DE102014114396A1

DE102014114396A1 - Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb sowie mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung

Info

Publication number: DE102014114396A1
Application number: DE102014114396.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sadowski; Michael Breuer; Stefan Moormann; Karsten Grimm; Martin Lauterbach
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-04-07
Also published as: ES2642861T3; EP3006684A1; EP3006684B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mechanisch steuerbarer Ventiltrieb mit mindestens einem Gaswechselventil, auf das eine Übertragungsanordnung (32) mittels einer Stirnfläche angreift, wobei die Übertragungsanordnung (32) im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei die Übertragungsanordnung (32) mit einer Ventilhubverstelleinrichtung (66) und einer Nockenwelle (48) in Wirkverbindung steht, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung (66) ein drehbares Verstellorgan (50) mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, das auf die Übertragungsanordnung (32) entgegen einer Vorspannkraft eines Federorgans einwirkt, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung (66) einen Aktuator (78) aufweist, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe (106) mit dem Verstellorgan wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch steuerbaren Ventiltrieb mit einem Gaswechselventil, auf das eine Übertragungsanordnung mittels einer Stirnfläche angreift, wobei die Übertragungsanordnung im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei die Übertragungsanordnung mit einer Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle in Wirkverbindung steht, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung ein drehbares Verstellorgan mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, das auf die Übertragungsanordnung entgegen einer Vorspannkraft eines Federorgans einwirkt, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind. Desweiteren betrifft die Erfindung eine mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen, denen mindestens zwei in Reihe angeordneten Zylinder zugeordnet sind, wobei maximal zwei Gaswechselventilen eine Übertragungsanordnung zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei die Übertragungsanordnungen mit einer Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle in Wirkverbindung stehen, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung drehbare Verstellorgane mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, das auf die Übertragungsanordnung entgegen einer Vorspannkraft eines Federorgans einwirkt, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen, wie zum Beispiel Nullhub, Teilhub und Vollhub einstellbar sind.
Ventiltriebe sowie derartige Ventiltriebanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So offenbart beispielsweise die EP 638 706 A1 zur Steuerung bzw. Regelung des Ventilhubes eine in einem Zylinderkopf drehbar gelagerte Exzenterwelle, die auf die Übertragungsanordnung derartig einwirkt, dass auf einfache Weise Ventilhübe zwischen 0 und maximal eingestellt werden können. Durch diese Maßnahme kann der Verbrennungsprozess gut dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepasst werden. Darüber hinaus ist es aus der DE 10 2004 003 327 A1 bekannt, bei einer Ventiltriebanordnung Verstellorgane vorzusehen, die unabhängig voneinander verstellt werden können mit dem Ziel, einzelne Zylinder für bestimmte Betriebszustände still zu legen. Desweiteren ist aus der EP 1 760 278 A2 ein Ventiltrieb bekannt, der ein Exzenterorgan besitzt, das verschiedene Kurvenverläufe insbesondere für den Teilhub und den Vollhub, aufweist. Ein Nullhub-Kurvenverlauf wird durch das Verstellorgan dabei ebenfalls ermöglicht.
Diese bekannten Ventiltriebe/Ventiltriebanordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass eine Verstellung des Ventilhubes über die Exzenterorgankurve sehr genau erfolgen muss. Außerdem ist die Variabilität der Ventilhubeinstellungen bei den bekannten Ventiltriebanordnungen bei einer teilweisen Zylinderabschaltung sehr eingegrenzt, was wiederum zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit auch zu höheren Emissionswerten führt. Der gattungsgemäße Ventiltrieb bzw. die gattungsgemäße Ventiltriebanordnung gemäß der DE 10 2010 048 709 B4 sieht eine Lösung vor, bei der das Verstellorgan in Umfangsrichtung mindestens ein weiteres Exzenterorgan aufweist. Aber auch hiermit ist eine schnelle Verstellung bei einer Motordrehzahl von beispielsweise 3000/min innerhalb einer Grundkreisphase der Nockenwelle von maximalem Hub zu minimalem Hub nicht zu realisieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb bzw. eine Ventiltriebanordnung zu schaffen, der/die den o.g. Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ventilhubverstelleinrichtung einen Aktuator aufweist, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe mit dem Verstellorgan wirkverbunden ist. Auf diese Weise ist es zunächst möglich in der lastfreien Grundkreisphase das Gaswechselventil eines Ventiltriebs an zu steuern. Darüber hinaus wird eine kostengünstige Lösung geschaffen, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionswerte eines Verbrennungsmotors durch die Erhöhung der Variabilität eines Gaswechselventils zu senken.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch geschaffen, dass die Untersetzung zwischen 5/1 und 10/1 beträgt. Hierdurch kann ein kleiner kostengünstiger Aktuator mit geringen Massenträgheiten eingesetzt werden. Zudem wird hierdurch das Problem der Massenträgheiten noch weiter gemindert, da sich die Aktuatordrehzahl vermindern kann. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Zahnradgetriebe aus einem geradverzahnten Stirnradgetriebe und einem Schneckenradgetriebe aufgebaut ist, wobei eine Schneckenradwelle vorgesehen ist, deren Schraubengang mit dem zumindest teilweise als Schneckenrad ausgebildeten Verstellorgan in Eingriff steht. Durch diese Anordnung ist der Aktuator von den Axialkräften an der Zwischenwelle entkoppelt. In einer besonderen Ausführungsform ist die Schneckenradwelle oberhalb und unterhalb des Verstellorgans gelagert. Desweiteren kann in vorteilhafter Weise das Verstellorgan ein als Steuernocken ausgebildetes Exzenterorgan aufweisen.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung gelöst, bei der die Ventilhubverstelleinrichtung mindestens einen Aktuator aufweist, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe mittelbar oder unmittelbar mit dem Verstellorgan wirkverbunden ist. Durch eine derartige Anordnung wird eine äußerst kostengünstige und herstellungstechnisch einfach zu realisierende Möglichkeit der schnellen Ansteuerung bzw. Abschaltung geschaffen. Um eine schnelle Ventilhubverstellung von einzelnen Ventilen beziehungsweise Ansteuerung bis hin zur Abschaltung von einzelnen Zylindern einer Brennkraftmaschine in bestimmten Betriebszuständen zu realisieren, ist vorteilhafterweise jeweils zwei Übertragungsanordnungen ein Aktuator zugeordnet.
Wenn die Ventiltriebanordnung derart ausgeführt ist, dass die Untersetzung eines Untersetzungs-Zahnradgetriebes zwischen 5/1 und 10/1 beträgt, können sehr kleine Aktuatoren mit geringen Massenträgheiten eingesetzt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Untersetzungs-Zahnradgetriebe aus einem geradverzahnten Stirnradgetriebe und einem Schneckenradgetriebe aufgebaut ist, wobei eine Schneckenradwelle vorgesehen ist, deren Schraubengang über ein Schneckenrad mittelbar oder unmittelbar mit dem Verstellorgan in Eingriff steht. Dadurch, dass die Schneckenradwelle oberhalb und unterhalb des Verstellorgans über Lagermittel gelagert ist, wird die Biegesteifigkeit der Zwischenwelle erhöht und verhindert zusammen mit der Selbsthemmung des Schneckenradgetriebes ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Verstellorgans. Alternativ zur Selbsthemmung im Schneckenradgetriebe wäre auch eine aktive Blockade der Zwischenwelle, wie z.B. eine Einrasteinrichtung, denkbar. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verstellorgan ein als Steuernocken ausgebildetes Exzenterorgan auf.
Eine besonders vorteilhafte mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung wird darüber hinaus dadurch geschaffen, dass jede Übertragungsanordnung mindestens eine Schwenkhebelanordnung und mindestens einen Kipphebel aufweist, wobei ein Schwenkhebel der Schwenkhebelanordnung mit einer Stirnfläche an dem Gaswechselventil angreift und der Kipphebel in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle steht und über eine Arbeitskurve an dem Schwenkhebel angreift.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, hierin zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfinderischen Ventiltriebanordnung, und
2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventiltriebes mit einer Übertragungsanordnung.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventiltriebanordnung 10 eines 4-Zylinder-Reihenmotors mit einer Gaseinlassseite 12 und einer Gasauslassseite 14, die jeweils auf bekannte Weise einem nicht dargestellten Zylinder zugeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind Gaseinlass- und Gasauslassventile weggelassen worden. Bei der nachfolgenden Beschreibung soll sich doch auf eine Gaseinlassseite 12 beschränkt werden. Den nicht dargestellten Gaseinlassventilen sind auf bekannte Weise Schwenkhebelanordnungen 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 zugeordnet, wobei jeweils ein Schwenkhebelanordnung mit einem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht. Die Schwenkhebelanordnungen 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 sind Teil von acht Übertragungsanordnungen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, auf, denen jeweils eine Schwenkhebelanordnung 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 zugeordnet ist. Dabei sind die Übertragungsanordnungen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 auf bekannte Weise im Zylinderkopf mittels nicht weiter dargestellten Lagermitteln gelagert. Darüber hinaus stehen die Übertragungsanordnungen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 auf bekannte Weise mit einer Nockenwelle 48 in Wirkverbindung. Außerdem ist jede Übertragungsanordnung 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 durch Verstellorgane 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, die jeweils ein Exzenterorgan 51 aufweisen (siehe hierzu 2), einer Ventilhubverstelleinrichtung 66 derart ansteuerbar, dass ein geringerer, höherer Ventilhub oder gar eine Abschaltung der Gaseinlassventile einstellbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Exzenterorgan 51 eines jeden Verstellorganes 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 als Steuernocken ausgeführt, wobei jeweils zwei Verstellorgane 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64 auf einem Wellenabschnitt 68, 70, 72, 74 vorgesehen sind. Hierbei steht jeder Wellenabschnitt 68, 70, 72, 74 mit einem Aktuator 76, 78, 80, 82 in Wirkverbindung. Die Ventilhubverstelleinrichtung 66 besteht im vorliegendem Ausführungsbeispiel bezogen auf die Gaseinlassseite 12 also aus vier Aktuatoren 76, 78, 80, 82, vier Wellenabschnitten 68, 70, 72, 74 mit jeweils zwei Verstellorgane 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, wobei die Wellenabschnitte 68, 70, 72, 74, wie unter 2 erläutert, getriebetechnisch mit den Aktuatoren 76, 78, 80, 82 gekoppelt sind.
Im Detail weist eine Übertragungsanordnung 32 eine Schwenkhebelanordnung 16 mit einem Schwenkhebel 84 sowie einem Kipphebel 86 auf, wobei der Schwenkhebel 84 auf bekannte Weise mit einer Stirnfläche an einem Gaseinlassventil angreift und der Kipphebel 86 in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung 66 und der Nockenwelle 48 steht. Dabei greift das Verstellorgan 50 der Ventilhubverstelleinrichtung 66 entgegen einer Vorspannkraft einer nicht dargestellten Feder an einem Angriffsorgan 88 (beispielsweise eine Rolle) des Kipphebels 86 an. Der Kipphebel 86 greift mit einer nicht weiter dargestellten Arbeitskurve 90 (siehe hierzu 2) an dem Schwenkhebel 84 an. Auf der gegenüber gelegenen Seite sind Führungsrollen 92, 94 angeordnet, mit denen der Kipphebel 86 in zwei Kulissen 96, 98 geführt ist. In den Kulissen 96, 98 geführten Führungsrollen 92, 94 (siehe hierzu 2) sind wiederum auf einer Welle 100 gelagert, wobei zwischen den Führungsrollen 92, 94 noch eine Rolle 102 auf der Welle 100 angeordnet ist, die wiederum mit der Nockenwelle 48 in Wirkverbindung steht. Ein Nocken 104 der Nockenwelle 48 steht also mit zwei Übertragungsanordnungen in Wirkverbindung.
2 zeigt nun in einer Seitenansicht die Überragungsanordnung 32. Über die Arbeitskurve 90 des Kipphebels 86 erfolgt die Kraftübertragung auf die Schwenkhebelanordnung 16 aufgrund der Nockenwellendrehung der Nockenwelle 48. Hierzu greift ein Nocken 104 der Nockenwelle 48 auf die Rolle 102 an.
Um eine Ventilhubverstellung durch zu führen, ist der Aktuator 76 vorgesehen, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe 106 mit dem Wellenabschnitt 68 und damit mit dem Verstellorgan 50 wirkverbunden ist. Das Zahnradgetriebe 106 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem geradverzahnten Stirnradgetriebe 108 und einem Schneckenradgetriebe 110, wobei eine Schneckenradwelle 112 vorgesehen ist, deren Schraubengang über ein Schneckenrad 114 mittelbar über den Wellenabschnitt 68 mit dem Verstellorgan 50 in Eingriff steht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierdurch eine Untersetzung von 7:1 gewährleistet. Dadurch, dass die Schneckenradwelle 112 oberhalb und unterhalb des Verstellorgans 50 über Lagermittel 116, 118 gelagert ist, wird die Biegesteifigkeit erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 638706 A1 [0002]
DE 102004003327 A1 [0002]
EP 1760278 A2 [0002]
DE 102010048709 B4 [0003]

Claims

Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb mit mindestens einem Gaswechselventil, auf das eine Übertragungsanordnung (32) mittels einer Stirnfläche angreift, wobei die Übertragungsanordnung (32) im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei die Übertragungsanordnung (32) mit einer Ventilhubverstelleinrichtung (66) und einer Nockenwelle (48) in Wirkverbindung steht, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung (66) ein drehbares Verstellorgan (50) mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, das auf die Übertragungsanordnung (32) entgegen einer Vorspannkraft eines Federorgans einwirkt, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhubverstelleinrichtung (66) einen Aktuator (78) aufweist, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe (106) mit dem Verstellorgan wirkverbunden ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzung zwischen 5/1 und 10/1 beträgt.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradgetriebe (106) aus einem geradverzahnten Stirnradgetriebe (108) und einem Schneckenradgetriebe (110) aufgebaut ist, wobei eine Schneckenradwelle (112) vorgesehen ist, deren Schraubengang über ein Schneckenrad (114) mittelbar oder unmittelbar mit dem Verstellorgan (50) in Eingriff steht.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenradwelle (112) oberhalb und unterhalb des Verstellorgans (50) über Lagermittel (116, 118) gelagert ist.
Mechanisch steuerbarer Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellorgan (50) ein als Steuernocken ausgebildetes Exzenterorgan (51) aufweist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen, denen mindestens zwei in Reihe angeordneten Zylinder zugeordnet sind, wobei maximal zwei Gaswechselventilen eine Übertragungsanordnung (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei die Übertragungsanordnungen (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) mit einer Ventilhubverstelleinrichtung (66) und einer Nockenwelle (48) in Wirkverbindung stehen, wobei die Ventilhubverstelleinrichtung (66) drehbare Verstellorgan (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64) mit mindestens einem Exzenterorgan () aufweist, das auf die Übertragungsanordnung (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) entgegen einer Vorspannkraft eines Federorgans einwirkt, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhubverstelleinrichtung (66) mindestens einen Aktuator (76, 78, 80, 82) aufweist, der über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe (106) mittelbar oder unmittelbar mit dem Verstellorgan (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64) wirkverbunden ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Übertragungsanordnungen (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) ein Aktuator (76, 78, 80, 82) zugeordnet ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersetzung eines jeden Untersetzungs-Zahnradgetriebes (106) zwischen 5/1 und 10/1 beträgt.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungs-Zahnradgetriebe (108) aus einem geradgezahnten Stirnradgetriebe (106) und einem Schneckenradgetriebe (110) aufgebaut ist, wobei eine Schneckenradwelle (112) vorgesehen ist, deren Schraubengang über ein Schneckenrad (114) mittelbar oder unmittelbar mit dem Verstellorgan (50) in Eingriff steht.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die Schneckenradwelle (112) oberhalb und unterhalb des Verstellorgans (50) über Lagermittel (116, 118) gelagert ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellorgan (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64) ein als Steuernocken ausgebildetes Exzenterorgan (51) aufweist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Übertragungsanordnung (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46) mindestens eine Schwenkhebelanordnung (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) und mindestens einen Kipphebel (86) aufweist, wobei ein Schwenkhebel (84) der Schwenkhebelanordnung (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) mit einer Stirnfläche an dem Gaswechselventil angreift und der Kipphebel (86) in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung (66) und einer Nockenwelle (48) steht und über eine Arbeitskurve (90) an dem Schwenkhebel (84) angreift.