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Die Erfindung betrifft einen hubvariablen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem europäischen Patent
EP 1 445 434 B1 , von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Verbrennungskraftmaschine mit Hubverstellung der Gaswechselventile bekannt. Die Verbrennungskraftmaschine mit Hubverstellung der Gaswechselventile umfasst:
- – eine Nockenwelle,
- – eine Vorrichtung zur Hubverstellung eines Gaswechselventils, die benachbart zu der Nockenwelle angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt,
- – einen Zylinderkopf mit mindestens einem geteilten Lager für die Nockenwelle und
- – einen Zylinderkopfdeckel, der im Zusammenbauzustand den Zylinderkopf abdeckt, wobei
- – die geteilten Nockenwellenlager an dem Zylinderkopf über die Teilungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkopfdeckel nach außen vorstehen und die Teilungsebene der geteilten Nockenwellenlager im Wesentlichen senkrecht zu der Teilungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkopfdeckel verläuft und wobei
- – der Zylinderkopf einen Wellenträger und ein geteiltes Nockenwellenlager und einen gegen den Wellenträger verspannten Lagerdeckel aufweist, wobei an dem Wellenträger und an dem Lagerdeckel jeweils ein Lagerschalenabschnitt vorgesehen ist und sowohl der Wellenträger als auch der Lagerdeckel des Nockenwellenlagers über die Teilungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkopfdeckel vorstehen, wobei
- – die Hubverstellvorrichtung Schwenkhebel zur Hubbetätigung der Gaswechselventile umfasst, die über Nocken der Nockenwelle betätigt werden, sowie weiterhin eine Exzenterwelle, die die Schwenkhebel zur Verstellung des Hubs des jeweils zugehörigen Gaswechselventils verschwenkt, wobei für die Exzenterwelle geteilte Lager an dem Zylinderkopf vorgesehen sind, deren Teilungsebene im Wesentlichen senkrecht zu der Teilungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkopfdeckel verläuft, wobei die Exzenterwellenlager über die Teilungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderkopfdeckel nach außen vorstehen.
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Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist die aufwendige Montage der Lagerdeckel für die Nockenwelle und die Exzenterwelle, da die Zugänglichkeit durch den horizontalen Einbau der Befestigungsmittel sehr eingeschränkt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie eine vereinfachte Montage eines gattungsgemäßen Ventiltriebs in einem Zylinderkopf ermöglicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Montage eines gattungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs in einem Zylinderkopf deutlich vereinfacht. Weiter ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung die kompakteste Bauweise für einen einlass- und/oder auslassseitig angeordneten hubvariablen Ventiltrieb, wodurch der benötigte Bauraum in vorteilhafter Weise deutlich reduziert wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Montagemöglichkeiten gemäß Patentanspruch 2 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine äußerst exakte dreidimensionale Ausrichtung des Wellenträgers auf dem Trägerelement in einfacher Weise möglich.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ermöglicht den modularen Aufbau des hubvariablen Ventiltriebs entsprechend der Anzahl von Zylindern die die Brennkraftmaschine aufweist.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist es möglich, z. B. auch Raumbrennverfahren darzustellen, wie beispielsweise einem HCCI-Brennverfahren (homogenious charge compression ignition).
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 werden Probleme durch die Wärmedehnung des Zylinderkopfes und des Trägerelementes beim Betrieb der Brennkraftmaschine vermieden.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 reduziert die Herstellkosten erheblich.
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Erfindungsgemäß wird der hubvariable Ventiltrieb nach den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 8 montiert.
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Der erfindungsgemäße hubvariable Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist folgende Vorteile auf:
- 1. Er ermöglicht den kompaktesten hubvariablen Ventiltrieb 1 der bisher bekannt ist.
- 2. Er ermöglicht die Darstellung aller Zylinderkopftypen mit hubvariablen Ventiltrieben 1 auf Basis nur eines, immer des gleichen Einheitszylinderkopfes.
- 3. Im Fall eines symmetrischen Modulaufbaus auf Einlass- und Auslassseite ermöglicht er eine Brennkraftmaschine, unabhängig ob Reihenbrennkraftmaschine oder Brennkraftmaschine der V-Bauart, mit wechselweise wählbaren Nockenwellen-/Exzenterwellenzuordnungen, die konstruktive Freiheiten schaffen.
- 4. Er ermöglicht durch das alleinige Spiegeln der Lagerstelle (hier die Halbkugel des hydraulischen Ventilspielausgleichselementes) des direkten Ventilbetätigungselementes (hier ein Rollenschlepphebel) entweder einen relativ kleinen Ventilwinkel (im Bereich von ca. 10°), wenn das hydraulische Ventilspielausgleichselement außen liegend ist, oder im gespiegelten Fall einen relativ großen Ventilwinkel (im Bereich von ca. 20°), wenn das hydraulische Ventilspielausgleichselement innen liegend ist. D. h. er ermöglicht in Abhängigkeit der Lage des hydraulischen Ventilspielausgleichselementes entweder eine Verdoppelung oder eine Halbierung des Ventilwinkels, ohne die Kompaktheit des hubvariablen Ventiltriebes 1 zu verschlechtern.
- 5. Er ermöglicht in Bezug auf benachbarte Zylinder sowohl eine parallel verschobene als auch eine um die Zylinderzwischenebene gespiegelte Injektor-/Zündkerzenlängsanordnung.
- 6. Er ermöglicht das Gleichteileprinzip bezüglich fast aller Ventiltriebsbauteile für die Ein- und Auslassseite, wodurch die Entwicklungs- und Logistikaufwände deutlich minimiert werden.
- 7. Er ermöglicht eine Gewichtsreduzierung durch die konzeptbedingte bauliche Grundkompaktheit.
- 8. Der Schacht 13 kann entweder am Zylinderkopf 11 angegossen (einstückige Ausführung) oder als ein separates Bauteil ausgebildet sein.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in vier Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine für einen Zylinder.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Trägerelement.
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3 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Trägerelement mit aufgesetzten Wellenträgern.
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4 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Trägerelement mit Wellenträgern und mit einer Nockenwelle und einer Exzenterwelle und einem Verstellelement.
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs 1 für einen Zylinderkopf 11 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine für einen Zylinder. Der hubvariable Ventiltrieb 1 umfasst einen Schwenkhebel 2, der einerseits mit einem Rollenelement 3 mit einem Schwingdrehpunkt 3' auf einer Kulissenbahn 4' einer Kulisse 4 und andererseits mit einer Steuerbahn auf einem Zwischenelement 5 zu einem nicht dargestellten Gaswechselventil spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel 2 zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken 6' einer Nockenwelle 6 entgegen einer Kraft einer Feder 7 schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt 3' von einem Exzenter 8' einer Exzenterwelle 8 zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn 4' verschiebbar ist. Die Nockenwelle 6 und die Exzenterwelle 8 sind in zwei gemeinsamen. Wellenträgern 9 gelagert. Erfindungsgemäß ist der Wellenträger 9 auf ein Trägerelement 10 montierbar, das in den Zylinderkopf 11 gemeinsam mit einem vormontierten hubvariablen Ventiltrieb 1 verbaubar ist.
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Weiter ist in 1 ersichtlich, dass die Wellenträger 9 und die Lagerdeckel 9' für die Nockenwelle 6 und die Exzenterwelle 8 mit Befestigungsmitteln 15 befestigt sind, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Schrauben. Zur Verdrehung der Exzenterwelle 8, zur Hubeinstellung der Gaswechselventile ist ferner ein Verstellelement 12, ein Zahnrad, vorgesehen, welches beispielsweise über einen nicht dargestellten Schneckentrieb verstellt werden kann. Darüber hinaus ist in 1 ein Schacht 13 dargestellt, der für einen späteren Einbau eines nicht dargestellten Kraftstoffinjektors und einer nicht dargestellten Zündkerze dient.
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Bevorzugt ist der Wellenträger 9 stoff- und/oder formschlüssig auf das Trägerelement 10 montierbar. In einer weiteren Ausführungsform können der Wellenträger 9 und das Trägerelement 10 auch einstückig ausgeführt sein. Weiter, besser in 2 erkenntlich, weist der Wellenträger 9 bevorzugt zumindest eine Ausklinkung 14 auf, in die das Trägerelement stoff- und/oder formschlüssig für eine exakte dreidimensionale Ausrichtung einbringbar ist. Im Fall einer formschlüssigen Verbindung wird in bevorzugter Weise ein Presssitz verwendet. Weiter ist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein Trägerelement 10 vorgesehen, wobei die Trägerelemente 10 gemeinsam eine bauliche Einheit bilden, die als Gleichteil sowohl ein- als auch auslassseitig einbaubar ist. Bevorzugt sind das Trägerelement 10 und der Zylinderkopf 11 aus dem gleichen Material, z. B. einem Leichtmetallwerkstoff wie eine Aluminiumlegierung, oder aus Materialien mit ähnlichem Temperaturausdehnungskoeffizienten, um thermische Spannungen zwischen dem Trägerelement 10 und dem Zylinderkopf 11 zu vermeiden. Um, wie oben erwähnt, dem Gleichteileprinzip zu folgen und die Entwicklungs- sowie Fertigungskosten zu senken, sind die ein- und/oder auslassseitigen baulichen Einheiten von Trägerelementen 10 vorzugsweise baugleich.
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Weiter wird ein Verfahren zur Montage des hubvariablen Ventiltriebs 1 vorgeschlagen mit folgenden Verfahrensschritten:
- – Montieren der Wellenträger 9 auf das Trägerelement 10, bei mehrteiliger Ausbildung,
- – Montieren des hubvariablen Ventiltriebs 1 auf den Wellenträger 9 und das Trägerelement 10,
- – Montieren des Trägerelementes 10 mit dem hubvariablen Ventiltrieb 1 in den Zylinderkopf 11.
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Im Folgenden zeigen die 2 bis 4 einen detaillierteren Aufbau des hubvariablen Ventiltriebs 1 in unterschiedlichen Aufbauphasen.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Trägerelement 10, wie es für einen Zylinder der Brennkraftmaschine ein- und/oder auslassseitig vorgesehen ist. Die zumindest eine Ausklinkung 14 dient zur dreidimensionalen, exakten Ausrichtung der Wellenträger 9 auf dem Trägerelement 10, bei mehrstückiger Ausführung. Der Wellenträger 9 kann beispielsweise auch aus Grauguss bestehen, dann besteht die Möglichkeit, diesen auch einstückig mit den Kulissen 4 herzustellen. Wie bereits oben dargestellt, können mehrere Trägerelemente 10 vorgesehen sein, entsprechend der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, die eine einzige bauliche Einheit bilden. Weiter können diese baulichen Einheiten sowohl ein- als auch auslassseitig im Zylinderkopf 11 als Gleichteile verwendet werden. Darüber hinaus ist das Trägerelement 10 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Zylinderkopf 11, oder aus einem Material mit ähnlichem Temperaturausdehnungskoeffizienten, um Thermospannungen zu vermeiden.
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3 zeigt nochmals das Trägerelement 10 aus 2, jedoch mit zwei montierten Wellenträgern 9. An den in 3 im Vordergrund dargestellten Wellenträger 9 sind zwei Kulissen 4 für die Rollenelemente 3 von zwei Schwenkhebeln 2 angeordnet.
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4 zeigt nochmals das Trägerelement 10 aus 3, mit montierter Nockenwelle 6 mit Nocken 6' und montierter Exzenterwelle 8 mit Exzenter 8'. Ferner ist auch das Verstellelement 12 dargestellt. Die Nockenwelle 6 und die Exzenterwelle 8 sind jeweils mittels Lagerdeckel 9' und Montageelemente 15, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Schrauben, an die Wellenträger 9 montiert.
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Der erfindungsgemäße hubvariable Ventiltrieb 1 für einen Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine weist folgende Vorteile auf:
- 1. Er ermöglicht den kompaktesten hubvariablen Ventiltrieb 1 der bisher bekannt ist.
- 2. Er ermöglicht die Darstellung aller Zylinderkopftypen mit hubvariablen Ventiltrieben 1 auf Basis nur eines, immer des gleichen Einheitszylinderkopfes.
- 3. Im Fall eines symmetrischen Modulaufbaus auf Einlass- und Auslassseite ermöglicht er eine Brennkraftmaschine, unabhängig ob Reihenbrennkraftmaschine oder Brennkraftmaschine der V-Bauart, mit wechselweise wählbaren Nockenwellen-/Exzenterwellenzuordnungen, die konstruktive Freiheiten schaffen.
- 4. Er ermöglicht durch das alleinige Spiegeln der Lagerstelle (hier die Halbkugel des hydraulischen Ventilspielausgleichselementes) des direkten Ventilbetätigungselementes (hier ein Rollenschlepphebel) entweder einen relativ kleinen Ventilwinkel (im Bereich von ca. 10°), wenn das hydraulische Ventilspielausgleichselement außen liegend ist, oder im gespiegelten Fall einen relativ großen Ventilwinkel (im Bereich von ca. 20°), wenn das hydraulische Ventilspielausgleichselement innen liegend ist. D. h. er ermöglicht in Abhängigkeit der Lage des hydraulischen Ventilspielausgleichselementes entweder eine Verdoppelung oder eine Halbierung des Ventilwinkels, ohne die Kompaktheit des hubvariablen Ventiltriebes 1 zu verschlechtern.
- 5. Er ermöglicht in Bezug auf benachbarte Zylinder sowohl eine parallel verschobene als auch eine um die Zylinderzwischenebene gespiegelte Injektor-/Zündkerzenlängsanordnung.
- 6. Er ermöglicht das Gleichteileprinzip bezüglich fast aller Ventiltriebsbauteile für die Ein- und Auslassseite, wodurch die Entwicklungs- und Logistikaufwände deutlich minimiert werden.
- 7. Er ermöglicht eine Gewichtsreduzierung durch die konzeptbedingte bauliche Grundkompaktheit.
- 8. Der Schacht 13 kann entweder am Zylinderkopf 11 angegossen (einstückige Ausführung) oder als ein separates Bauteil ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hubvariabler Ventiltrieb
- 2
- Schwenkhebel
- 3
- Rollenelement
- 3'
- Schwingdrehpunkt
- 4
- Kulisse
- 4'
- Kulissenbahn
- 5
- Zwischenelement
- 6
- Nockenwelle
- 6'
- Nocken
- 7
- Feder
- 8
- Exzenterwelle
- 8'
- Exzenter
- 9
- Wellenträger
- 9'
- Lagerdeckel
- 10
- Trägerelement
- 11
- Zylinderkopf
- 12
- Verstellelement
- 13
- Schacht
- 14
- Ausklinkung
- 15
- Befestigungsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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