DE10235401A1

DE10235401A1 - Hubvariabler Ventiltrieb

Info

Publication number: DE10235401A1
Application number: DE10235401A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Dr. Klaus; Michael Allgeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Hubvariabler Ventiltrieb (2) für einen Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist, wobei an den Schwenkhebel (3) ein zweiter Schwenkhebel (3') ortfest angeordnet ist und mit diesem einen Doppelschwenkhebel (15) bildet. DOLLAR A Die vorgeschlagene Ausgestaltung des hubvariablen Ventiltriebs erlaubt eine kleine Bauweise und somit die Verwendung in kleinen Brennkraftmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft einen hubvariablen Ventiltrieb gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 23 186 aus. In dieser ist eine Ventiltriebsvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei der Ventiltriebsvorrichtung steht das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle in Wirkverbindung mit einer, eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels angeordnet ist. Der mittels einer Feder über eine Rolle dem Nocken spielfrei zugeordnete Schwenkhebel ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt. Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels um seinen Schwingdrehpunkt beim reduzierten Hub des Gaswechselventils ist eine, an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius „R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes zur gesteuerten lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels vorgesehen. Die Ventiltriebsvorrichtung sieht zur Betätigung eines jeden Gaswechselventils einen Schwenkhebel vor.

Nachteilig bei der beschriebenen Ventiltriebsvorrichtung ist der relativ große Bauraumbedarf in Richtung der Längsachse der Brennkraftmaschine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Ventiltriebsvorrichtung aufzuzeigen, die längs der Brennkraftmaschinenlängsachse kürzer baut.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können der Zylinder- bzw. der Ventilabstand reduziert werden, wodurch der erfindungsgemäß ausgestaltete hubvariable Ventiltrieb auch in kürzer bauenden, bzw. kleineren Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruchs 2 zeichnet sich vor altem durch eine einfache Herstellmethode aus. Der Doppelschwenkhebel kann entweder durch Gieß-, Sinter- oder Schmiedeverfahren hergestellt werden.

Bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 können einzelne Schwenkhebel im Gleichteileverfahren hergestellt werden. Diese werden anschließend nur durch ein weiteres Verbindungselement, was im einfachsten Fall eine Stange oder ein Rohr sein kann, miteinander verbunden. Die Verbindung kann form-, stoff- oder kraftschlüssig ausgestaltet werden.

Bei einer Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 4 und 5 ist der Doppelschwenkhebel über jeweils eine Punkt- bzw. Linienberührung einerseits auf zwei Zwischenelementen und andererseits an einer einzigen Verstelleinrichtung, bzw. gem. Patentanspruch 7, einer Kulisse abgestützt. Diese Dreipunktlagerung gewährleistet größte mechanische Stabilität bei gleichzeitiger statischer Bestimmtheit.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines hubvariablen Ventiltriebes,
2 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Doppelschwenkhebel.
In 1 und 2 gelten für dieselben Bauteile dieselben Bezugszeichen.
1 zeigt einen hubvariablen Ventiltrieb 2, der in einem ansatzweise dargestellten Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Der hubvariable Ventiltrieb 2 besteht im Wesentlichen aus einem Schwenkhebel 3 mit einem Rollenelement 4 und einem Schwingdrehpunkt 4', sowie einer Kulisse 5 mit einer Kulissenbahn 5', einem Zwischenelement 7, einem Gaswechselventil 8, einem Nocken 9 der auf einer Nockenwelle 9' angeordnet ist, sowie einer Feder 10 und einer Verstelleinrichtung 11. Die Kulisse 5 ist ortsfest an den Zylinderkopf 1 geschraubt. Der Schwenkhebel 3 stützt sich einerseits über das Rollenelement 4 auf der Kulissenbahn 5' der Kulisse 5 und andererseits mit der Steuerbahn 6, die aus einer Leerhubkurve 6' und einer Hubkurve 6" besteht, auf dem Zwischenelement 7 ab. Das Zwischenelement 7 ist ein Rollenschlepphebel, dessen Rolle um eine Drehachse 12 drehbar ist. Die Drehachse 12 ist gleichzeitig der Mittelpunkt der Kulissenbahn 5' in einer Nullhubstellung. Das Zwischenelement 7 stützt sich einerseits der Drehachse 12 auf einem Spielausgleichselement 14, hier einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement, und andererseits auf dem Gaswechselventil 8 ab. Zwischen der Steuerbahn 6 und dem ersten Rollenelement 4 ist an den Schwenkhebel 3 ein weiteres Rollenelement 13 angeordnet. Dieses steht in Wirkverbindung mit dem Nocken 9. Bei Drehung der Nockenwelle 9' schwenkt der Schwenkhebel 3 und drückt mit seiner Hubkurve 6" das Gaswechselventil in eine nicht näher dargestellte Öffnungsstellung. Das erste Rollenelement 4 ist neben der Abstützung auf der Kulissenbahn 5' weiter an einer Verstelleinrichtung 11 abgestützt, mit der der Schwingdrehpunkt 4' des ersten Rollenelements 4 parallel zur Kulissenbahn 5' verschoben werden kann. Eine derartige Verschiebung bewirkt die Veränderung des Ventilhubes.
2 zeigt die dreidimensionale Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Doppelschwenkhebel 15 sowie einen Ausschnitt des hubvariablen Ventiltriebes für einen Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Zur besseren Übersichtlichkeit ist die Feder 10 nicht dargestellt. Die nicht dargestellten Dreh-, bzw. Schwenkachsen von Nockenwelle 9', Doppelschwenkhebel 15 und Verstelleinrichtung 11 sind zueinander parallel und in Längsrichtung der Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgerichtet. Die Anordnung zeigt einen Doppelschwenkhebel 15, bestehend aus dem Schwenkhebel 3 und einem zweiten Schwenkhebel 3', die über ein Verbindungselement 16 miteinander verbunden sind. Radial am Außenumfang des Verbindungselementes 16 ist über die gesamte Breite des Doppelschwenkhebels 15 das erste Rollenelement 4 drehbar angeordnet. Der Doppelschwenkhebel 15 befindet sich zwischen der Nockenwelle 9' und der Verstelleinrichtung 11. Der Nocken 9 der Nockenwelle 9' steht mit dem Schwenkhebel 3 über ein nicht erkennbares zweites Rollenelement und der zweite Nocken 9a mit dem zweiten Schwenkhebel 3' über ein zweites Rollenelement 13 in Wirkverbindung. Ferner ist der Schwenkhebel 3 über das Rollenelement 4 sowie der zweite Schwenkhebel 3' ebenfalls über das zweite Rollenelement 4 an der Verstelleinrichtung 11 abgestützt. Senkrecht zu den Dreh-, bzw. Schwenkachsen erstreckt sich eine Lagerbrücke 17. Die Lagerbrücke 17 dient an einem Ende zur Lagerung der Verstelleinrichtung 11, am anderen Ende zur Lagerung der Nockenwelle 9' und dazwischen auf der, dem Doppelschwenkhebel 15 zugewandten Seite als Kulisse 5 mit der Kulissenbahn 5'. Die Funktionsweise des hubvariablen Ventiltriebs 2 wurde bereits in 1 näher erläutert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Doppelschwenkhebel 15 aus zwei separaten Schwenkhebeln, dem Schwenkhebel 3 und dem zweiten Schwenkhebel 3' zusammen mit einem Verbindungselement 16 aufgebaut. Der Schwenkhebel 3 und der zweite Schwenkhebel 3' sind kraftschlüssig, hier durch Aufschrumpfen mit dem Verbindungselement 16 verbunden. Jedoch können auch formschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Verzahnungen, oder stoffschlüssige Verbindungen, wie z. B. Löten, eingesetzt werden. Auch eine Relativbewegung der Schwenkhebel 3 und 3' zueinander wäre zulässig.
In weiteren Ausführungsvarianten kann der Doppelschwenkhebel 15 auch einstückig gefertigt sein. Dies kann beispielsweise mit Gieß-, Sinter- oder Schmiedeverfahren erreicht werden. Je nach der zu erwartenden mechanischen und thermischen Belastung des hubvariablen Ventiltriebs, können unterschiedliche Herstellverfahren für unterschiedliche Brennkraftmaschinen vorteilhafter sein.
Um eine ausgewogene Kraftverteilung zu gewährleisten, liegen sowohl der Schwenkhebel 3 als auch der zweite Schwenkhebel 3' jeweils separat auf einem Zwischenelement 7, einem Kipphebel, mit jeweils einem Spielausgleichselement 14 auf. Der Doppelschwenkhebel 15 ist über das erste Rollenelement 4 sowohl an der Kulissenbahn 5' als auch doppelt an der Verstelleinrichtung 11 abgestützt. In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der Doppelschwenkhebel 15 über das erste Rollenelement 4 an zwei Kulissenbahnen 5' und nur an einem Punkt mit der Verstelleinrichtung 11 abgestützt. Darüber hinaus können insbesondere die Lagerungen der einzelnen Bauteile für unterschiedliche Ausführungsvarianten stark variieren.
Sowohl die Verstelleinrichtung 11 als auch die Nockenwelle 9' erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Länge des Zylinderkopfes 1. In weiteren Ausführungsvarianten ist es auch denkbar, für jeden Zylinder eine eigene Verstelleinrichtung 11 vorzusehen, wodurch eine zylinderselektive Ventilhubsteuerung möglich ist.
Wie in 2 ersichtlich, ist die Kulisse 5 als Teil der Lagerbrücke 17 am Zylinderkopf 1 angeschraubt, sie kann jedoch auch in den Zylinderkopf eingegossen werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des hubvariablen Ventiltriebs 2 wird der Bauteilaufwand gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik wesentlich verringert, beispielsweise durch gemeinsame Lager- bzw. Axialführungen. Des weiteren ergeben sich günstige Montagebedingungen, wenn die Schwenkhebel 3, 3' auf einer gemeinsamen Achse gelagert werden.

1: Zylinderkopf
2: Hubvariabler Ventiltrieb
3: Schwenkhebel
3': Zweiter Schwenkhebel
4: Erstes Rollenelement
4': Schwingdrehpunkt
5: Kulisse
5': Kulissenbahn
6: Steuerbahn
6': Leerhubkurve
6": Hubkurve
7: Zwischenelement
8: Gaswechselventil
9: Nocken
9a: zweiter Nocken
9': Nockenwelle
10: Feder
11: Verstelleinrichtung
12: Drehachse
13: Zweites Rollenelement
14: Spielausgleichselement
15: Doppelschwenkhebel
16: Verbindungselement
17: Lagerbrücke

Claims

Hubvariabler Ventiltrieb (2) für einen Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') von zumindest einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schwenkhebel (3) ein zweiter Schwenkhebel (3') ortsfest angeordnet ist und mit diesem einen Doppelschwenkhebel (15) bildet.
Schwenkhebel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschwenkhebel (15) einstückig und materialeinheitlich ist.
Schwenkhebel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwenkhebel (3) mit dem zweiten Schwenkhebel (3') über ein Verbindungselement (16) verbunden ist.
Schwenkhebel nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschwenkhebel (15) auf zwei Zwischenelementen (7) abgestützt ist.
Schwenkhebel nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschwenkhebel (15) von einer einzigen Verstelleinrichtung (11) verschwenkbar ist.
Schwenkhebel nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine zumindest zwei Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder ein einziger Doppelschwenkhebel (15) zugeordnet ist.
Schwenkhebel nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Doppelschwenkhebel (15) zumindest eine einzige Kulisse (5) zugeordnet ist.