DE10357083A1

DE10357083A1 - Variabler Ventiltrieb

Info

Publication number: DE10357083A1
Application number: DE10357083A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Artmann (FH)
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-12-06
Filing date: 2003-12-06
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Vorgeschlagen ist ein variabler Ventiltrieb (1) mit einem Nocken (2) einer Primärnockenwelle (3), welcher Nocken (2) auf ein hebelartiges Ventilbetätigungsglied (5) einwirkt. Das Ventilbetätigungsglied (5) wirkt an einem Ende (6) auf ein Gaswechselventil (4) ein und stützt sich an seinem dem Ende (6) abgewandten Bereich (7) auf einem Hilfsnocken (10) einer Sekundärnockenwelle (11) ab. Der Hilfsnocken (10) ist erfindungsgemäß als Verstellmittel (9) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Ventilbetätigungsgliedes (5) ausgebildet. Er rotiert mit der Drehzahl der Primärnockenwelle (3) und hat eine Hochhubflanke (12), an welche sich in Drehrichtung ein Grundkreis (13) anschließt. Durch ein Verdrehen der Sekundärnockenwelle (11) in positive Richtung kann eine Hubabschneidung am Gaswechselventil (4) realisiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, der zwischen einem Nocken einer Primärnockenwelle und zumindest einem Gaswechselventil eingebaut ist, mit einem unmittelbaren, hebelartigen Ventilbetätigungsglied, das an einem Ende auf das Gaswechselventil einwirkt und an seinem diesen Ende abgewandten Bereich einen Schwenkpunkt hat, wobei ein Verstellmittel zur Beeinflussung der Hubfunktion des Ventilbetätigungsgliedes vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein gattungsgemäßer Ventiltrieb ist aus der DE 43 26 331 A1 bekannt. Zur Erzielung einer Variabilität ist zwischen dem Nocken der Primärnockenwelle und dem hebelartigen Ventilbetätigungsglied ein Zwischenhebel eingebaut. Dieser Zwischenhebel kommuniziert mit Exzentermitteln zur Hubbeeinflussung.

Nachteilig ist es bei dem vorbekannten Stand der Technik, dass relativ große bewegte Massen vorliegen und dass der Ventiltrieb kompliziert aufgebaut ist. Der Zwischenhebel lässt sich zudem schwierig herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die genannten Nachteile beseitigt sind.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verstellmittel als Hilfsnocken einer Sekundärnockenwelle ausgebildet ist, welche Sekundärnockenwelle mit der Drehzahl der Primärnockenwelle rotiert, wobei der Schwenkpunkt des Ventilbetätigungsgliedes auf dem Hilfsnocken geführt ist, welcher Hilfsnocken eine Hochhubflanke für einen Vollhub sowie zumindest einen sich in dessen Drehrichtung anschließenden Grundkreis für ein wahlweise früheres Schließen des Gaswechselventils aufweist, wobei die Sekundärnockenwelle mit Mitteln zur Phasenverstellung versehen ist, so dass durch eine Verstellung in positive Drehrichtung das frühere Schließen des Gaswechselventils bis hin zu dessen vollständigem 0-Hub schon bei Beginn eines Hubes des Nockens der Primärnockenwelle hergestellt ist.

Hierdurch liegt ein variabler Ventiltrieb vor, bei dem die eingangs zitierten Nachteile wirkungsvoll vermieden sind. Für einen Vollhub des Gaswechselventils arbeitet der Hilfsnocken sozusagen als normales Abstützelement. Je weiter die Sekundärnockenwelle durch die ihr zugewiesenen Mittel zur Phasenverstellung in Richtung „positiv" verdreht wird, umso eher erfolgt beim Betrieb eine Hubabschneidung bis hin zum 0-Hub. Ggf. kann auch, wenn z. B. die Verschleißproblematik bewältigt wird, eine Verstellung in negative Richtung erfol gen, so dass ein späteres Öffnen des entsprechenden Gaswechselventils hergestellt ist.

Entsprechende „Freiflugphasen" des Ventilbetätigungsgliedes gegenüber dem Hilfsnocken vor einem Aufsetzen der Hochhubflanke an einem entsprechenden Bauteil des Ventilbetätigungsgliedes wie einer Rolle werden in Kauf genommen.

Als hebelartiges Ventilbetätigungsglied kommt beispielsweise ein an sich bekannter Hebel wie ein Schwinghebel oder ähnliches in Betracht. Dieser kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Bereich seines weiteren Endes verlängert werden, so dass dort (Unterseite) eine einfache Anlagemöglichkeit für eine Lost-Motion-Feder geschaffen ist.

Als Mittel zur Verstellung der Sekundärnockenwelle mit dem Hilfsnocken sind an sich bekannte Versteller zur Verstellung von Primärnockenwellen vorgesehen, so beispielsweise Axial- oder Radialkolbenversteller bzw. elektrische Versteller. Diese können ggf. auch an der Primärnockenwelle appliziert werden, um eine noch höhere Variabilität des Ventiltriebs zu erzielen.

Das hebelartige Ventilbetätigungsglied ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise dünnwandig und aus einem Blechwerkstoff gefertigt. Dabei kann es U-förmige Geometrie haben. Dies ist ein weiterer Beitrag zur Senkung der bewegten Ventiltriebsmassen und in Richtung Kostenreduzierung.

Anstelle der wenigstens einen Schraubenfeder als Lost-Motion-Feder können auch andere Federmittel wie Drehschenkelfedern etc. appliziert werden. Wichtig ist es lediglich, dass ein Nockengegenläufer des Ventilbetätigungsgliedes auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine stets in Kontakt zum Primärnocken bleibt. Dabei können als Nockengegenläufer drehbare Rollen appliziert werden.

Durch den Wegfall des klassischen Abstützelements ist es notwendig, eine Führung für das Ventilbetätigungsglied zu schaffen. Diese besteht erfindungsgemäß aus einem dünnwandigen Rahmen, welcher zumindest abschnittsweise das Ventilbetätigungsglied seitlich umfaßt und aus Blech bestehen kann. Der Rahmen hat eine Lagefixierung gegenüber dem Zylinderkopf und in seinen Seitenwänden Schlitze. In diesen Schlitzen erfolgt eine Führung von Achsstümpfen, welche seitlich aus dem Ventilbetätigungsglied im Abschnitt seines anderen Bereiches herausragen. Die Schlitze verlaufen sozusagen in Hubrichtung des Gaswechselventils, so dass für den Fall einer Hubabschneidung des Gaswechselventils das Ventilbetätigungsglied auf der Seite des anderen Bereiches nockenbeeinflusst abtaucht.

Die Achsstümpfe können Bestandteil einer Achse sein, auf welchen innerhalb des Ventilbetätigungsgliedes eine Rolle gelagert ist, die unmittelbar auf dem Hilfsnocken verläuft. Somit ist ein relativ reibungsarmer Abgriff am Hilfsnocken realisiert. Denkbar sind an dieser Stelle, jedoch auch für den Kontakt zum Primärnocken, Gleitflächen anstatt der Rollen.

Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann sich die Lost-Motion-Feder auf einer mit dem Zylinderkopf verbundenen Stange abstützen. An dieser Stange kann ggf. auch der vorgenannte Rahmen anliegen. Es ist jedoch auch vorgesehen, den Rahmen an einer anderen Stelle gegenüber dem Zylinderkopf abzustützen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematischen Ansicht den erfindungsgemäßen Ventiltrieb und
2, 3 je eine räumliche Seitenansicht auf den vorgenannten Ventiltrieb.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Dargestellt ist ein variabler Ventiltrieb 1, welcher hauptsächlich zur Hubabschneidung bis hin zum 0-Hub für ein Gaswechselventil 4 (oder mehrere davon) verwendet wird; d. h. es kann ein variables früheres Schließen des entsprechenden Gaswechselventils realisiert werden.
Der Ventiltrieb 1 besteht aus einem Nocken 2 und einer Primärnockenwelle 3. Dieser Nocken 2 wirkt auf einen nicht näher bezeichneten Gegenläufer eines hebelartigen Ventilbetätigungsgliedes 5. Dieses ist hier als schwinghebelähnliches Bauteil ausgebildet und beispielsweise aus einem Blechwerkstoff hergestellt. Dabei hat es, wie die 2, 3 näher zeigen, zwei parallele Seitenwände, die durch einen Querbalken verbunden sind. Somit kann das Ventilbetätigungsglied 5 einen U-förmigen Querschnitt haben.
Das Ventilbetätigungsglied 5 wirkt im Bereich eines Endes 6 auf das Gaswechselventil 4 ein. An seinem diesen Ende 6 abgewandten Bereich 7 hat das Ventilbetätigungsglied 5 einen Schwenkpunkt 8. Des weiteren ist zu erkennen, dass das Ventilbetätigungsglied 5 über den Schwenkpunkt 8 hinaus eine Verlängerung 15 erfährt. Gegen eine Unterseite 16 der Verlängerung 15 wirkt einenends ein Lost-Motion-Federmittel 14. Dieses ist anderenends auf einem vom Zylinderkopf ausgehenden Körper 17 wie einer Stange abgestützt und geführt.
Im Bereich des Schwenkpunktes 8 erstreckt sich durch das Ventilbetätigungsglied 5 eine Achse 23, auf welcher innerhalb von Seitenwänden 19 des Ventilbetätigungsgliedes 5 eine drehbare Rolle 24 gelagert ist. Die Achse 23 überragt beidseitig das Ventilbetätigungsglied 5 mit je einem Achsstumpf 20.
Wie 2 näher zeigt, ist jeder Achsstumpf 20 in einem Längsschlitz 21 eines kastenartigen Bauteils 22 geführt. Das Bauteil 22 ist, wie den 2, 3 zu entnehmen ist, als dünnwandiger Rahmen hergestellt. Dabei stützt es sich mit seinem Abschnitt 25 auf einem Absatz 27 des vorgenannten Körpers 17 ab. Somit erfährt das Bauteil 22 insgesamt gesehen eine mittelbare Abstützung gegenüber dem Zylinderkopf. Ggf. kann es auch an anderer geeigneter Stelle gegenüber dem Zylinderkopf bzw. gegenüber einem mit dem Zylinderkopf verbundenen Bauteil eine Abstützung erfahren.
Über die vorgenannte Rolle 24 verläuft das Ventilbetätigungsglied 5 auf einem Hilfsnocken 10 einer Sekundärnockenwelle 11. Der Hilfsnocken 10 der Sekundärnockenwelle 11 ist als Verstellmittel 9 zur Beeinflussung der Hubfunktion des Ventilbetätigungsgliedes 5 ausgebildet. Er besteht aus einer, in Drehrichtung gesehen, Hochhubflanke 12, an die sich ein Grundkreis 13 anschließt.
Soll ein Vollhub am Gaswechselventil 4 realisiert werden, so ist die Nockenwelle 11 mit Hilfsnocken 10 derartig relativ zur Primärnockenwelle 3 verstellt (sie läuft mit deren Drehzahl um), dass bei Hubbeginn des Nockens 2 der Primärnockenwelle 3 die Hochhubflanke 12 ebenfalls mit ihrem anfänglichen Bereich in Kontakt zur Rolle 24 ist. Somit wird das Ventilbetätigungsglied 5 auf der Hochhubflanke 12 quasi wie über ein reguläres, nichtschaltbares Abstützelement geführt.
Soll beispielsweise ein sehr frühes Schließen des Gaswechselventils 4 realisiert werden, z. B. bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, wird die Sekundärnockenwelle 11 mit Hilfsnocken 10 derartig in positive Drehrichtung in bezug auf die Primärnockenwelle 3 verstellt, dass, wie am besten aus 1 ersichtlich, noch im Bereich einer Anlaufflanke des Nockens 2 der Primärnockenwelle 3 sich an die Hochhubflanke 12 der Sekundärnockenwelle 11 der Grundkreis 13 anschließt. Hierdurch wird das Ventilbetätigungsglied 5 auf der Seite des Bereichs 7 über den Hub des Nockens 2 der Primärnockenwelle 3 heruntergedrückt, wobei das Gaswechselventil 4 über die Kraft seiner Ventilfeder schließt.
Ggf. kann auch ein späteres Öffnen des entsprechenden Gaswechselventils 4 durch ein Verstellen der Sekundärnockenwelle 11 in negative Drehrichtung realisiert werde.
Als Verstellmittel für die Sekundärnockenwelle 11 kommen beispielsweise an sich bekannte Nockenwellenversteller nach dem Axial- oder Radialkolbenprinzip bzw. elektrische Versteller in Frage, die selbstverständlich auch an der Primärnockenwelle 3 appliziert werden können, wodurch eine noch größere Variabilität des Ventiltriebs vorliegt.

1: Ventiltrieb
2: Nocken
3: Primärnockenwelle
4: Gaswechselventil
5: Ventilbetätigungsglied
6: Ende
7: Bereich
8: Schwenkpunkt
9: Verstellmittel
10: Hilfsnocken
11: Sekundärnockenwelle
12: Hochhubflanke
13: Grundkreis
14: Lost-Motion-Federmittel
15: Verlängerung
16: Unterseite
17: Körper
19: Seitenwand
20: Achsstumpf
21: Längsschlitz
22: Bauteil
23: Achse
24: Rolle
25: Abschnitt
26: Abstützfläche
27: Absatz

Claims

Variabler Ventiltrieb (1) einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, der zwischen einem Nocken (2) einer Primärnockenwelle (3) und zumindest einem Gaswechselventil (4) eingebaut ist, mit einem unmittelbaren, hebelartigen Ventilbetätigungsglied (5), das an einem Ende (6) auf das Gaswechselventil (4) einwirkt und an seinem diesen Ende (6) abgewandten Bereich (7) einen Schwenkpunkt (8) hat, wobei ein Verstellmittel (9) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Ventilbetätigungsgliedes (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellmittel (9) als Hilfsnocken (10) einer Sekundärnockenwelle (11) ausgebildet ist, welche Sekundärnockenwelle (11) mit der Drehzahl der Primärnockenwelle (3) rotiert, wobei der Schwenkpunkt (8) des Ventilbetätigungsgliedes (5) auf dem Hilfsnocken (10) geführt ist, welcher Hilfsnocken (10) eine Hochhubflanke (12) für einen Vollhub sowie zumindest einen sich in dessen Drehrichtung anschließenden Grundkreis (13) für ein wahlweise früheres Schließen des Gaswechselventils (4) aufweist, wobei die Sekundärnockenwelle (11) mit Mitteln zur Phasenverstellung versehen ist, so daß durch eine Verstellung in positive Drehrichtung ein früheres Schließen des Gaswechselventils (4) bis hin zu dessen vollständigem 0-Hub schon bei Beginn eines Hubes des Nockens (2) der Primärnockenwelle (3) hergestellt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungsglied (5) über eine Lost-Motion-Federmittel (14) in Richtung zum Nocken (2) beaufschlagt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungsglied (5) über den abgewandten Bereich (7) hinaus eine Verlängerung (15) aufweist, wobei gegen eine Unterseite (16) der Verlängerung (15) das als wenigstens eine Schraubenfeder ausgebildete Lost-Motion-Federmittel (14) anliegt, welches anderenends gegenüber dem Zylinderkopf abgestützt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anderenendige Abstützung des Lost-Motion-Federmittels (14) auf einem vom Zylinderkopf ausgehenden Körper (17) wie einer Stange realisiert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Ventilbetätigungsgliedes (5) über je einen aus dessen Seitenwänden (19) im Bereich seines Schwenkpunktes (8) herausragenden Achsstumpf (20) realisiert ist, wobei jeder Achsstumpf (20) in einen in Nockenhubrichtung verlaufenden Längsschlitz (21) eines mit dem Zylinderkopf oder der Brennkraftmaschine verbundenen Bauteils (22) ragt.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (22) als dünnwandiger Rahmen hergestellt ist, welcher das Ventilbetätigungsglied (5) zumindest abschnittsweise seitlich umfaßt, wobei er wenigstens an einem in Längsrichtung gesehen außerhalb des Hilfsnockens (10) liegenden Abschnitt (25) eine Abstützfläche (26) gegenüber dem Zylinderkopf oder der Brennkraftmaschine hat.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen Achsstümpfe (20) Bestandteil einer Achse (23) sind, auf welcher eine innerhalb der Seitenwände (19) des Ventilbetätigungsgliedes (5) verlaufende Rolle (24) gelagert ist, über welche Rolle (24) das Ventilbetätigungsglied (5) auf dem Hilfsnocken (10) läuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche (26) an einem Absatz (27) oder Ende eines vom Zylinderkopf im Bereich des abgewandten Endes (6) ausgehenden Körpers (17) wie einer Stange anliegt.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Körper (17) gleichzeitig ein Lost-Motion-Federmittel (14) wie eine Schraubenfeder abgestützt ist, die anderenends gegen eine Unterseite (16) einer Verlängerung (15) des Ventilbetätigungsgliedes (5) über den abgewandten Bereich (7) hinaus wirkt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärnockenwelle (3) mit Mitteln zur Phasenverstellung nach dem Axial- oder Radialkolbenprinzip bzw. nach dem Prinzip eines elektrischen Verstellers versehen ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phasenverstellung der Sekundärnockenwelle (11) aus einem an sich bekannten Versteller zur Verstellung von Primärnockenwellen wie einem Axial- oder Radialkolbenversteller bzw. einem elektrischen Versteller bestehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungsglied (5) aus einem Leichtbauwerkstoff wie dünnwandigem Blech hergestellt ist und eine schwinghebelähnliche Gestaltung hat.