DE102011009416B4 - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung - Google Patents
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Abstract
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26), denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26) eine Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) im Zylinderkopf mittels Lagermittel (36, 38) beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung (41) und einer Nockenwelle (40) in Wirkverbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichtung (41) eine drehbare Exzenterwelle (50) mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser von Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, die dazu dienen, die Exzenterwelle (50) im Zylinderkopf zu lagern, wobei die Exzenterwelle eine von der Zylinderzahl abhängige Anzahl dieser Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufweist und durch eine Antriebseinrichtung (52) über ein Getriebeorgan (53) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Lagerfläche (81), deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) entspricht, die dazu dienen, die Exzenterwelle im Zylinderkopf zu lagern, das Getriebeorgan (53) für die Exzenterwelle (50) angeordnet ist, derart, dass zwischen zwei der anderen Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76), die Antriebseinrichtung (52) am Getriebeorgan (53) angreift.
Description
- Die Erfindung betrifft eine mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen, denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil eine Übertragungsanordnung zugeordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle in Verbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichtung eine drehbare Exzenterwelle mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser von Lagerflächen einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, die dazu dienen die Exzenterwelle im Zylinderkopf zu lagern, wobei die Exzenterwelle eine von der Zylinderzahl abhängige Anzahl dieser Lagerflächen aufweist und durch eine Antriebseinrichtung über ein Getriebeorgan antreibbar ist.
- Eine derartige mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung ist aus der
DE 10 323 665 A1 wie auch aus derDE 10 2004 003 327 A1 bekannt. Dabei offenbart diese Patentanmeldung eine Anordnung, die eine Exzenterwelle aufweist, die derart konstruiert ist, dass sie im Zylinderkopf durchsteckbar ist und auf diese Weise keine geteilten Lager erfordert. Diese Ausführungsform bietet einen großen Fertigungs- und Montagevorteil. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist jedoch, dass die die Exzenterwelle antreibende Antriebseinrichtung lediglich auf eines der beiden Enden der Exzenterwelle angreifen kann. Dies führt zu einer erheblichen Einschränkung des Einsatzbereiches dieser bekannten mechanisch steuerbaren Ventiltriebanordnung. - Des Weiteren sind sowohl zum Antrieb von Verstellungen bei steuerbaren Ventiltriebanordnungen (
DE 102 13 081 A1 ,DE 10 2004 020 623 A1 ) als auch zum Antrieb von Hilfsnockenwellen (DE 41 37 978 C1 ,DE 103 22 250 A1 ) Anordnungen bekannt, bei denen ein Getriebeteil zwischen zwei Lagerflächen angeordnet ist. Eine größere Flexibilität bieten aber auch diese Ausführungen nicht, da jeweils eine bestimmte Position für das Getriebeteil vorzusehen ist. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ventiltriebanordnung zu schaffen, die den oben genannten Nachteil vermeidet.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Auf diese Weise ist es möglich, für alle Motorenbauraumkonzepte eine mechanisch verstellbare Ventiltriebanordnung mit einer einheitlichen Exzenterwelle vorzufertigen und je nach Bauraumsituation die Exzenterwelle so weit in der Endbearbeitung anzupassen, dass sie dem jeweiligen Antriebskonzept entspricht.
- Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist jedoch dadurch gegeben, dass das Getriebeorgan ein Zahnradorgan mit einer Durchstecköffnung für die Exzenterwelle ist, wobei das Zahnradorgan formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Lagerfläche verbunden ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft für eine einfache und korrekte Montage, wenn die Durchstecköffnung eine Innenkontur mit verkleinertem Durchmesser als Zentrierung für die Exzenterwelle aufweist. Dabei kann die Innenkontur als Teilkreis ausgeführt sein, der sich über einen Winkelbereich von α = 130° bis 180° erstreckt.
- Darüber hinaus kann das Getriebeorgan als Axiallager dienen. In diesem Zusammenhang können im Zylinderkopf Anschlagflächen vorgesehen sein, an denen das Getriebeorgan beidseits in axialer Richtung anliegt.
- Darüber hinaus hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, wenn jede Übertragungsanordnung mindestens einen Schwenkhebel und mindestens einen Kipphebel aufweist, wobei der Schwenkhebel mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil angreift und der Kipphebel in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung und der Nockenwelle steht und über eine Arbeitskontur auf den Schwenkhebel angreift.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, hierin zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer erfinderischen Ventiltriebanordnung, -
2 eine Schnittansicht der im Zylinderkopf gelagerten Exzenterwelle, und -
3 eine Schnittansicht durch das Getriebeorgan, das formschlüssig mit der Exzenterwelle verbunden ist. -
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventiltriebanordnung10 mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen12 ,14 ,16 ,18 ,20 ,22 ,24 und26 . Im vorliegenden Fall sind jeweils zwei Einlass-Gaswechselventile einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung10 weist im vorliegenden Fall vier Übertragungsanordnungen28 ,29 ;30 ,31 ;32 ,33 und34 ,35 auf, denen jeweils zwei Gaswechselventile12 ,14 ;16 ,18 ;20 ,22 ;24 ,26 zugeordnet sind. Dabei sind die Übertragungsanordnungen28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 , und34 ,35 auf bekannte Weise im Zylinderkopf mittels Lagermitteln gelagert. Die Lagermittel36 ,38 werden in der vorliegenden1 lediglich exemplarisch für die Lagerung eines Schwenkhebels56 der Übertragungsanordnung35 dargestellt. Darüber hinaus stehen die Übertragungsanordnungen28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 und34 ,35 auf bekannte Weise mit einer Nockenwelle40 in Wirkverbindung. Außerdem ist jede Übertragungsanordnung28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 und34 ,35 durch Verstellorgane42 ,43 ,44 ,45 ,46 ,47 und48 ,49 einer Ventilhubverstelleinrichtung41 derart ansteuerbar, dass ein geringerer oder höherer Ventilhub der Einlassventile12 ,14 ;16 ,18 ;20 ,22 ;24 ,26 einstellbar ist, wobei dies durch Exzenterorgane, die auf einer Exzenterwelle50 vorgesehen sind, bewerkstelligt wird. Die Exzenterwelle50 wird im vorliegenden Fall über ein als Zahnrad53 ausgebildetes Getriebeorgan53 durch eine Antriebseinrichtung52 angetrieben. Als Antriebseinrichtung52 kann ein sowohl vorwärts wie rückwärts laufender Drehantrieb genutzt werden. Die Exzenterwelle50 kann damit derart angetrieben werden, dass in Abhängigkeit von der vorliegenden Position schnell und präzise der dem nächsten Betriebszustand entsprechende Ventilhub durch den Einsatz der entsprechenden, nicht weiter dargestellten Exzenterorgane gewählt werden kann. Auch Drehwinkel von > 360° sind damit realisierbar. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist ein mechanisch ansteuerbarer Ventiltrieb
54 die Übertragungsanordnung35 sowie das Gaswechselventil26 auf. Die Übertragungsanordnung35 besteht dabei aus dem Schwenkhebel56 sowie einem Kipphebel58 , wobei der Schwenkhebel56 mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil26 angreift und der Kipphebel58 in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung41 und der Nockenwelle40 steht. Dabei greift das Verstellorgan48 der Ventilhubverstelleinrichtung41 entgegen einer Vorspannkraft einer Feder55 auf ein nicht weiter dargestelltes Angriffsorgan (beispielsweise eine Rolle) des Kipphebels58 an. Der Kipphebel58 greift mit einer nicht weiter dargestellten Arbeitskontur auf den Schwenkhebel56 an. Auf der gegenüber gelegenen Seite sind Führungsrollen angeordnet, mit denen der Kipphebel58 in einer Kulisse geführt ist. Die Führungsrollen sind wiederum auf einer Welle gelagert, die zwei benachbarte Kipphebel miteinander verbindet, wobei zwischen den Führungsrollen noch eine Rolle auf der Welle angeordnet ist, die wiederum mit der Nockenwelle in Wirkverbindung steht. Ein Nocken der Nockenwelle steht also mit zwei Übertragungsanordnungen in Wirkverbindung. Hinsichtlich der Funktion und Arbeitsweise einer derartigen Übertragungsanordnung wird explizit auf die deutsche OffenlegungsschriftDE 101 40 635 A1 verwiesen. -
2 zeigt nun eine Schnittansicht durch die Exzenterwelle50 , wobei Teile des Zylinderkopfes schematisch dargestellt sind. Im vorliegenden Beispiel ist die Exzenterwelle50 über acht Lagerflächen62 ,64 ,66 ,68 ,70 ,72 ,74 ,76 im Zylinderkopf60 gelagert. Das als Zahnrad53 ausgebildete Getriebeorgan stellt im vorliegenden Fall ein Axiallager dar, das sich beidseits an zwei Anschlagsflächen78 ,80 des Zylinderkopfes abstützt. Darüber hinaus ist das Zahnradorgan über eine Schraubverbindung82 an einer Lagerfläche81 lösbar und formschlüssig mit der Exzenterwelle50 verbunden. Es sollte deutlich sein, dass jede zwischen zwei Zylindern ausgebildete Lagerfläche prinzipiell als Getriebeorgan53 ausgebildet werden kann. -
3 zeigt nun eine Querschnittsansicht durch das Zahnradorgan53 . Das Zahnradorgan ist formschlüssig mittels einer Schraubverbindung82 mit der Exzenterwelle50 verbunden. Um beim Montageprozess eine einfache Zentrierung ohne eine Beschädigung der durch das Zahnradorgan53 durchzuführenden Lagerflächen und Exzenterorgane vorzusehen, weist das Zahnradorgan53 über einen Winkel β = 200° einen wesentlich größeren Durchmesser von beispielsweise 24 mm gegenüber der Exzenterwelle50 mit einem Durchmesser von beispielsweise 22 mm auf. Über einen Winkel von α = 160° ist als Teilkreis eine Innenkontur86 vorgesehen, die einen Durchmesser von genau 22 mm aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Exzenterwelle50 leicht durch die Durchstecköffnung84 des Zahnradorgans53 durchsteckbar ist, auf der anderen Seite aber zur Herstellung der lösbaren Verbindung auf einfache Weise zu zentrieren ist. Die Antriebseinrichtung52 ist auf bekannte Weise über ein Schneckenrad88 mit dem Zahnradorgan53 verbunden. Des Weiteren wird sichergestellt, dass der Teilkreis der Verzahnung des Zahnradorgans53 hinsichtlich der Längsachse der Exzenterwelle50 genau zentriert ist, was wiederum wichtig für die Führung der Antriebseinrichtung52 ist. - Die Montage kann nun auf einfache Art und Weise derart durchgeführt werden, dass das Zahnradorgan
53 zwischen den Anschlagflächen im Zylinderkopf in Position gehalten wird und die Exzenterwelle50 von der Stirnseite her eingeführt und die Schraubverbindung vorgenommen werden kann. Natürlich ist es auch möglich, dass eine Stiftverbindung (lösbar oder unlösbar) eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, dass der Stift diagonal zur Längsachse der Exzenterwelle geführt ist, wodurch Bauraum eingespart wird. Die geringe Breite eines derartig befestigten Getriebeorgans hätte den Vorteil, dass die Lagerfläche81 als zusätzliche Radiallagerfläche nutzbar ist. Es ist auch denkbar, dass das Zahnrad zwecks verbesserter Durchführung der Exzenterwelle50 erwärmt wird.
Claims (8)
- Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen (12 ,14 ,16 ,18 ,20 ,22 ,24 ,26 ), denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil (12 ,14 ,16 ,18 ,20 ,22 ,24 ,26 ) eine Übertragungsanordnung (28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ) zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung (28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ) im Zylinderkopf mittels Lagermittel (36 ,38 ) beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung (28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ) mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung (41 ) und einer Nockenwelle (40 ) in Wirkverbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichtung (41 ) eine drehbare Exzenterwelle (50 ) mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser von Lagerflächen (62 ,64 ,66 ,68 ,70 ,72 ,74 ,76 ) einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, die dazu dienen, die Exzenterwelle (50 ) im Zylinderkopf zu lagern, wobei die Exzenterwelle eine von der Zylinderzahl abhängige Anzahl dieser Lagerflächen (62 ,64 ,66 ,68 ,70 ,72 ,74 ,76 ) aufweist und durch eine Antriebseinrichtung (52 ) über ein Getriebeorgan (53 ) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Lagerfläche (81 ), deren Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Lagerflächen (62 ,64 ,66 ,68 ,70 ,72 ,74 ,76 ) entspricht, die dazu dienen, die Exzenterwelle im Zylinderkopf zu lagern, das Getriebeorgan (53 ) für die Exzenterwelle (50 ) angeordnet ist, derart, dass zwischen zwei der anderen Lagerflächen (62 ,64 ,66 ,68 ,70 ,72 ,74 ,76 ), die Antriebseinrichtung (52 ) am Getriebeorgan (53 ) angreift. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeorgan (53 ) ein Zahnradorgan mit einer Durchstecköffnung (84 ) für die Exzenterwelle (50 ) ist, wobei das Zahnradorgan (53 ) formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Lagerfläche verbunden ist. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung eine Schraubverbindung (82 ) ist. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstecköffnung (84 ) eine Innenkontur (86 ) mit verkleinertem Durchmesser als Zentrierung für die Exzenterwelle (50 ) aufweist. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (86 ) als Teilkreis, der sich über einen Winkelbereich α = 130°–180° erstreckt, ausgebildet ist. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeorgan (53 ) als Axiallager dient. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf Anschlagflächen (78 ,80 ) vorgesehen sind, an denen das Getriebeorgan (53 ) beidseits in axialer Richtung anliegt. - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (
10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Übertragungsanordnung (28 ,29 ,30 ,31 ,32 ,33 ,34 ,35 ) mindestens einen Schwenkhebel (56 ) und mindestens einen Kipphebel (58 ) aufweist, wobei der Schwenkhebel (56 ) mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil (12 ,14 ,16 ,18 ,20 ,22 ,24 ,26 ) angreift und der Kipphebel (58 ) in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung (41 ) und der Nockenwelle (40 ) steht und über eine Arbeitskontur auf den Schwenkhebel (56 ) angreift.
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