DE10228022A1

DE10228022A1 - Ventilhubvorrichtung zur Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10228022A1
Application number: DE10228022A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof. Flierl; Daniel Gollasch; Mark Andy Mohr
Original assignee: Individual
Current assignee: Kolbenschmidt Pierburg Innovations GmbH
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4366314B2; KR100949524B1; DE60308377T2; KR20050020829A; TW200409856A; DE60308377D1; CN100368659C; CN1659364A; US7418935B2; US20080295788A1; AU2003237968A1; US7814875B2; JP2005530092A; ATE339597T1; EP1520088B1; EP1520088A1; TWI279483B; WO2004001198A1; DE10228022B4; US20060201459A1

Abstract

Um eine Ventilhubvorrichtung zur Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der neben der Erreichung von höheren Drehzahlen auch eine vorteilhaftere Einregelung von kleinsten Ventilhüben im Leerlaufbereich einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine mit geringstem Aufwand erreicht werden soll, wird vorgeschlagen, dass der verschwenkbare Hebel ein Kipphebel (3) ist, der in einer Achse insbesondere drei gelagerte Rollen (9, 10, 11) aufweist, wobei der Kipphebel (3) mit einer äußeren Rolle (9) in einer gehäusefesten Kulisse (5) entlang einer Bahnkurve (13) und mit einer inneren Rolle (11) in einer Kulisse (7), die als Teilbereich eines Ventilbetätigungsmittels (2) ausgebildet ist, abrollt und wobei eine zwischen den beiden Rollen (9, 11) vorgesehene mittlere Rolle (10) sich an einer Verstelleiste (6) abwälzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilhubvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei dieser neuen Ventilhubvorrichtung zur variablen Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine werden die Gaswechselventile durch zusätzliche Kipphebel betätigt, die durch Verstellleisten positioniert und durch eine Nockenwelle in einer geteilten Kulisse bewegt werden. Ein Kipphebel rollt dabei mit einer gelagerten Rolle in einer gehäusefesten Kulisse und mit einer zweiten gelagerten Rolle in einer Kulisse, die als Teilbereich vorzugsweise eines Schlepphebels ausgebildet ist, ab. Zwischen den beiden Rollen ist eine weitere Rolle vorgesehen, die sich an der Verstellleiste abwälzt. Zur Einstellung des Ventilhubes wird die Verstellleiste in einer Führung entsprechend einer Drehmomentanforderung positioniert bzw. eingeregelt. Der Regelbereich wird dabei sowohl durch den erforderlichen Ventilhub der Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf, als auch durch den maximalen Ventilhub festgelegt.
Mit dieser neuen Ventilhubvorrichtung und dem Aufbau des Kipphebels sollen insbesondere höhere Drehzahlen erreicht werden. Die Anordnung von zwei Rollen in einem Kipphebel hat den Vorteil, dass das Massenträgheitsmoment weiter reduziert und zusätzlich die bewegte Masse des Schlepphebels gegenüber einem Schlepphebel mit nur einer Rolle vermindert wird. Die Maßnahme, dass die Fertigung des Kipphebels aus Aluminium vorgesehen ist, trägt nochmals zur Reduzierung der dynamischen Kräfte bei. Darüber hinaus können auch kleinste Ventilhübe im Leerlaufbereich einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine mit geringsten Unterschieden der einzelnen Zylinder eingeregelt werden, da die Kulisse im Schlepphebel integriert ist und in Bezug auf die Achse des hydraulischen Spielausgleichselementes genauestens bearbeitet werden kann.
Eine Vorrichtungen zur Hubverstellung eines Gaswechselventils im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, bei der ein gesteuert verstellbarer Schwenkhebel über eine eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassende Steuerbahn mittels eines Übtragungselementes auf ein Gaswechselventil einwirkt, ist aus der DE 199 13 742 A1 bekannt, wobei der Schwenkhebel in seinen von einem Nocken einer Nockenwelle und einer Rückstellfeder bewirkten Schwenkbewegungen mittels eines koaxial zur Drehachse einer eine Kurvenscheibe zur Hubverstellung tragenden Steuerwelle drehbeweglich gelagerten Anlenkhebels geführt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine vorstehend genannte Ventilhubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine neben der Erreichung von höheren Drehzahlen auch eine vorteilhaftere Einregelung von kleinsten Ventilhüben im Leerlaufbereich einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine mit geringstem Aufwand zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1, indem zur variablen Hubverstellung der Gaswechselventile der zur Betätigung der Gaswechselventile vorgesehene verschwenkbare Hebel ein Kipphebel ist, der in einer Achse drei gelagerte Rollen aufweist, wobei der Kipphebel mit einer äußeren Rolle in einer gehäusefesten Kulisse entlang einer Bahnkurve und mit einer inneren Rolle in einer Kulisse, die als Teilbereich eines vorzugsweise als Schlepphebel vorgesehenen Ventilbetätigungsmittels ausgebildet ist, abrollt und wobei sich eine zwischen den beiden Rollen vorgesehene mittlere Rolle an einer Verstellleiste abwälzt und wobei die mittlere Rolle unter Umständen auch vorteilhaft als starre Hebelkontur ausgebildet sein kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bestehen darin, dass die Kulisse als Teilbereich eines Kipphebels oder eines Tassenstößels vorgesehen ist.
Eine fertigungstechnisch günstige Ausgestaltung wird darin gesehen, dass die erfindungsgemäße technische Lösung nicht an die Verwendung eines Schlepphebels gebunden ist. Das Ventilbetätigungselement kann auch als Kipphebel z.B. drehbar gelagert auf einer Kipphebelachse oder als nicht drehbarer Tassenstößel, der in einer Führung bewegt wird, ausgebildet sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Kulisse bestehen darin, dass die Kulisse in mehrere Kurvensegmente oder Segmentflächen, beispielsweise einen Nullhubbereich und einen Hubbereich unterteilbar ist, die dann durch Übergangsradien miteinander verbunden sind.
Die Bahnkurve der gehäusefesten Kulisse, in der die äußere Rolle des Kipphebels bewegt wird, kann alternativ auch als ein Kreisbogen oder eine ebene Fläche ausgebildet sein.
Gemäß Anspruch 1, können bei einer Verbrennungskraftmaschine mit zwei Gaswechselventilen pro Zylinder die zwei äußeren Rollen entweder in zwei gehäusefesten Kulissen abrollen und die gemeinsame Rolle durch den Nocken der Nockenwelle angetrieben werden, oder die gemeinsame Rolle rollt in einer gehäusefesten Kulisse ab und die äußeren Rollen werden von der Nockenwelle angetrieben.
Für beide Gaswechselventile, beispielsweise dem Ein- und Auslassventil ist eine Anordnung mit zwei Kipphebeln auf der gemeinsamen Achse vorgesehen, um unterschiedliche Ventilhübe einzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung für ein Gaswechselventil;
2 das erste Ausführungsbeispiel für ein Gaswechselventil in Nullhubeinstellung;
3 das erste Ausführungsbeispiel für ein Gaswechselventil in Hubeinstellung;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung für zwei Gaswechselventile.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung für ein Gaswechselventil in Form eines Einlassventiles 1 eines Zylinders einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils 1 wird ein Kipphebel 3, der in einer Achse drei gelagerte Rollen, eine äußere Rolle 9, ein mittlere Rolle 10 und eine innere Rolle 11 aufweist, mittels einer Nockenwelle 4 über die äußere Rolle 9 angetrieben und bei einer Drehung der Nockenwelle 4 entlang einer Bahnkurve 13 bewegt. Die Bahnkurve 13 wird durch eine gehäusefeste Kulisse 5 bestimmt, wobei sich der Kipphebel 3 mit seiner inneren Rolle 11 in einer Kulisse 7 bewegt, die als Teilbereich eines Schlepphebels 2 ausgebildet ist. Dadurch, dass die Kulisse 7 im Schlepphebel 2 integriert ist und in Bezug auf die Achse des hydraulischen Spielausgleichselementes genaustens bearbeitet werden kann, können kleinste Ventilhübe im Leerlaufbereich einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine mit geringsten Unterschieden der einzelnen Zylinder eingeregelt werden.
Durch die Anordnung von zwei Rollen 9 und 11 im Kipphebel 3 wird das Massenträgheitsmoment weiter reduziert und die bewegte Masse des Schlepphebels 2 vermindert. Über die zwischen der äußeren Rollen 9 und der inneren Rolle 11 angeordnete mittlere Rolle 10 stützt sich der Kipphebel 3 an einer Verstellleiste 6 ab.
Zur Einstellung eines Ventilhubes 16 wird die Verstellleiste 6 in einer Führung entsprechend einer Drehmomentenanforderung positioniert. Sie kann dabei die Positionen 17, 18 entsprechend den 2 und 3 einnehmen. Die Position der Verstellleiste 6 bestimmt dabei den Kipppunkt des Kipphebels 3 und damit den Bereich der Kulisse 7, in dem die Rolle 11 rollt. Die Kulisse 7 ist in 2 wesentliche Bereiche aufgeteilt, den Nullhubbereich 7a (1) und den Hubbereich 7b. Die beiden Bereiche sind durch Übergangsradien oder durch Verbindungskurven bzw. Ebenen verbunden. Der Krümmungsradius der Übergangsebene muss größer als der Rollenradius der Rolle 11 sein und bestimmt die Höhe der Beschleunigungsrampe. Rollt die Rolle 11 bei einer Umdrehung der Nockenwelle 4 aufgrund der Position 16 der Verstellleiste 6 nur im Nullhubbereich 7a ab, so führt das Gaswechselventil 1 keinen Ventilhub aus (siehe 3). Wird die Verstellleiste 6 in die Position 17, eingeregelt, so überstreicht bei einer Umdrehung der Nockenwelle 4 die Rolle 11 den Hubbereich 7b der Kulisse 7 und das Gaswechselventil 1 führt einen Maximalhub 16 durch. Zwischen den Positionen 17 und 18, d.h. Nullhub bis Maximalhub der Verstellleiste 6 kann jede Position eingestellt werden. In den Zwischenposi tionen führt dann das Gaswechselventil 1 nur einen Teilhub aus. Der Kipphebel 3 wird bei den Hubbewegungen durch eine Feder 12 gegen die Nockenwelle 4 gedrückt.
Weitere Ausführungsformen bestehen darin, dass die Kulisse 7 als Teilbereich eines Kipphebels, oder eines Tassenstößels ausgebildet ist, da die erfindungsgemäße technische Lösung nicht an die Verwendung eines Schlepphebels gebunden ist. Das Ventilbetätigungselement kann auch als Kipphebel z.B. drehbar gelagert auf einer Kipphebelachse oder als nicht drehbarer Tassenstößel, der in einer Führung bewegt wird, ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform der Kulisse 7 besteht darin, dass die Kulisse 7 in mehrer Kurvensegmente- oder Segmentflächen unterteilt ist, die dann durch Übergangsradien miteinander verbunden sind.
Die Bahnkurve 13, in der der Kipphebel 3 mit der Rolle 9 in der Kulisse 5 bewegt wird, kann ebenfalls unterschiedliche Ausführungsformen enthalten, beispielsweise kann die Bahnkurve 13 durch einen Kreisbogen oder durch eine ebene Fläche gebildet werden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 4 , werden zwei Gaswechselventile 1a und 1b mittels zweier Kipphebel 3a und 3b betätigt, die auf einer Achse 15 angeordnet sind. Auf dieser Achse 15 ist in der Mitte zwischen den beiden Kipphebeln 3a, 3b eine gemeinsame Rolle 14 angeordnet, die entweder von der Nockenwelle 4 angetrieben wird (4) oder in einer gehäusefesten Kulisse 5 abrollt. Läuft die Rolle 14 in der gehäusefesten Kulisse 5, so werden die beiden äußeren Rollen 9a und 9b je von einer Nocke 4 angetrieben. Wird die Rolle 14 von der Nocke 4 angetrieben, so laufen die beiden äußeren Rollen 9a und 9b in den beiden maschinenfesten Kulissen 5a und 5b ab.

1: Gaswechselventil
1a: Gaswechselventil
1b: Gaswechselventil
2: Schlepphebel
3: Kipphebel
3a: Kipphebel
3b: Kipphebel
4: Nockenwelle
5: gehäusefeste Kulisse
5a: gehäusefeste Kulisse
5b: gehäusefeste Kulisse
6: Verstellleiste
7: Kulisse
7a: Nullhubbereich der Kulisse
7b: Hubbereich der Kulisse
8: Lagerbolzen
9: äußere Rolle
9a: äußere Rolle
9b: äußere Rolle
10: mittlere Rolle
11: innere Rolle
12: Feder
13: Bahnkurve
14: gemeinsame Rolle
15: Achse
16: Ventilhub
17: Position 1
18: Position 2

Claims

Ventilhubvorrichtung zur Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Anordnung oder zwei Anordnungen folgender Elemente: einen verschwenkbaren, der mittels einer Nockenwelle angetrieben und durch Verstellleisten positioniert wird, ein Ventilbetätigungsmittel und eine Feder, welche den verschwenkbaren Hebel gegen die Nocken der Nockenwelle drängt, dadurch gekennzeichnet, dass der verschwenkbare Hebel ein Kipphebel (3) ist, der in einer Achse insbesondere drei gelagerte Rollen (9, 10, 11) aufweist, wobei der Kipphebel (3) mit einer äußeren Rolle (9) in einer gehäusefesten Kulisse (5) entlang einer Bahnkurve (13) und miteiner inneren Rolle (11) in einer Kulisse (7), die als Teilbereich eines Ventilbetätigungsmittels (2) ausgebildet ist, abrollt und wobei eine zwischen den beiden Rollen (9, 11) vorgesehene mittlere Rolle (10) sich an einer Verstelleiste (6) abwälzt.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsmittel (2) ein Schlepphebel ist.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (7) als Teilbereich eines Kipphebels ausgebildet ist
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Kulisse (7) als Teilbereich eines Tassenstößels ausgebildet ist.
Ventilhubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (7) in mehrere Kurvensegmente- oder Segmentflächen unterteilt ist, die durch Übergangsradien mit einander verbunden sind.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsmittel (2) als ein drehbar auf einer Kipphebelachse gelagerter Kipphebel ausgebildet ist.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsmittel (2) als in einer Führung bewegter nicht drehbarer Tassenstößel ausgebildet ist.
Ventilhubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurve (13) der gehäusefesten Kulisse (5) als Kreisbogen ausgebildet ist.
Ventilhubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurve (13) der gehäusefesten Kulisse (5) als ebenen Fläche ausgebildet ist.
Ventilhubvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (3) aus Aluminium oder Titan oder auch aus einer Aluminium- bzw. Titanlegierung hergestellt wird.
Ventilhubvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rolle (10) eine starre Hebelkontur vorgesehen ist.
Ventilhubvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anordnungen vorgesehen sind, wobei für die beiden Kipphebel (3a, 3b) auf einer Achse (15) unterschiedliche Ventilhübe einstellbar sind.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Rollen (9a, 9b) in den gehäusefesten Kulissen (5a, 5b) abrollen und über eine gemeinsame Rolle (14) durch die Nockenwelle (4) antreibbar sind.
Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Rolle (14) auf einer gehäusefesten Kulisse (5) abroolt und die beiden äußeren Rollen (9a, 9b) von der Nockenwelle (4) antreibbar sind.