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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für wenigstens zwei Hubventile, aufweisend ein Nockenpaket mit wenigstens zwei Nocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen, wobei das Nockenpaket drehfest und axial verschiebbar an einer Nockenwelle anordenbar ist
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Ottomotoren werden dem Trend zum sogenannten „Downsizing“ folgend mit kleineren Bohrungen und reduziertem Hub ausgelegt. Das lässt weniger Platz für Variabilität im Ventiltrieb. Ein Ansatz für variable Ventiltriebe ist das von AUDI bekannte Schiebenockensystem. Dieses benötigt in axialer Richtung Platz für mindestens zwei Nocken pro Ventil. Zusätzlich ist Bauraum für die Verstellung der Nocken erforderlich. Das System gestattet beispielsweise bei einem Bohrungsdurchmesser von 82.5 mm zwei unterschiedliche Hubfunktionen.
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Die Darstellung von mehr als zwei Hubfunktionen oder die Kombination von zwei Hubfunktionen mit Wälzlagern für die Nockenwellen erfordert einen Zylindermittenabstand von > 80 mm. Untersuchungen zu Systemen mit 3 Nockenkonturen pro Ventil haben gezeigt, dass ein Bohrungsdurchmesser von > 80 mm erforderlich ist, um die von AUDI gewählte Anordnung für Nocken und Aktuatorik zu realisieren. Für diese Anordnung können jedoch keine Wälzlager im Bereich der Nockenwellen eingesetzt werden. Zudem ist eine deutliche Reduzierung der Nockenbreite erforderlich, die eine ebensolche Reduzierung der Breite der Rollen in den Rollenschlepphebeln bewirkt. Um zulässige Flächenpressungen an den Rollen einzuhalten ist eine Vergrößerung der Rollendurchmesser erforderlich.
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Die Aufgabe besteht darin, eine Ventilsteuerung zu finden, mit der mindestens zwei, bevorzugt aber drei oder mehr unterschiedliche Ventilhubkurven nebeneinander angeordnet werden können in Kombination mit kleinen Zylinder-Bohrungen, insbesondere kleinen Zylinder-Bohrungen von ca. 70–74 mm.
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Eine Unteraufgabe besteht darin, die mindestens zwei Hubfunktionen mit Wälzlagern zu kombinieren, insbesondere bei einem Zylinderabstand von ca. 76–80 mm. Eine weitere Unteraufgabe besteht darin, Rollendurchmesser und Breiten zu verwenden, die etwa den heute üblichen Abmessungen entsprechen.
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Die voranstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilsteuerung für wenigstens zwei Hubventile mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Ventilsteuerung für wenigstens zwei Hubventile, aufweisend ein Nockenpaket mit wenigstens zwei Nocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen, wobei das Nockenpaket drehfest und axial verschiebbar an einer Nockenwelle anordenbar ist, gelöst. Die Ventilsteuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gabelrollenschlepphebel vorgesehen ist, der zwischen dem Nockenpaket und den Hubventilen anordenbar und zur synchronen Betätigung der Hubventile ausgebildet ist, wobei der Gabelrollenschlepphebel eine Nockenrolle zum Eingriff an der Nockenkontur einer Nocke des Nockenpakets, ein Basisteil, an dem die Nockenrolle drehbeweglich gelagert ist, und zwei oder mehr an dem Basisteil angrenzende Gabelzinken aufweist, wobei jede Gabelzinke zur Betätigung eines Hubventils mit einem der Hubventile in Wirkverbindung bringbar ist.
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Durch eine derartig ausgebildete Ventilsteuerung können zwei, bevorzugt aber drei oder mehr unterschiedliche Ventilhubkurven in Kombination mit kleinen Zylinder-Bohrungen, insbesondere kleinen Zylinder-Bohrungen von ca. 70–74 mm, nebeneinander angeordnet werden. Das heißt, die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination einer Schiebenockenanordnung mit einem gabelförmig ausgeführten Rollenschlepphebel. Dieser Gabelrollenschlepphebel liegt auf den zumindest zwei Hubventilen auf. Betätigt eine der Nocken des Nockenpakets über die Nockenrolle des Gabelrollenschlepphebels den Gabelrollenschlepphebel, werden die Hubventile eines Zylinders synchron betätigt. Die Ventilsteuerung ermöglicht den Einsatz des Schiebenockens in Motoren mit kleiner Bohrung. Die Ventilsteuerung ermöglicht beispielsweise eine Kombination von drei Hubfunktionen mit Wälzlagern. Dies ist mit den bekannten Ventilsteuerungen aufgrund des beengten Bauraums in einem Zylinderkopfgehäuse und einem Nockenwellengehäuse nicht möglich.
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Der Gabelrollenschlepphebel ist zwischen dem Nockenpaket, das zwei, vorzugsweise drei oder mehr Nocken aufweist, und den mindestens zwei Hubventilen angeordnet. Der Gabelrollenschlepphebel weist eine Nockenrolle zum Eingriff an der Nockenkontur einer Nocke des Nockenpakets auf. Die Nockenrolle ist vorzugsweise über ein Rollenlager an dem Gabelrollenschlepphebel angeordnet. Aufgrund des begrenzten Bauraums ist die Verwendung von Nadellagern üblich und wird auch für diese Erfindung vorgeschlagen. Andere Lager sind jedoch denkbar, z.B. Kegelrollenlager, Tonnenrollenlager, Pendelrollenlager.
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Der Gabelrollenschlepphebel weist ferner ein Basisteil auf, an dem die Nockenrolle drehbeweglich gelagert ist. Üblich ist hier die Verwendung eines Hydraulikelements, um eine spielfreie Anordnung zu ermöglichen. An das Basisteil angrenzend sind zwei oder mehr Gabelzinken angeordnet, die zur Betätigung der Hubventile jeweils mit einem der Hubventile in Wirkverbindung bringbar sind. Dabei sind die Gabelzinken des Gabelrollenschlepphebels derart ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Bewegung des Gabelrollenschlepphebels aufgrund einer Drehung eines der Nocken die Hubventile synchron durch die Gabelzinken betätigt werden.
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Die Nockenkonturen der Nocken sind vorzugsweise derartig ausgebildet, dass jede Nocke bei einer Betätigung des Gabelrollenschlepphebels einen im Vergleich zu den weiteren Nocken anderen Hub der Hubventile bewirkt.
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Der Gabelrollenschlepphebel ist vorzugsweise aus einem formstabilen Blech ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Ventilsteuerung vorgesehen sein, dass das Nockenpaket zur axialen Verschiebung des Nockenpackets entlang der Längsachse der Nockenwelle wenigstens eine Führungskontur, insbesondere eine Führungsnut, aufweist. So kann beispielsweise durch ein Stellelement, insbesondere in Form eines Pins, welches an einem außen um das Nockenpaket angeordneten Führungselement angeordnet ist, durch Eingriff in eine Führungsnut in der Mantelfläche des Nockenpakets eine axiale Verschiebung des Nockenpaketes realisiert werden. Alternativ dazu kann an der Mantelfläche des Nockenpakets ein Stellelement, insbesondere in Form eines Pins, angeordnet sein, der in einer Führungsnut eines Führungselements verläuft.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung kann ferner vorgesehen sein, dass dieses ein Ventilspielausgleichelement, insbesondere ein hydraulisches Ventilspielausgleichelement, und dass der Gabelrollenschlepphebel einen Auflagebereich zur Auflage an dem Ventilspielausgleichelement aufweisen. Das Ventilspielausgleichelement dient zum Ventilspielausgleich und als Abstützung für den Gabelrollenschlepphebel. Die Führung des Gabelrollenschlepphebels am hydraulischen Ventilspielausgleichselement kann über eine Ausführung mit Kalotte und Pfanne realisiert werden.
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Eine erfindungsgemäße Ventilsteuerung kann ferner dahingehend ausgestaltet sein, dass an jeder Gabelzinke Führungselemente zum seitlichen Halten eines jeden Hubventils vorgesehen sind. Beispielsweise können an den freien Enden der Gabelzinken Laschen umgebördelt sein, die wie eine Nut über dem jeweiligen Hubventil liegen. Hierdurch sind die Gabelzinken und damit der Gabelrollenschlepphebel an den Hubventilen geführt und eine Verschwenkung des Gabelrollenschlepphebels kann unterbunden werden.
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Das Nockenpaket einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung ist vorzugsweise über Wälzlager an der Nockenwelle gelagert.
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Die Erfindung oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 in einer Draufsicht einen Gabelrollenschlepphebel einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,
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2 in einer Seitenansicht ein axial verschiebbares Nockenpaket einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,
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3 in einer Schnittdarstellung ein axial verschiebbares Nockenpaket einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,
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4 in einer Draufsicht eine Ventilsteuerung mit einem Gabelrollenschlepphebel und einem axial verschiebbarem Nockenpaket in einer ersten Stellung,
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5 in einer Draufsicht eine Ventilsteuerung mit einem Gabelrollenschlepphebel und einem axial verschiebbarem Nockenpaket in einer zweiten Stellung, und
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6 in einer Draufsicht eine Ventilsteuerung mit einem Gabelrollenschlepphebel und einem axial verschiebbarem Nockenpaket in einer dritten Stellung.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch in einer Draufsicht ein Gabelrollenschlepphebel 6 einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung 1 dargestellt. Die Ventilsteuerung 1 weist ein Nockenpaket 2 mit drei nebeneinander angeordneten Nocken 3, 4, 5 auf. Die Nocken 3, 4, 5 weisen unterschiedliche Nockenkonturen 13, 14, 15 auf. Die Ventilsteuerung 1 weist ferner einen Gabelrollenschlepphebel 6 auf, der zwischen dem Nockenpaket 2 und den Hubventilen 20, 21 anordenbar und zur synchronen Betätigung der Hubventile 20, 21 ausgebildet ist. Der Gabelrollenschlepphebel 6 weist eine Nockenrolle 7 auf, die in Wirkverbindung zu den Nocken 3, 4 5 des Nockenpakets 2 bringbar ist. Das heißt, die Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 kann je nach Stellung des Nockenpakets zu dem Gabelrollenschlepphebel 6 an einer Nockenkontur 13, 14, 15 eines der Nocken 3, 4, 5 entlanglaufen. Der Gabelrollenschlepphebel 6 weist neben der Nockenrolle 7 ein Basisteil 8 auf, das den Grundkörper des Gabelrollenschlepphebels 6 bildet. Der Gabelrollenschlepphebel 6 ist vorzugsweise ein Blechumformteil. Die Nockenrolle 7 ist über ein Lager, insbesondere ein Rollenlager, an dem Basisteil 8 drehbeweglich gelagert. Steht die Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 mit einem Nocken 3, 4, 5 in Wirkverbindung, rollt die Nockenrolle 7 an der Nockenkontur 13, 14, 15 des entsprechenden Nockens 3, 4, 5 entlang. Der beweglich gelagerte Gabelrollenschlepphebel 6 kann dabei, je nach Form des Nockens 3, 4, 5 beziehungsweise der Nockenkontur 13, 14, 15 verschwenkt werden, so dass die Schwenkbewegung auf die in Kontakt zu dem Gabelrollenschlepphebel 6 stehenden Hubventile 20, 21 übertragen wird. Der Gabelrollenschlepphebel 6 weist an dem Basisteil 8 angrenzende Gabelzinken 9, 10 auf, die an ihren Enden in Wirkkontakt zu Hubventilen 20, 21 stehen. Durch die spezielle Ausgestaltung der Gabelzinken 9, 10 des Gabelrollenschlepphebels 6 ist es möglich, dass durch das verschiebbare Nockenpaket 2 beide Hubventile 20, 21 synchron betätigt werden können, wobei der Hub der Hubventile 20, 21 durch die Nockenkontur 13, 14, 15 des in Eingriff mit der Nockenrolle 7 stehenden Nocken 3, 4, 5 bestimmt wird.
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Eine derartige Kombination eines axial entlang der Längsachse 31 einer Nockenwelle 30 verschiebbaren Nockenpakets 2 mit wenigstens zwei Nocken 3, 4, 5, vorzugsweise mit drei Nocken 3, 4, 5, die alle unterschiedliche Nockenkonturen 13, 14, 15 aufweisen, und einem Gabelrollenschlepphebel 6 mit zwei oder drei Gabelzinken 9, 10, wobei jeder Gabelzinke 9, 10 mit einem Hubventil 20, 21 derart in Wirkverbindung steht, dass durch eine Bewegung des Gabelrollenschlepphebels 6 aufgrund eines Abrollens der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 an einer Nockenkontur 13, 14, 15 einer der Nocken 3, 4, 5 ein synchroner Ventilhub der Hubventile 20, 21 realisiert werden kann, ermöglicht zwei oder mehr unterschiedliche Ventilhubkurven bei kleinen Zylinder-Bohrungen, insbesondere kleinen Zylinder-Bohrungen von ca. 70–74 mm, zu realisieren.
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Das heißt, die Ventilsteuerung 1 ermöglicht den Einsatz des verschiebbaren Nockenpaktes 2 in Motoren mit kleinen Zylinder-Bohrungen. Dies ist mit den bekannten Ventilsteuerungen aufgrund des beengten Bauraums in einem Zylinderkopfgehäuse und einem Nockenwellengehäuse bislang nicht möglich.
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In der 3 ist in einer Schnittdarstellung ein axial entlang der Längsachse 31 einer Nockenwelle 30 verschiebbares Nockenpaket 2 einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung 1 dargestellt. Die drei Nocken 3, 4, 5 weisen jeweils unterschiedliche Nockenkonturen 13, 14, 15 auf. Die Nockenkontur 13 des ersten Nockens 13 ist kreiszylinderförmig ausgestaltet, so dass bei Eingriff dieses Nockens 10 an der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 kein Verschwenken des Gabelrollenschlepphebels 6 erfolgt und entsprechend kein Ventilhub an den Hubventilen 20, 21, die mit den Gabelzinken 9, 10 des Gabelrollenschlepphebels 6 in Wirkkontakt stehen.
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Der zweite Nocken 4 und der dritte Nocken 5 weisen im Vergleich zu dem ersten Nocken 3 eine echte nockenförmige Gestalt auf. Hierdurch ist sichergestellt, dass beim Abrollen der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 an der Nockenkontur 14, 15 dieser Nocken 4, 5 ein Verschwenken des Gabelrollenschlepphebels 6 erfolgt und damit ein Ventilhub bei den Hubventilen 20, 21 realisiert wird. Dabei realisiert der dritte Nocken 5 einen Vollhub der Hubventile 20, 21, während der zweite, mittlere Nocken 4 einen Minihub der Hubventile 20, 21 realisiert.
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In den 4 bis 6 ist jeweils schematisch in einer Draufsicht eine Ventilsteuerung 1 mit einem Gabelrollenschlepphebel 6 und einem axial verschiebbarem Nockenpaket 2 dargestellt. In 4 befindet sich das Nockenpaket 2 in einer ersten Stellung, bei der der dritte, größte Nocken 5 in Kontakt zu der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 steht. In der 5 befindet sich der zweite, mittlere Nocken 4 in Eingriff mit der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6 und in 6 der erste, kleinste Nocken 5 in Eingriff mit der Nockenrolle 7 des Gabelrollenschlepphebels 6. Je nachdem, welcher der drei Nocken 3, 4, 5 in Kontakt zu der Nockenrolle des Gabelrollenschlepphebels 6 kann ein unterschiedlicher synchroner Ventilhub der zwei Hubventile 20, 21 realisiert werden.
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Das Nockenpaket 2 weist zur axialen Verschiebung des Nockenpackets 2 entlang der Längsachse 31 der Nockenwelle 30 zwei Führungskonturen 11, hier in Form von Führungsnuten, auf. So kann beispielsweise durch ein Stellelement, insbesondere in Form eines Pins, welches an einem außen um das Nockenpaket 2 angeordneten Führungselement angeordnet ist, durch Eingriff in die Führungsnuten 11 in der Mantelfläche des Nockenpakets 2 eine axiale Verschiebung des Nockenpaketes 2 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilsteuerung
- 2
- Nockenpaket
- 3
- Nocken
- 4
- Nocken
- 5
- Nocken
- 6
- Gabelrollenschlepphebel
- 7
- Nockenrolle
- 8
- Basisteil
- 9
- Gabelzinke
- 10
- Gabelzinke
- 11
- Führungskontur
- 12
- Ventilspielausgleichelement
- 20
- Hubventil
- 21
- Hubventil
- 30
- Nockenwelle
- 31
- Längsachse
