DE102014109573A1

DE102014109573A1 - Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102014109573A1
Application number: DE102014109573.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Breuer; Karsten Grimm; Stephan Schmitt; Sabine Siebrandt
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US10851683B2; WO2016005071A1; CN106489020A; EP3167168A1; US20170198614A1; CN106489020B; EP3167168B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mechanisch steuerbarer Ventiltrieb mit einem Gaswechselventil (4), wobei dem Gaswechselventil (4) eine Übertragungsanordnung (5) zugeordnet ist, wobei die Übertragungsanordnung (5) eine Zwischenhebelanordnung (6) und eine Schlepphebelanordnung (8) aufweist, wobei ein Zwischenhebel (12) der Zwischenhebelanordnung (6) eine Arbeitskurve (24) zur Wirkverbindung mit einem Schlepphebel (28) der Schlepphebelanordnung (8) aufweist, wobei der Zwischenhebel (12) ein erstes Rollenorgan (14) aufweist, das in Wirkverbindung mit einer Umfangskontur (16) einer Nockenwelle (18) steht und wobei der Zwischenhebel (12) ein zweites Rollenorgan (20) aufweist, das auf einer Achse (22) drehbar gelagert ist, derart, dass das zweite Rollenorgan (20) mit einer Ventilhubverstelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei Federmittel vorgesehen sind, die auf die Zwischenhebelanordnung (6) angreifen und wobei Führungsmittel für die Zwischenhebelanordnung vorgesehen sind, wobei die Führungsmittel (36) aus einer Kulisse (34) bestehen, auf die mindestens ein Führungsrollenorgan, das im Bereich des zweiten Rollenorgans (20) vorgesehen ist, angreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch steuerbarer Ventiltrieb mit einem Gaswechselventil, wobei dem Gaswechselventil eine Übertragungsanordnung zugeordnet ist, wobei die Übertragungsanordnung eine Zwischenhebelanordnung und eine Schlepphebelanordnung aufweist, wobei ein Zwischenhebel der Zwischenhebelanordnung eine Arbeitskurve zur Wirkverbindung mit einem Schlepphebel der Schlepphebelanordnung aufweist, wobei der Zwischenhebel ein erstes Rollenorgan aufweist, das in Wirkverbindung mit einer Umfangskontur einer Nockenwelle steht und wobei der Zwischenhebel ein zweites Rollenorgan aufweist, das auf einer Achse drehbar gelagert ist, derart, dass das zweite Rollenorgan mit einer Ventilhubverstelleinrichtung in Wirkverbindung steht, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei Federmittel vorgesehen sind, die auf die Zwischenhebelanordnung angreifen und wobei Führungsmittel für die Zwischenhebelanordnung vorgesehen sind.
Derartige mechanisch steuerbare Ventiltriebe sind hinlänglich bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2012 006 982 A1 einen mechanisch steuerbaren Ventiltrieb, bei dem im Bereich des ersten Rollenorgans, das mit der Nockenwelle zusammenwirkt, mindestens ein weiteres Rollenorgan vorgesehen ist, das eine Führung des Zwischenhebels in einer Kulisse bewirkt. Hierdurch erfolgt jedoch lediglich eine indirekte Kraftableitung der Gaswechselventilkräfte in Ventilachsrichtung, was zu Deformationen und Steifigkeitsverlusten der Achse führen kann, auf der das erste Rollenorgan und das Führungsrollenorgan gelagert sind. Zudem bedingt die direkte Nachbarschaft von dem sich schnell bewegenden Führungsrollenorgan und dem ersten Rollenorgan einen großen kinematischen Nachteil hinsichtlich Reibung und Schmierung, da das erste Rollenorgan wesentlich schneller dreht als das Führungsrollenorgan. Auch ist eine separate Übertragungsanordnung für ein einzelnes Gaswechselventil lediglich mit hohem konstruktiven Aufwand möglich. Darüber hinaus ist aus der DE 103 20 324 A1 ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt, bei dem eine Gleitstütze als Führungsmittel vorgesehen ist, die sich an der Ventilhubverstelleinrichtung abstützt. Auch diese Ausführungsform weist insbesondere Nachteile hinsichtlich der Reibung und dem Verschleiß der Ventilhubverstelleinrichtung auf. Auch ist diese Ausführungsform kompliziert im konstruktiven Aufbau.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen mechanisch steuerbaren Ventiltrieb bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Führungsmittel aus einer Kulisse bestehen, auf die mindestens ein Führungsrollenorgan, das im Bereich des zweiten Rollenorgans vorgesehen ist, angreift. Hierdurch ist eine direkte Ableitung der hohen Ventilkräfte in die Kulisse möglich, wodurch der Zwischenhebel wesentlich geringer belastet wird. Hierdurch kann wiederum der Zwischenhebel kompakter und leichter gestaltet werden. Durch eine derartige Anordnung wird zudem auch die Phasenlage der Ventilöffnung relativ zum Nocken- und damit zum Kurbelwinkel verändert. Dadurch kann ein Nockenwellensteller für die Nockenwelle mit verringertem Stellbereich eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Führungsrollenorgan das zweite Rollenorgan. Hierdurch wird eine gemeinsame stillstehende Kontaktrolle zur Führung in der Kulisse und zur Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung bereitgestellt, wodurch ein wesentlich geringerer Bauteileaufwand und konstruktiver Aufwand ermöglicht wird. Zudem findet eine verminderte Reibung durch integral geringere Abrollwege unter Last statt. Gleichzeitig wird auf diese Art und Weise die bewegte Masse der Zwischenhebelanordnung verringert. Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens ein separates Führungsrollenorgan auf der Achse des zweiten Rollenorgans gelagert ist.
In vorteilhafter Weise ist die Achse des zweiten Rollenorgans starr mit dem Zwischenhebel verbunden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Wirkkontur der Kulisse als Kreisbahn um den Mittelpunkt eines dritten Rollenorgans des Schlepphebels in Grundkreisanlage der Nockenwelle ausgebildet. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Arbeitskurve des Zwischenhebels im Wesentlichen aus zwei Teilbereichen besteht, einem ersten Teilbereich, der als Kreisbahn um den Mittelpunkt der Achse des zweiten Rollenorgans ausgebildet ist und einem zweiten Teilbereich, der als stetige Erhebungskurve ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weise bestehen die Federmittel aus einem Drehfederorgan, das mit einem ersten Ende an einem Zylindergehäuseteil anliegt und mit einem zweiten Ende auf ein Widerlager einwirkt, das starr mit dem Zwischenhebel verbunden ist, derart, dass eine Kraft in den Zwischenhebel eingeleitet ist, die sowohl die Führungsrolle an die Kulisse drückt, als auch die erste Rolle an die Nockenwelle drückt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen mechanisch steuerbaren Ventiltriebes.
Die grundsätzliche Wirkungsweise eines nachfolgend mechanischen Ventiltriebes ist hinlänglich unter dem Namen „UniValve” bekannt. Zur grundsätzlichen Funktionsweise eines derartigen Ventiltriebes wird auf die Patentanmeldungen DE 10 2004 003 327 A1 und DE 10 2012 006 982 A1 verwiesen.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen mechanisch steuerbaren Ventiltrieb 2 für ein angedeutetes Gaswechselventil 4 mit einer Übertragungsanordnung 5, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Zwischenhebelanordnung 6 und eine Schlepphebelanordnung 8 besitzt. Des Weiteren ist eine Ventilhubverstelleinrichtung 10 in Form einer mit einer Umfangskontur 9, die einen gegenüber einem Grundkreis 11 zurückversetzten exzentrischen Bereich aufweist, vorgesehen, die durch einen nicht dargestellten Aktuator angetrieben wird. Die Zwischenhebelanordnung 6 besitzt einen Zwischenhebel 12, der ein erstes Rollenorgan 14 aufweist, das in Wirkverbindung mit einer Umfangskontur 16 einer Nockenwelle 18 steht. Des Weiteren besitzt der Zwischenhebel 12 ein zweites Rollenorgan 20, das auf einer Achse 22 drehbar gelagert ist und mit der Ventilhubverstelleinrichtung 10 in Wirkverbindung steht, so dass auf bekannte Weise verschiedene Ventilhubpositionen des Gaswechselventils 4 einstellbar sind. Hierzu weist der Zwischenhebel 12 eine Arbeitskurve 24 auf, die auf bekannte Weise mit einem dritten Rollenorgan 26 eines Schlepphebels 28 der Schlepphebelanordnung 8 in Wirkverbindung steht. Die Arbeitskurve 24 des Zwischenhebels 12 weist hierbei im Wesentlichen zwei Teilbereiche 30, 32 auf. Der erste Teilbereich 30 ist hierbei wie dargestellt als Kreisbahn um den Mittelpunkt der Achse 22 des zweiten Rollenorgans 20 ausgebildet Der zweite Teilbereich 32 ist als stetige Erhebungskurve ausgebildet.
Um einen besonders kompakten und hinsichtlich der kinematischen Beziehungen optimalen Ventiltrieb 2 bereitzustellen, ist das zweite Rollenorgan 20 zusätzlich zu seiner Funktion als Angriffsfläche für die Ventilhubverstelleinrichtung 10 als Führungsrollenorgan ausgebildet, das zusammen mit einer Kulisse 34 als Führungsmittel 36 für den Zwischenhebel 12 dient. Es sollte deutlich sein, dass die Führungsmittel 36 auch als separate Führungsrollenorgane ausgebildet sein können, derart, dass auf der Achse 22 neben dem zweiten Rollenorgan 20 dann mindestens ein Führungsrollenorgan angeordnet ist, das auf die Kulisse 34 angreift. Die Achse 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel starr mit dem Zwischenhebel 12 verbunden, so dass dieser sehr verwindungssteif ausgeführt ist. Eine Wirkkontur 38 der Kulisse 32 ist in der Grundkreisanlage der Umfangskontur 16 der Nockenwelle 18 als Kreisbahn um den Mittelpunkt des dritten Rollenorgans 26 des Schlepphebels 28 der Schlepphebelanordnung 8 ausgebildet.
Des Weiteren ist ein Drehfederorgan 40 vorgesehen, das mit einem ersten Ende 42 in einem Zylindergehäuseteil 43 gelagert ist und mit einem zweiten Ende 44 auf ein Widerlager 46 angreift, das starr mit dem Zwischenhebel 12 verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Kraft in den Zwischenhebel 12 eingeleitet, die sowohl das Führungsrollenorgan 20 an die Kulisse 34 und die Ventilhubverstelleinrichtung 10 drückt, als auch die erste Rolle 14 an die Nockenwelle 18 drückt.
1 zeigt das Gaswechselventil 4 in einer geschlossenen Position, d. h., die Ventilhubverstelleinrichtung 10 liegt mit ihrem exzentrischen Bereich der Umfangskontur 9 an das zweite Rollenorgan 20 an. Die Nockenwelle 18 liegt mit dem Grundkreis 19 der Umfangskontur 16 am ersten Rollenorgan 14 an, was dazu führt, dass das Ventil geschlossen ist.
2 zeigt nun den mechanisch steuerbaren Ventiltrieb 2 aus 1 mit um 180° gedrehter Nockenwelle 18, so dass der exzentrische Bereich der Umfangskontur 16 in maximaler Position am ersten Rollenorgan 14 anliegt. Aufgrund der nicht veränderten Position der Ventilhubverstelleinrichtung 10 bleibt das Gaswechselventil 4 jedoch noch immer geschlossen. Lediglich der Bereich des Teilbereichs 30 der Arbeitskontur 24 hat sich gegenüber dem dritten Rollenorgan 26 verlagert.
3 zeigt nun den Ventiltrieb 2, bei dem die Ventilhubverstelleinrichtung 10 mit dem Grundkreis 11 der Umfangskontur 9 am zweiten Rollenorgan 20 anliegt und folglich das Rollenorgan 20 maximal nach rechts auslenkt. Dadurch, dass die Nockenwelle 18 hier lediglich mit dem Grundkreis 19 am ersten Rollenorgan 14 anliegt, ist das Gaswechselventil in dieser Position geschlossen.
4 stellt nun den Maximalhub des Gaswechselventils 4 dar, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung 10 mit dem Grundkreis 11 der Umfangskontur 9 am zweiten Rollenorgan 20 anliegt und die Nockenwelle 18 mit dem exzentrischen Bereich 16 am ersten Rollenorgan 14 anregt. Die Arbeitskontur 24 tritt nun mit dem äußersten Teilbereich 32 in Kontakt mit dem dritten Rollenorgan 26 und verursacht auf diese Weise den Maximalhub des Gaswechselventils 4.
Es sollte deutlich sein, dass zwischen den aufgezeigten Extrempositionen eine Vielzahl von Zwischenpositionen möglich sind, die eine Veränderung nicht nur des Ventilhubes und der Öffnungsdauer, sondern auch der Phasenlage der Ventilöffnung relativ zum Nocken- und damit zum Kurbelwinkel haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012006982 A1 [0002, 0009]
DE 10320324 A1 [0002]
DE 102004003327 A1 [0009]

Claims

Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb mit einem Gaswechselventil (4), wobei dem Gaswechselventil (4) eine Übertragungsanordnung (5) zugeordnet ist, wobei die Übertragungsanordnung (5) eine Zwischenhebelanordnung (6) und eine Schlepphebelanordnung (8) aufweist, wobei ein Zwischenhebel (12) der Zwischenhebelanordnung (6) eine Arbeitskurve (24) zur Wirkverbindung mit einem Schlepphebel (28) der Schlepphebelanordnung (8) aufweist, wobei der Zwischenhebel (12) ein erstes Rollenorgan (14) aufweist, das in Wirkverbindung mit einer Umfangskontur (16) einer Nockenwelle (18) steht und wobei der Zwischenhebel (12) ein zweites Rollenorgan (20) aufweist, das auf einer Achse (22) drehbar gelagert ist, derart, dass das zweite Rollenorgan (20) mit einer Ventilhubverstelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei Federmittel vorgesehen sind, die auf die Zwischenhebelanordnung (6) angreifen und wobei Führungsmittel für die Zwischenhebelanordnung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (36) aus einer Kulisse (34) bestehen, auf die mindestens ein Führungsrollenorgan, das im Bereich des zweiten Rollenorgans (20) vorgesehen ist, angreift.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrollenorgan das zweite Rollenorgan (20) ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein separates Führungsrollenorgan auf der Achse des zweiten Rollenorgans gelagert ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (22) des zweiten Rollenorgans (20) starr mit dem Zwischenhebel (12) verbunden ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkkontur (38) der Kulisse (34) als Kreisbahn um den Mittelpunkt eines dritten Rollenorgans (26) des Schlepphebels (28) in Grundkreisanlage der Nockenwelle (18) ausgebildet ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskurve (24) des Zwischenhebels (12) im Wesentlichen aus zwei Teilbereichen (30, 32) besteht, einem ersten Teilbereich (30), der als Kreisbahn um den Mittelpunkt der Achse (22) des zweiten Rollenorgans (20) ausgebildet ist und einem zweiten Teilbereich (32) der als stetige Erhebungskurve ausgebildet ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel aus einem Drehfederorgan (40) bestehen, das mit einem ersten Ende (42) an einem Zylindergehäuseteil (43) anliegt und mit einem zweiten Ende (44) auf ein Widerlager (46) einwirkt, das starr mit dem Zwischenhebel (12) verbunden ist, derart, dass eine Kraft in den Zwischenhebel eingeleitet ist, die sowohl die Führungsrollenorgan an die Kulisse (34) drückt, als auch die erste Rolle (14) an die Nockenwelle (18) drückt.