DE10226300A1

DE10226300A1 - Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10226300A1
Application number: DE2002126300
Authority: DE
Inventors: Andreas Werler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: DE10226300B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren folgender Bauart, DOLLAR A - eine Nockenwelle (1) ist im Zylinderkopf (ZK) drehbar gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen (2) und deren zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) auf, DOLLAR A - in einem Zylinderkopf (ZK) angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen (2) ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung (3), vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement (31) versehen, zugeordnet, DOLLAR A - ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) ist im Zylinderkopf (ZK) ortsfest geführt und um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse (A4) schwenkbar angeordnet und weist eine sich am Umfang nacheinander erstreckende Stütz- (41) und Steuerkurve (42) auf, DOLLAR A - ein Zwischenglied (5) ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element (4) mit einer sich U-förmig öffnenden Innenkontur (51) beidseitig der Schwenkachse (A4) auf dem Außenkontur der Stütz- (41) und Steuerkurve (42) kraftschlüssig abgestützt, dabei relativ verlagerbar geführt und steht mit einem Nocken (11) der ortsfest im Zylinderkopf (ZK) gelagerten Nockenwelle (1) sowie der dem Ventil (2) zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, bei derartigen Einrichtungen zur variablen Betätigung von Ventilen günstige kinematische Verhältnisse und verminderte mechanische Beanspruchungen des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

In der unveröffentlichten Anmeldung DE 100 61 618.6 ist eine gattungsgemäße Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken mit folgender Bauart beschrieben.

Eine im Zylinderkopf drehbar gelagerte Nockenwelle weist eine feste Lage zu Ventilen und deren zugeordneten Hubübertragungsanordnung in Form von Schwenkhebeln auf, die vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement auf die mittels Federkraft schließenden Ventile wirken.

Ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element ist um eine ortsfest im Zylinderkopf positionierte Achse schwenkbar gelagert angeordnet und weist je eine sich am Umfang nacheinander angeordnet erstreckende Stütz- und Steuerkurve auf. Ein Zwischenglied ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element kraftschlüssig, während der Hubbewegung gleitend, abgestützt. Es steht mit seiner U-förmig öffnenden Innenkontur beidseitig auf der Außenkontur der Stütz- bzw. Steuerkurve im Eingriff, ist damit schwenkbar geführt und steht zusätzlich mit dem Nocken sowie der dem Ventil zugeordneten Hubübertragungsanordnung im Eingriff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen der gattungsgemäßen Art zu verbessern, um günstige kinematische Verhältnisse und verminderte mechanische Beanspruchungen des Zwischengliedes zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Gestaltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches erreicht.

Dadurch, dass die Steuerkurve auf jener, der Hubübertragungsanordnung zugekehrten Seite bei einer Stellung für Null- oder geringen Hub zu dieser parallel oder wenig geneigt verlaufend angeordnet ist, ergibt sich prinzipiell eine geringe Belastung des Zwischengliedes durch die Kräfte für das Betätigen des Ventils.

Besonders günstige Verhältnisse werden dann gewährleistet, wenn im Bewegungsbereich hoher Ventilbetätigungskräfte die Eingriffslinien zwischen Steuerkurve und Zwischenglied sowie Hubübertragungsanordnung und Zwischenglied in einem Bereich verlaufen, der sich um die Verbindungsgerade zwischen der Drehachse des veränderlichen Elements und der Eingriffslinie zwischen Hubübertragungsanordnung und Zwischenglied erstreckt.

Vorteilhaft ist es, wenn der Eingriff des Zwischengliedes am Nocken in einer solchen Anordnung erfolgt, dass das Zwischenglied während des Öffnungshubes durch die sich gegenüberliegenden Eingriffsbereiche an der Steuerkurve und der Hubübertragungsanordnung gezogen wird. Dies ergibt eine kinematisch und für die mechanische Beanspruchung des Zwischengliedes günstige Ausführung.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, insbesondere zum Verringern von Reibverlusten, genannt, die in der Beschreibung im Zusammenhang erläutert werden.

Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend schematisiert dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb mit einem Schwenkhebel in der Hubübertragungsanordnung und mit dem veränderlichen Element im Gleiteingriff stehenden Zwischenglied,
2 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb der vorgenannten Art, jedoch mit einem mit dem veränderlichen Element im Wälzeingriff stehenden Zwischenglied.

In 1 ist eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren dargestellt. Eine von der Kurbelwelle ggf. über eine Winkelverstelleinrichtung angetriebene Nockenwelle 1 ist im Zylinderkopf ZK drehbar mit fester Achslage gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen 2 und deren zugeordneter Hubübertragungsanordnung 3 auf. Den im Zylinderkopf ZK angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen 2 ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung 3, vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement 31 zugeordnet.
Ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element 4 ist im Zylinderkopf ZK ortfest, jedoch um die fest positionierte Schwenkachse A4 schwenkbar angeordnet. Ein Zwischenglied 5 ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element 4 abgestützt und wird dabei von diesem schwenkbar geführt.
Es steht mit einem Nocken 11, der im Zylinderkopf ZK gelagerten Nockenwelle 1 und außerdem über seine Außenkontur mit der dem Ventil 2 zugeordneten Hubübertragungsanordnung 3, in diesem Falle einem Schwenkhebel 31, über seine Außenkurve 52 im Eingriff.
Das in seiner Stellung veränderliche Element 4 weist eine sich am Umfang nacheinander erstreckende Stütz- 41 und Steuerkurve 42 auf. Auf diesen Kurven stützt sich das Zwischenglied 5 mit seiner sich U-förmig öffnenden Innenkontur 51 beidseitig der Schwenkachse A4 kraftschlüssig ab und gleitet während der Hubbewegung auf diesen. Dies ergibt eine prismatische Abstützung für alle möglichen Lagen bzw. Stellungen des Zwischengliedes 5.
Die Steuerkurve 42 am veränderlichen Element 4 ist auf der der Hubübertragungsanordnung 3 zugekehrten Seite bei einer Stellung für Null- oder geringen Hub zu dieser parallel oder wenig geneigt verlaufend angeordnet, danach folgt die beim größten Hub wirksame Kontur.
Dabei sollten vorteilhaft im Bewegungsbereich hoher Ventilbetätigungskräfte die Eingriffslinien zwischen Steuerkurve 42 und Zwischenglied 5 sowie Hubübertragungsanordnung 3 und Zwischenglied 5 in einem Bereich verlaufen, der sich um die Verbindungsgerade zwischen der Drehachse des veränderlichen Elementes 4 und der Eingriffslinie zwischen Hubübertragungsanordnung 3 und Zwischenglied 5 erstreckt.
Für eine günstige mechanische Belastung des Zwischengliedes 3 sollte der Eingriff des Zwischengliedes 5 am Nocken 11 in einer solchen Anordnung erfolgen, dass das Zwischenglied 5 während des Öffnungshubes durch die sich gegenüberliegenden Eingriffsbereiche an der Steuerkurve 42 und der Hubübertragungsanordnung 3 gezogen wird.
Vorteilhaft sollte beim Zustand – geschlossenes Ventil – die Eingriffslinie zwischen Hubübertragungsanordnung 3 und Zwischenglied 5 zwischen den Eingriffslinien des Zwischengliedes 5 am veränderlichen Element 4 verlaufen. Bei solcher Gestaltung leitet Spielausgleichselement 31 über die Hubübertragungsanordnung 3 eine Kraft und damit ein Moment in das Zwischenglied 5 ein, welches eine Anlage des Zwischengliedes 5 am veränderlichen Element 4 gewährleistet.
Das Zwischenglied 5 steht zusätzlich unter der Wirkung einer Federkraft F, deren Wirkrichtung das Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 und dem veränderlichen Element 4 im Eingriff hält.
Dies ist in 2 beispielhaft dargestellt. Am Zwischenglied 5 greift ein Kraftarm einer Feder 56 an, die als gewundene Biegefeder ausgeführt ist und vorzugsweise um die Schwenkachse (A4) erstreckend angeordnet ist. Sie stützt sich gegen den Zylinderkopf direkt oder mittelbar ab.
Vorteilhaft ist am Zwischenglied 5 für den jeweiligen Eingriff am Nocken 11 und an der Steuerkurve 42 je eine drehbar gelagerte Rolle 53; 54 angeordnet, wie dies in 2 dargestellt ist. Mit einer solchen Ausführung und ergänzt mit einer Rolle 33 an der Hubübertragungsanordnung 3, die mit dem Zwischenglied 5 im Eingriff steht, kann eine wesentliche Minderung von Reibungsverlusten erzielt werden.
Aufgrund der verhältnismäßig geringeren Kräfte gegenüber den vorgenannten Eingriffsbereichen kann das Zwischenglied 5 mit der Stützkurve 41 im Gleiteingriff stehen. Hierzu sollte diesem Eingriffsbereich eine Schmiereinrichtung S zugeordnet sein. Eine solche Gestaltung ist konstruktiv einfach und schränkt zu bewegende Massen im kinematischen System ein.
Ebenso ist es möglich, eine weitere Rolle 55 am Zwischenglied 5 anzuordnen, welche mit der Außenkontur der Stützkurve 41 im Eingriff steht. Dies vermindert zwar Reibverluste, jedoch erhöht es die Masse und begrenzt die Größe des realisierbaren Radius für die Krümmung der Eingriffsfläche am Zwischenglied 5.
Die Außenkontur der Stützkurve 41 des in seiner Stellung veränderlichen Elementes 4 ist in einem Bereich, der sich während des Durchlaufes des Grundkreises am Nocken 11 im Eingriff befindet, durch einen Kreisbogen um die Drehachse A4 gebildet. Ergänzend kann der Kreisbogen im Bereich des Hubes in eine ansteigende Kontur übergehen. Diese ansteigende Kontur 41A beeinflusst zusammen mit der Steuerkurve 42 die Bewegung des Zwischengliedes 5 zum Erzeugen des Hubes vom Ventil 2.
In vorteilhafter und stabiler Weise kann das veränderliche Element 4 mit einem Kreissegment 40 im Zylinderkopf (ZK) gelagert sein, welches gegenüber dem Bereich des Eingriffs des Zwischengliedes 5 an der Steuerkurve (42) angeordnet ist.

1: Nockenwelle
11: Nocken
2: Ventil
3: Hubübertragungsanordnung
31: Spielausgleichselement
32: Rollenhebel
33: Rolle
4: Element, in seiner Stellung veränderlich, schwenkbar
40: Kreissegment
41: Stützkurve
42: Steuerkurve
5: Zwischenglied
51: Innenkontur
52: Außenkontur
53: Rolle
54: Rolle
55: Rolle
56: Feder
41A: ansteigende Kontur bei 41
A4: Schwenkachse von 4
ZK: Zylinderkopf
F: Federkraft, die an 5 angreift und gegen 3; 4 und 11 anlegt

Claims

Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren folgender Bauart, – eine Nockenwelle (1) ist im Zylinderkopf (ZK) drehbar gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen (2) und deren zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) auf, – in einem Zylinderkopf (ZK) angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen (2) ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung (3), vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement (31) versehen, zugeordnet, – ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) ist im Zylinderkopf (ZK) ortfest geführt und um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse (A4) schwenkbar angeordnet und weist eine sich am Umfang nacheinander erstreckende Stütz- (41) und Steuerkurve (42) auf, – ein Zwischenglied (5) ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element (4) mit einer sich U-förmig öffnenden Innenkontur (51) beidseitig der Schwenkachse (A4) auf der Außenkontur der Stütz- (41) und Steuerkurve (42) kraftschlüssig abgestützt, dabei relativ verlagerbar geführt, und steht mit einem Nocken (11) der ortsfest im Zylinderkopf (ZK) gelagerten Nockenwelle (1) sowie der dem Ventil (2) zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (42) auf jener der Hubübertragungsanordnung (3) zugekehrten Seite bei einer Stellung für Null- oder geringen Hub zu dieser parallel oder wenig geneigt verlaufend angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bewegungsbereich hoher Ventilbetätigungskräfte die Eingriffslinien zwischen Steuerkurve (42) und Zwischenglied (5) sowie Hubübertragungsanordnung (3) und Zwischenglied (5) in einem Bereich verlaufen, der sich um die Verbindungsgerade zwischen der Drehachse des veränderlichen Elementes (4) und der Eingriffslinie zwischen Hubübertragungsanordnung (3) und Zwischenglied (5) erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff des Zwischengliedes (5) am Nocken (11) in einer solchen Anordnung erfolgt, dass das Zwischenglied (5) während des Öffnungshubes durch die sich gegenüberliegenden Eingriffsbereiche an der Steuerkurve (42) und der Hubübertragungsanordnung (3) gezogen wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zustand – geschlossenes Ventil – die Eingriffslinie zwischen Hubübertragungsanordnung (3) und Zwischenglied (5) zwischen den Eingriffslinien des Zwischengliedes (5) am veränderlichen Element (4) verläuft.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zwischenglied (5) eine gegen den Zylinderkopf mittelbar oder direkt abgestützte Feder (56) angreift, deren Kraft (F) das Zwischenglied (5) mit dem Nocken (11) im Eingriff hält.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Zwischenglied (5) ein Kraftarm einer Feder (56) angreift, die als gewundene Biegefeder ausgeführt und um die Schwenkachse (A4) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied (5) für den jeweiligen Eingriff am Nocken (11) und an der Steuerkurve (42) jeweils eine drehbar gelagerte Rolle (53; 55) aufweist sowie an der Stützkurve (41) im Gleiteingriff abgestützt ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rolle (33) an der Hubübertragungsanordnung (3) mit dem Zwischenglied (5) im Eingriff steht.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Stützkurve (41) des in seiner Stellung veränderlichen Elementes (4) in einem Bereich, der sich in während des Durchlaufes des Grundkreises am Nocken (11) im Eingriff befindet, durch einem Kreisbogen um die Drehachse (A4) gebildet ist und im Bereich des Hubes in eine ansteigende Kontur (41A) übergeht.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bereich des Gleiteingriffs des Zwischengliedes (5) an der Stützkurve (41) eine Schmiereinrichtung (S) zugeordnet ist.
Einrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das veränderliche Element (4) mit einem gegenüber dem Bereich des Eingriffs des Zwischengliedes (5) an der Steuerkurve (42) angeordneten Kreissegment (40) im Zylinderkopf (ZK) gelagert ist.