Bezug zu einer Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) und des Nockenträgers (12) geneigt ist, wobei der Neigungswinkel (β) dem Winkel (β) entspricht, der von einer Längsmittelachse (4) einer Ventilbohrung des Gaswechselventils (8) und einer Längsmittelachse (6) des Zylinders in einer Ebene eingeschlossen ist, die orthogonal zu einer zur Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) senkrechten Ebene ist, wobei die Rolle (22) des Rollenschlepphebels (20) eine konische Umfangsfläche (42) zum Linienkontakt mit den Nockenkonturen (28, 30) und eine weitere konische Umfangsfläche (44) zum Linienkontakt mit einer komplementären Anlauffläche (46) einer der Nockenkonturen (30) aufweist, wobei sich die beiden konischen Umfangsflächen (42, 44) in entgegengesetzte Richtungen verjüngen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ventiltriebe der eingangs genannten Art können verwendet werden, um durch Beeinflussung des Arbeitsspiels der Gaswechselventile beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten und/oder des Hubs der Ventile herbeizuführen, wodurch sich die thermodynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine verbessern lassen.
Aus der EP 1 608 849 B1 ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art für einen Vierzylinder-Reihenmotor bekannt, bei dem Paare von Einlass- bzw. Auslassventilen jedes Zylinders jeweils mittels eines auf einer Grundnockenwelle axial verschiebbaren Nockenträgers gesteuert werden. Die Nockenträger sind dort drehfest mit der jeweiligen Grundnockenwelle verbunden und weisen jeweils zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockengruppen auf, von denen jede ein Paar Nocken mit verschiedenen Nockenkonturen umfasst. Durch axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle lässt sich ein gewünschter Nocken jeder Nockengruppe mit einem Rollenschlepphebel des zugehörigen Gaswechselventils in Anlagekontakt bringen, wodurch sich der Hub und/oder die Öffnungszeiten des Gaswechselventils verstellen lassen.
Aus der AT 150188 B ist es weiter bereits bekannt, vier Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine in radialer Ausrichtung zu einem halbkugelförmigen oder domförmigen Brennraum des Zylinders innerhalb des Zylinderkopfs anzuordnen, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Ventile dieselbe Funktion besitzen. Auf diese Weise kann der Öffnungsquerschnitt der vier Ventile bei optimaler Brennraumform maximiert werden. Dadurch wird eine ungehinderte Gasströmung und aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung der Einlassventile eine starke Verwirbelung im Brennraum erreicht, wodurch sich eine höhere Drehzahl und Leistung der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig geringerem Kraftstoffverbrauch erzielen lassen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art für einen Zylinder zu schaffen, bei dem die Ventilbohrungen von einigen oder von sämtlichen Gaswechselventilen in Bezug zur Längsmittelachse des Zylinders nicht nur in üblicher Weise in einer zur Drehachse der Grundnockenwelle senkrechten ersten Ebene, sondern auch in einer zu der ersten Ebene orthogonalen zweiten Ebene geneigt sind.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Ventiltrieb erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Patentansprüche 2 bis 8.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, der Neigung der Ventilbohrung eines Gaswechselventils in der zuvor genannten zweiten Ebene dadurch Rechnung zu tragen, dass man die Schwenkachse des zugehörigen Rollenschlepphebels und/oder die Drehachse von dessen Rolle ebenfalls unter einem Neigungswinkel in Bezug zur Drehachse der Grundnockenwelle ausrichtet, vorzugsweise unter demselben Neigungswinkel wie demjenigen, der in der zweiten Ebene von den Längsmittelachsen des Zylinders und der Ventilbohrung bzw. des Ventilgliedes eingeschlossen wird. Der Neigungswinkel ist bevorzugt ein verhältnismäßig kleiner Winkel, der zweckmäßig weniger als 10 Grad beträgt. Um sicherzustellen, dass trotz der Neigung der Schwenkachse des Rollenschlepphebels und/oder der Drehachse von dessen Rolle in Bezug zur Drehachse der Grundnockenwelle die Umfangsfläche der Rolle im Linienkontakt gegen die Nockenkonturen der zugehörigen Nocken anliegt, weist die Rolle des Rollenschlepphebels mindestens eine konische Umfangsfläche auf, die im Bereich des Linienkontakts eine zur Drehachse des Nockenträgers parallele Ausrichtung besitzt.
Die Erfindung sieht vor, dass die Rolle des Rollenschlepphebels zwei konische Umfangsflächen besitzt, von denen eine zum Anlagekontakt mit den Nockenkonturen der beiden Nocken und die andere zum Anlagekontakt mit einer komplementären Anlauffläche von einer der Nockenkonturen bestimmt ist. Die Anlauffläche dient dazu, eine infolge der Neigung der Ventilbohrung von der gespannten Ventilfeder über den Rollenschlepphebel und die Rolle in einer axialen Richtung der Grundnockenwelle auf die Nockenkontur aufgebrachte Kraftkomponente aufzufangen und andererseits in axialer Richtung des Nockenträgers für eine definierte Lagebeziehung zwischen der Rolle des Rollenschlepphebels und dem Nocken zu sorgen. Erfindungsgemäß verjüngen sich die beiden konischen Umfangsflächen in entgegengesetzten Richtungen, wobei zweckmäßigerweise ihr Neigungswinkel in Bezug zur Drehachse der Rolle dem von der Drehachse der Rolle und der Drehachse der Grundnockenwelle eingeschlossenen Neigungswinkel entspricht.
Die Anlauffläche erstreckt sich vorteilhaft um die gesamte Nockenkontur herum, wobei sie zweckmäßig die Form eines Ausschnitts einer Mantelfläche eines geraden Kegels mit einer dem Querschnitt der Nockenkontur entsprechenden Grundfläche besitzt. Da infolge der Neigung der Schwenkachse des Rollenschlepphebels in Bezug zur Drehachse der Grundnockenwelle beim Niederdrücken des Rollenschlepphebels dessen Rolle in Bezug zur Grundnockenwelle und zum Nockenträger geringfügig axial verschoben wird, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dieser Verschiebung auch bei der Ausbildung der Anlauffläche Rechnung zu tragen. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass die im Bereich eines Grundkreisabschnitts des Nockens in Umfangsrichtung des Nockenträgers verlaufende Anlauffläche im Bereich einer Hubkurve des Nockens geringfügig von der Umfangsrichtung in Richtung einer benachbarten Nockenkontur abweicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

1a und 1b zwei teilweise geschnittene und weggebrochene perspektivische Ansichten von Teilen eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs eines Gaswechselventils bei Betrachtung in Richtung einer Drehachse einer Grundnockenwelle bzw. bei Betrachtung in einer dazu orthogonalen Richtung;
2a und 2b vergrößerte Ansichten eines Ausschnitts der 1 in unterschiedlichen axialen Positionen eines auf der Grundnockenwelle verschiebbaren Nockenträgers bei geschlossenem Gaswechselventil;
3 eine Ansicht entsprechend 2b, jedoch bei maximaler Öffnung des Gaswechselventils;

Der in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Ventiltrieb 2 dient zur Betätigung von Einlassventilen oder Auslassventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine, wobei jeder Zylinder jeweils ein Paar Einlassventile und Auslassventile aufweist, bei denen die Längsmittelachsen 4 von Ventilbohrungen im Zylinderkopfgehäuse abwechselnd um eine Längsmittelachse 6 des Zylinders herum angeordnet und dabei in Bezug zur Längsmittelachse 4 in zwei zueinander orthogonalen Ebenen geneigt sind, wie in 1a und 1b am Beispiel eines Einlassventils 8 dargestellt.
Der Ventiltrieb 2 gestattet eine Verstellung des Hubs und der Öffnungszeiten der Einlassventile bzw. der Auslassventile und umfasst für die Einlass- bzw. Auslassventile jeder Reihe von Zylindern eine obenliegende, im Zylinderkopfgehäuse drehbar gelagerte Grundnockenwelle 10, auf der für jedes Paar Einlass- bzw. Auslassventile eines Zylinders ein Nockenträger 12 drehfest und axial verschiebbar montiert ist. Jeder Nockenträger 12 weist zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete, jeweils zwei Nocken 14, 16 umfassende Nockengruppen (nur eine dargestellt) auf, die jeweils mit einem um eine Schwenkachse 18 schwenkbar im Zylinderkopfgehäuse gelagerten Rollenschlepphebel 20 von einem der Einlass- oder Auslassventile zusammenwirken.
Der Rollenschlepphebel 20 umfasst eine im Anlagekontakt mit dem Nockenträger 12 stehende Rolle 22, über die ein am unteren Ende mit einem Ventilteller 24 versehenes Ventilglied 26 des zugehörigen Ventils betätigt wird, indem es zum Öffnen von dem mit der Rolle 22 zusammenwirkenden Nocken 14, 16 entgegen der Kraft einer Ventilfeder (nicht dargestellt) im Zylinderkopf nach unten gedrückt wird.
Die beiden Nocken 14, 16 jeder Nockengruppe weisen unterschiedliche Nockenprofile 28, 30 auf, wie am besten in 2a dargestellt, die sich zur Verstellung des Hubs oder der Öffnungszeiten des zugehörigen Einlass- oder Auslassventils durch eine axiale Verschiebung des Nockenträgers 12 in zwei verschiedene Verschiebestellungen nach Bedarf wahlweise mit der Rolle 22 des Rollenschlepphebels 20 des Ventils 8 in Anlagekontakt bringen lassen. Die Nockenkonturen 28, 30 der beiden Nocken 14, 16 weisen jeweils Hubkurven auf, deren Scheitel unterschiedliche Abstände von der Drehachse 32 der Grundnockenwelle 10 aufweisen und so an die Hubhöhe des Ventilglieds 26 angepasst ist, dass das Ventil 8 ganz geöffnet wird, wenn in einer Verschiebestellung die Nockenkontur 30 mit der Rolle 22 zusammenwirkt, wie in 1b und 3 dargestellt, während das Ventil 8 nur teilweise geöffnet wird, wenn in der anderen Verschiebestellung die benachbarte Nockenkontur 28 oberhalb der Rolle 22 angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt. Die beiden Nocken 14, 16 weisen jeweils auf der zu den Hubkurven entgegengesetzten Seite einen gemeinsamen Grundkreisabschnitt 34 (2a) auf, der sich bei geschlossenem Ventil 8 an der Rolle 22 des Rollenschlepphebels 20 entlang bewegt und während dieses Zeitraums eine axiale Verschiebung des Nockenträgers 12 gestattet. Das Maß der axialen Verschiebung des Nockenträgers 12 entspricht dabei dem Mittenabstand der benachbarten Nocken 14, 16 bzw. Nockenkonturen 28, 30.
Wie am besten in 1a dargestellt, weisen die Nockenträger 12 eine axiale Durchgangsöffnung auf, deren Innenwand mit einer Längsverzahnung 36 versehen ist. Die Längsverzahnung 36 kämmt mit einer komplementären Außenverzahnung 38 auf der Grundnockenwelle 10, um die axiale Verschiebung der Nockenträger 12 auf der Grundnockenwelle 10 zu ermöglichen.
Wie aus 1a ersichtlich ist, ist die Längsmittelachse 4 der Ventilbohrung bzw. des Ventilglieds 26 des in der Zeichnung dargestellten Ventils 8 in einer zur Drehachse 32 der Grundnockenwelle 10 senkrechten Ebene in Bezug zur Längsmittelachse 6 des Zylinders um einen Neigungswinkel α geneigt, während sie in einer dazu orthogonalen Ebene einen Neigungswinkel β mit der Längsmittelachse 6 des Zylinders einschließt, wie in 1b dargestellt. Der in der Zeichnung übertrieben dargestellte Neigungswinkel β beträgt gewöhnlich nur wenige Grad.
Um zu vermeiden, dass es infolge der Neigung der Längsmittelachse 4 der Ventilbohrung bzw. des Ventilglieds 26 um den Winkel β zu Relativbewegungen zwischen dem Rollenschlepphebel 20 und dem von der Ventilfeder gegen den Rollenschlepphebel 20 angepressten oberen Ende des Ventilglieds 26 kommt, was einen Verschleiß an dieser Stelle zur Folge hat, liegt die Längsmittelachse 4 der Ventilbohrung bzw. des Ventilglieds in der Schwenkebene des Rollenschlepphebels 20. Dies bedeutet, dass die Schwenkachse 18 des Rollenschlepphebels 20 und eine Drehachse 40 der Rolle 22 in Bezug zur Drehachse 32 der Grundnockenwelle 10 unter dem Winkel β geneigt sind, wie am besten in den 1b, 2b und 3 dargestellt.
Um trotz einer gegenseitigen Neigung ihrer Drehachsen 40 bzw. 32 eine Linienberührung zwischen der Rolle 22 und den Nockenkonturen 28, 30 der Nocken 14, 16 auf dem Nockenträger 12 sicherzustellen, weist die Rolle 22 eine erste konische Umfangsfläche 42 auf, die in beiden Verschiebestellungen im Kontakt mit der jeweiligen Nockenkontur 28 (2a) bzw. 30 (2b) steht. Außerdem weist die Rolle 22 eine zweite, in entgegengesetzter Richtung verjüngte konische Umfangsfläche 44 auf, die in einer der beiden Verschiebestellungen (2b) gegen eine komplementäre Anlauffläche 46 des zugehörigen Nockens 16 anliegt. Die beiden Umfangsflächen 42, 44 sind symmetrisch zu einer Mittelebene der Rolle 22, wobei ihre Neigungswinkel in Bezug zur Drehachse 40 der Rolle 22 ebenfalls gleich β sind.
Die Anlauffläche 46 erstreckt sich um den gesamten Umfang des Nockens 16 herum, wobei sie auf der vom Nocken 14 abgewandten Seite des Nockens 16 an deren Nockenkontur 30 angrenzt und über dieses übersteht. Die Anlauffläche 46 ist auf dem gesamten Umfang des Nockenträgers 12 unter dem Winkel β in Bezug zur Drehachse 32 der Nockenwelle 10 geneigt, wie in 2b dargestellt. Infolge des nicht-kreisförmigen äußeren Umfangs des Nockenträgers 12 wird die Anlauffläche 46 von einem Ausschnitt einer Mantelfläche eines geraden Kegels gebildet, der eine der Nockenkontur 30 entsprechenden Grundfläche besitzt und dessen Spitze auf der Drehachse 32 der Nockenwelle 10 liegt.
Wie ebenfalls am besten in 2b dargestellt, verläuft eine zwischen der Anlauffläche 46 und dem Nockenprofil 30 des Nockens 16 angeordnete Trennlinie 48 entlang des Grundkreisabschnitts 34 der Nocken 14, 16 genau in Umfangsrichtung des Nockenträgers 12, während sie entlang der Hubkurve des Nockens 16 etwas in Richtung des benachbarten Nockens 14 von der Umfangsrichtung abweicht. Dadurch ist es möglich, einer durch die Neigung der Schwenkachse 18 des Rollenschlepphebels 20 bedingten geringfügigen axialen Verschiebung der Umfangsfläche 44 der Rolle 22 beim Niederdrücken des Rollenschlepphebels 20 Rechnung zu tragen.
Bezugszeichenliste

2: Ventiltrieb
4: Längsmittelachse Ventilbohrung
6: Längsmittelachse Zylinder
8: Einlassventil
10: Grundnockenwelle
12: Nockenträger
14: Nocken
16: Nocken
18: Schwenkachse Rollenschlepphebel
20: Rollenschlepphebel
22: Rolle
24: Ventilteller
26: Ventilglied
28: Nockenkontur
30: Nockenkontur
32: Drehachse der Nockenwelle/ des Nockenträgers
34: Grundkreisabschnitt
36: Innenverzahnung
38: Außenverzahnung
40: Drehachse Rolle
42: Umfangsfläche Rolle
44: Umfangsfläche Rolle
46: Anlauffläche
48: Trennlinie
50: Schleifscheibe
52: Drehachse Schleifscheibe
54: Umfangsfläche Schleifscheibe
56: Umfangsfläche Schleifscheibe
P: Zustellrichtung Schleifscheibe

Claims

Ventiltrieb (2) für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, wobei jedem Gaswechselventil ein Rollenschlepphebel (20) zugeordnet ist, dessen Rolle (22) sich wahlweise mit mindestens zwei Nocken (14,16) in Anlagekontakt bringen lässt, die auf einem entlang einer Grundnockenwelle (10) axial verschiebbaren Nockenträger (12) ausgebildet sind und verschiedene Nockenkonturen (28,30) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse (18) des Rollenschlepphebels (20) und/oder eine Drehachse (40) der Rolle (22) des Rollenschlepphebels (20) unter einem Neigungswinkel (β) in Bezug zu einer Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) und des Nockenträgers (12) geneigt ist, wobei der Neigungswinkel (β) dem Winkel (β) entspricht, der von einer Längsmittelachse (4) einer Ventilbohrung des Gaswechselventils (8) und einer Längsmittelachse (6) des Zylinders in einer Ebene eingeschlossen ist, die orthogonal zu einer zur Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) senkrechten Ebene ist, wobei die Rolle (22) des Rollenschlepphebels (20) eine konische Umfangsfläche (42) zum Linienkontakt mit den Nockenkonturen (28, 30) und eine weitere konische Umfangsfläche (44) zum Linienkontakt mit einer komplementären Anlauffläche (46) einer der Nockenkonturen (30) aufweist, wobei sich die beiden konischen Umfangsflächen (42, 44) in entgegengesetzte Richtungen verjüngen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (ß) weniger als 10 Grad beträgt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel (β) der konischen Umfangsfläche (42, 44) in Bezug zur Drehachse (40) der Rolle (22) dem Neigungswinkel (β) der Drehachse (40) der Rolle (22) in Bezug zur Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) entspricht.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlauffläche (46) um die gesamte Nockenkontur (30) herum erstreckt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (46) die Form eines Ausschnitts einer Mantelfläche eines geraden Kegels mit einer der Nockenkontur (30) entsprechenden Deckfläche besitzt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (46) in Bezug zur Drehachse (32) der Grundnockenwelle (10) unter dem Neigungswinkel (β) geneigt ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlauffläche (46) entlang eines Grundkreisabschnitts (34) der Nockenkontur (30) in Umfangsrichtung des Nockenträgers (12) erstreckt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (46) entlang einer Hubkurve der Nockenkontur (30) von der Umfangsrichtung abweicht.