DE10261304B4 - Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung von Gaswechselventilen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem schwenkbaren Kipphebel (4), welcher an seinem einen Ende eine Rolle (5), die von einer Nockenwelle (3) angetrieben wird, und an seinem anderen Ende eine Kulissenrolle (6) aufweist, die entlang einer Arbeitskurve in einer Kulisse (7) bewegt wird, wobei die Kulisse (7) als Eingriffsfläche eines Schlepphebels (2) ausgebildet ist, wobei eine Drehachse (8) des Kipphebels (4) zwischen der Rolle (5) und der Kulissenrolle (6) vorgesehen ist und wobei die Drehachse (8) des Kipphebels (4) und eine Stehachse (9) des Schlepphebels (2) in einer Betriebsposition auf einer senkrechten Achse (10) angeordnet sind und wobei die Drehachse (8) zur Einstellung eines Ventilhubes in einer gehäusefesten Kulissenbahn (14) verschoben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Es ist bekannt, dass die Erzielung eines variablen Ventilhubes der Gaswechselventile von Verbrennungskraftmaschinen einen entscheidenden Einfluß auf das Betriebsverhalten und die Betriebswerte einer Verbrennungskraftmaschine hat. So ist aus der DE 42 23 172 C1 eine Vorrichtung bekannt, bei der zur Erzielung eines variablen Ventilhubes von einem Nocken einer Nockenwelle ein bewegter Schwinghebel in einem Langloch an einem gehäusefesten Bolzen geführt wird. Die Bewegung des Schwinghebels in dem Langloch ist dabei von der Stellung der Exenterwelle abhängig. Allgemein sind zur Erzielung einer variablen Ventilsteuerung unter anderem viergliedrige Ventilgetriebe bekannt, die eine kontinuierliche Veränderung des Ventilhubverlaufes im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen. Ein derartiger viergliedriger Ventiltrieb wird in der DE 38 33 540 C2 und der DE 43 22 449 A1 mittels einer Vorrichtung zur Betätigung der Ventile an Verbrennungsmotoren mit veränderlicher Ventilerhebungskurve beschrieben. Diese Vorrichtung besteht gemäß der DE 38 33 540 C2 aus einem Führungsglied, das gleichzeitig als Abtriebsglied wirkt, das die Bewegung eines Zwischengliedes auf das Ventil bzw. den Ventilschaft überträgt, wobei das Zwischenglied über ein Kurvengelenk am Gehäuse abgestützt ist und die am Zwischenglied angeordnete Kurve dieses Kurvengelenks einen eine Rast bildenden Abschnitt und einen Steuerabschnitt aufweist und die Lage der zu diesem Kurvengelenk gehörenden, am Gehäuse abgestützten Kurve oder die Lage des Drehgelenks des Nockens während des Betriebes verstellbar ist. Bei der Vorrichtung gemäß der DE 43 22 449 A1 wird dagegen das Zwischenglied zusätzlich noch über ein viertes Kurvengelenk abgestützt, um die Bewegungsbahnen des Zwischengliedes eindeutig festzulegen.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 3014005 beschreibt einen Ventilbetätigungsmechanismus, bei dem ein durch einen Nocken betätigter Kipphebel auf einen Schwenknocken zur Steuerung eines am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angebrachten Ventils einwirkt. Die Schwenkachse des Kipphebels kann exzentrisch zu einer Schwenklagerung versetzt werden. Die Schwenkachse des Kipphebels und eine Schwenkachse des Schwenknockens sind nicht auf einer senkrechten Achse angeordnet. Der deutschen Offenlegungsschrift DE 19509604 A1 kann ein Ventiltrieb mit zwei zusammenwirkenden Schwinghebeln entnommen werden. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10040544 A1 zeigt einen Ventiltrieb, bei dem ein Schlepphebel zur Steuerung eines Ventils durch einen von einem Nocken betätigten Schwinghebel betätigt wird. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 4336360 A1 zeigt einen Kipphebel zur gleichzeitigen Betätigung zweier Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere für höchste Drehzahlen zu schaffen, mit der die bei hohen Ventilbeschleunigungen und hohen Drehzahlen durch die Bewegung der Getriebeglieder der Ventilhubvorrichtung entstehenden hohen Massenkräfte und Massenmomente, die auf das Ventilgetriebe und die entsprechende Verstellmechanik wirken, zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilhubvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für hohe Drehzahlen werden die Gaswechselventile durch einen um eine Achse schwenkbaren Kipphebel betätigt, der an seinem einen Ende eine Rolle, die von einer Nockenwelle angetrieben wird und an seinem anderen Ende eine Kulissenrolle enthält, die entlang einer Arbeitskurve in einer Kulisse bewegt wird, wobei die Kulisse als Eingriffsfläche eines Ventilbetätigungsmittels in Form eines Schlepphebels ausgebildet ist.
  • Zur Einstellung eines Ventilhubes wird die Achse bzw. der Drehpunkt des Kipphebels in einer gehäusefesten Kulisse verschoben.
  • Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Drehpunkt des Kipphebels zwischen der Rolle und der Kulissenrolle, insbesondere mittig vorgesehen ist und der Drehpunkt des Kipphebels damit zwischen den beiden Rollen liegt, sind die Massen ausgeglichen und auf den Schlepphebel wirken nur geringe Massenkräfte und geringe Halte- und Verstellkräfte, da die Drehachse des Kipphebels und die Stehachse des Schlepphebels auf einer senkrechten Achse angeordnet sind. Das führt weiterhin dazu, dass die bewegten Massen, die auf den Ventilhub wirken, sehr gering sind und somit hohe Drehzahlen erreicht werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der neuen Ventilhubvorrichtung besteht darin, dass der als Ventilbetätigungsmittel ausgebildete Schlepphebel keine Rolle, sondern nur als Eingriffsfläche eine Kulisse mit einer Arbeitskurve aufweist, auf der der Kipphebel mit seiner Kulissenrolle abrollt und dadurch eine geringe Masse auf Aus- oder Einlassventil einwirken, da insbesondere für hohe Drehzahlen eine solche Rolle sich ungünstig auswirken kann. Außerdem liegt die Hauptmasse vom Schlepphebel auf der Stehachse und nimmt damit nicht an der Bewegung teil, so dass die auf das Gaswechselventil einwirkende Masse gering ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Ventilhubvorrichtung wird darin gesehen, dass sich die Ventilspieleinstellung durch eine leicht ansteigende Rampe an der Arbeitskurve der Kulisse ergibt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für einen Ventiltrieb mit mechanischem Spielausgleich wird darin gesehen, dass mindestens ein Einstellplättchen als Ventilspielausgleichselement zwischen dem Gaswechselventil und dem Schlepphebel vorgesehen ist, so dass ein geringer Massenanteil auf das Gaswechselventil wirkt.
  • An dem Gaswechselventil kann eine mechanische Ventilfeder oder für extrem hohe Drehzahlen eine pneumatische Ventilfeder oder eine pneumatische Feder in Verbindung mit einer mechanischen Ventilfeder eingesetzt werden.
  • Dadurch, dass die Kulissenrolle auf den Schlepphebel mit einer durch die Anordnung vorgegebenen Übersetzung zur Stehachse wirkt, kann bei einer kleinen Auslenkung der Kulissenrolle auf der Arbeitskurve der Kulisse, wobei die Arbeitskurve der Kulisse nahe der Stehachse des Schlepphebels vorgesehen ist, ein großer Ventilhub realisiert werden. Bei einem mehrzylindrigen Motor werden alle Kipphebel auf einer gemeinsamen Achse gelagert und zur Einstellung eines Ventilhubes wird die gemeinsame Achse in einer gehäusefesten Kulisse verschoben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
  • 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilhubvorrichtung für ein Gaswechselventil 1 in Form eines Ein- oder Auslassventils einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine. Die Verlagerung der gemeinsamen Achse erfolgt durch ein elektrisch oder hydraulisch betätigtes Stellglied. Bei der Ventilhubvorrichtung zur Verstellung des Gaswechselventils 1 ist ein als Kipphebel 4 ausgebildeter Zwischenhebel vorgesehen, der in einer Achse eine Rolle 5 und eine Kulissenrolle 6 aufweist. Mittels einer Nockenwelle 3 wird der Kipphebel 4 über die Rolle 5 angetrieben und bei einer Drehung der No ckenwelle 3 so bewegt, dass die Kulissenrolle 6 entlang einer Arbeitskurve in einer Kulisse 7 abrollt. Die Kulisse 7 ist dabei als Eingriffsfläche eines als Ventilbetätigungsmittels vorgesehenen Schlepphebels 2 ausgebildet. Der Drehpunkt 8 des Kipphebels 4 ist zwischen der Rolle 5 und der Kulissenrolle 6 so angeordnet, dass im Drehpunkt 8 des Kipphebels 4 die Massen ausgeglichen sind und geringe Halte- und Verstellkräfte auftreten, da die Stehachse 9 des Schlepphebels 2 und die Drehachse 8 des Kipphebels 4 auf einer senkrechten Achse 10 angeordnet sind. Das bedeutet, die bewegten Massen, die auf den Ventilhub wirken, sind gering und es können hohe Drehzahlen erhalten werden.
  • Die Ventilspieleinstellung der Ventilhubvorrichtung erfolgt durch eine leicht ansteigende Rampe 11 an der Arbeitskurve der Kulisse 7. Um einen variablen Ventilhub einzustellen, wird der Drehpunkt 8 des Kipphebels 4 in einer gehäusefesten Kulisse 14 durch einen Aktuator verschoben. Die Position des Drehpunktes 8 in der gehäusefesten Kulisse 14 wird durch einen nicht dargestellten Sensor erfasst.
  • Für einen Ventiltrieb mit einem mechanischen Spielausgleich ist mindestens ein als Ventilspielausgleichselement ausgebildetes Einstellplättchen 12 zwischen dem Gaswechselventil 1 und dem Schlepphebel 2 vorgesehen. Die Kulissenrolle 6 wirkt vorteilhaft auf den Schlepphebel 2 mit einer vorgegebenen Übersetzung zu der Stehachse 9 des Schlepphebels 2. Bei einer kleinen Auslenkung des Kipphebels 4 auf der Arbeitskurve der Kulisse 7 entsteht dann ein großer Ventilhub, wobei die Arbeitskurve der Kulisse 7 nahe der Stehachse 9 des Schlepphebels 2 vorgesehen ist. An dem Gaswechselventil 1 ist eine Ventilfeder 13 vorgesehen, die entweder als mechanische Ventilfeder ausgebildet ist oder für extrem hohe Drehzahlen als pneumatische Feder. Es kann auch eine pneumatische Ventilfeder zusammen mit einer mechanischen Ventilfeder vorgesehen sein.
    • 1
    Gaswechselventil
    2
    Schlepphebel
    3
    Nockenwelle
    4
    Kipphebel
    5
    Rolle
    6
    Kulissenrolle
    7
    Kulisse
    8
    Drehpunkt und Drehachse des Kipphebels 4
    9
    Stehachse des Schlepphebels 2
    10
    senkrechte Achse
    11
    Rampe
    12
    Einstellplättchen
    13
    Ventilfeder
    14
    gehäusefeste Kulisse
    15
    Feder

Claims (7)

  1. Ventilhubvorrichtung zur variablen Ventilsteuerung von Gaswechselventilen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem schwenkbaren Kipphebel (4), welcher an seinem einen Ende eine Rolle (5), die von einer Nockenwelle (3) angetrieben wird, und an seinem anderen Ende eine Kulissenrolle (6) aufweist, die entlang einer Arbeitskurve in einer Kulisse (7) bewegt wird, wobei die Kulisse (7) als Eingriffsfläche eines Schlepphebels (2) ausgebildet ist, wobei eine Drehachse (8) des Kipphebels (4) zwischen der Rolle (5) und der Kulissenrolle (6) vorgesehen ist und wobei die Drehachse (8) des Kipphebels (4) und eine Stehachse (9) des Schlepphebels (2) in einer Betriebsposition auf einer senkrechten Achse (10) angeordnet sind und wobei die Drehachse (8) zur Einstellung eines Ventilhubes in einer gehäusefesten Kulissenbahn (14) verschoben wird.
  2. Ventilhubvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Ventilspieleinstellung durch eine leicht ansteigende Rampe (11) an der Arbeitskurve der Kulisse (7) des Schlepphebels (2) festgelegt ist.
  3. Ventilhubvorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche 1 bis 2, bei welcher für einen Ventiltrieb mit einem mechanischen Spielausgleich mindestens ein Einstellplättchen (12) zwischen einem Gaswechselventil (1) und dem Schlepphebel (2) vorgesehen ist.
  4. Ventilhubvorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Kulissenrolle (6) auf den Schlepphebel (2) mit einer Übersetzung im Abstand zu der Stehachse (9) des Schlepphebels (2) wirkt.
  5. Ventilhubvorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Arbeitskurve der Kulisse (7) nahe der Stehachse (9) des Schlepphebels (2) vorgesehen ist, so dass bei einer kleinen Auslenkung des Kipphebels (4) auf der Arbeitskurve der Kulisse (7) ein großer Ventilhub entsteht.
  6. Ventilhubvorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Hauptmasse des Schlepphebels (2) auf der Stehachse (9) liegt.
  7. Ventilhubvorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche 1 bis 6, bei welcher bei einem mehrzylindrigen Motor alle Kipphebel (4) der Einlassventile auf einer gemeinsamen Drehachse (8) aufgereiht sind.
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