DE19720350A1 - Ventilsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsystem für eine Mehrventil- Brennkraftmaschine, mit ersten und zweiten Einlaßventilen pro Zylinder, die zueinander geneigt angeordnet sind und sich entlang ihrer ersten und zweiten Längsachsen hin- und hergehend bewegen, sowie mit ersten und zweiten Ventilbetätigungshebeln pro Zylinder, die auf einer gemeinsamen Welle gelagert sind und an ihren wellenfernen Enden erste bzw. zweite Ausgleichselemente tragen, welche die ersten und zweiten Einlaßventile beaufschlagen.

Ein solches Ventilsystem ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 430 263 B1 bekannt. Das Bestreben die Höhe der Brennkraftmaschine zu re­ duzieren und die Brennraumform zu optimieren, führt dort aber zu dem Problem, daß die ersten und zweiten Einlaßventile unterschiedlich große Hubbewegungen ausführen. Dadurch wird die Dynamik des Ventilsystems sowie die Freigabe der vollen Ventildurchtrittsquerschnitte beeinträchtigt. Außerdem wird dadurch auch der Verschleiß der einzelnen Komponenten des Ventilsystems beträchtlich erhöht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsystem für eine Mehrventil-Brennkraftmaschine zu konzipieren, welches selbst bei redu­ zierter Höhe der Brennkraftmaschine und optimierter Brennraumform dazu geeignet ist, die verschieden großen Hubbewegungen der ersten und zweiten Einlaßventile zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Indem wenigstens eines der ersten und zweiten Ausgleichselemente drehfest in dem ersten beziehungsweise zweiten Ventilbetätigungshebel gelagert ist und die effektive Länge des wenigstens einen der ersten und zweiten Ausgleichselemente in Abhängigkeit von der Stellung des ersten beziehungsweise zweiten Ventilbetätigungshebels veränderbar ist, kön­ nen die verschieden großen Hubbewegungen der ersten und zweiten Einlaßventile zuverlässig ausgeglichen werden und kann die Funktion des Ventilsystems verbessert und ein geringerer Verschleiß des Ventilsystems realisiert werden. Dabei wird der Umstand genutzt, daß der Berührpunkt zwischen dem freien Ende des Ausgleichselements und dem Schaftende des jeweiligen Einlaßventils in Abhängigkeit von der Stellung des zugehö­ rigen Ventilbetätigungshebels auswandert. Dadurch, daß sich das Aus­ gleichselement nicht verdrehen kann, wird dem Berührpunkt auf dem frei­ en Ende des Ausgleichselements eine vorbestimmte Linie der Auswande­ rung aufgezwungen. Verändert sich das Ausgleichselement entlang dieser Linie, so nimmt die effektive Länge des Ausgleichselements in Abhängig­ keit von der Stellung des zugehörigen Ventilbetätigungshebels zu oder ab, wodurch sich die Größe der Hubbewegung des zugehörigen Einlaßventils entsprechend verändert.

Um das wenigstens eine der ersten und zweiten Ausgleichselemente drehfest in dem ersten beziehungsweise zweiten Ventilbetätigungshebel zu lagern, ist das Ausgleichselement in seinem Querschnitt unrund aus­ gebildet und weist der zugeordnete Ventilbetätigungshebel eine korre­ spondierende ebenfalls unrunde Führung auf. Auf diese Weise können sogar Querkräfte an dem Ausgleichselement angreifen, ohne daß sich dieses verdreht, wodurch eine unkontrollierte Zu- oder Abnahme der ef­ fektiven Länge des Ausgleichselements vermieden wird.

Bevorzugt ist das wenigstens eine der ersten oder zweiten Ausgleichse­ lemente an seinem freien Ende als konvexer Abschnitt ausgebildet, der bezüglich der Achse des Ausgleichselements unsymmetrisch ausgeformt ist. Damit können selbst komplizierte Veränderungen der effektiven Länge des Ausgleichselements realisiert werden.

Die konvexen Abschnitte der ersten und zweiten Ausgleichselemente können darüber hinaus auch unterschiedlich ausgeformt sein, wodurch die effektiven Längen der ersten sowie der zweiten Ausgleichselemente veränderbar sind und die Unterschiede der effektiven Längen gegenseitig abgeschwächt oder bei Bedarf sogar verstärkt werden können.

Besonders bevorzugt ist das wenigstens eine der ersten oder zweiten Ausgleichselemente an seinem freien Ende jedoch als Zylinderwand- oder Kugelabschnitt ausgebildet, wobei die Mittelachse des Zylinders bezie­ hungsweise der Mittelpunkt der Kugel in Längsrichtung des Ventilbetäti­ gungshebels vor oder hinter der Achse des Ausgleichselements liegt. Da­ durch ist der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt so orientiert, daß er die Größe der Hubbewegung des zugeordneten Einlaßventils entweder ver­ ringert oder vergrößert. Denn der Berührpunkt zwischen dem freien Ende des Ausgleichselements und dem Schaftende des Einlaßventils wandert in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilbetätigungshebels über den Zylinderwand- oder Kugelabschnitt am freien Ende des Ausgleichsele­ ments, wodurch die effektive Länge des Ausgleichselements dann zu- oder abnimmt.

Insbesondere bei drei Einlaßventilen, wobei der Hub des mittleren, ersten Einlaßventils größer ist als der Hub der beiden seitlichen, zweiten Einlaß­ ventile, können zum Ausgleich der unterschiedlich großen Hubbewegun­ gen der ersten und zweiten Einlaßventile die Mittelachsen der Zylinder beziehungsweise die Mittelpunkte der Kugeln der ersten Ausgleichsele­ mente in Längsrichtung des Betätigungshebels vor der Achse der ersten Ausgleichselemente liegen und kann die Mittelachse des Zylinders bezie­ hungsweise der Mittelpunkt der Kugel des zweiten Ausgleichselements in Längsrichtung des Betätigungshebels hinter der Achse der zweiten Aus­ gleichselemente liegen. Dadurch nimmt die effektive Länge des ersten Ausgleichselements ab, während die effektive Länge der zweiten Aus­ gleichselemente zunimmt, so daß ein Ausgleich der unterschiedlich gro­ ßen Hubbewegungen der ersten und zweiten Einlaßventile stattfindet.

Natürlich ist es dabei auch denkbar, daß die Zylinderwand- oder Kugelab­ schnitte der ersten und zweiten Ausgleichselemente unterschiedlich große Radien aufweisen.

Um die Flächenpressung zwischen dem Zylinderwand- oder Kugelab­ schnitt des Ausgleichselements und dem stumpfen Schaftende des Ein­ laßventils möglichst gering zu halten, ist es bevorzugt, daß der Zylinder­ wand- oder Kugelabschnitt mit einem separaten Gleitschuh zusammen­ wirkt, der auf dem stumpfen Schaftende des Einlaßventils verschiebbar angeordnet ist. Somit wird eine vergrößerte Fläche bereitgestellt, wodurch die Flächenpressung zwischen dem Ausgleichselement und dem Einlaß­ ventil gering gehalten wird.

Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt und der Gleitschuh durch ein Federelement miteinander verbunden sind. Denn auf diese Weise wird die Montage und Demontage des Ventilsystems wesentlich vereinfacht, da der separate Gleitschuh nicht herabfallen kann.

Zweckmäßig sind die ersten und zweiten Ventilbetätigungshebel zumin­ dest teilweise zu einem einstückigen Kombinationshebel zusammenge­ faßt. Dadurch kann den beengten Bauraumverhältnissen Rechnung ge­ tragen sowie der Montageaufwand gesenkt werden und können gegebe­ nenfalls auch Toleranzprobleme gelöst werden.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Aus­ gleichselemente um den gleichen spitzen Winkel zueinander geneigt sind, wie die ersten und zweiten Einlaßventile. Denn somit ist eine optimierte Voreinstellung der Ausgleichselemente realisiert, bei der die Auswande­ rung der Berührpunkte zwischen den Ausgleichselementen und den Ven­ tilschaftenden keine kritischen Werte annimmt.

Schließlich sind als Ausgleichselemente bevorzugt hydraulische Aus­ gleichselemente vorgesehen. Auf diese Weise können die bekannt positi­ ven Eigenschaften von hydraulischen Ausgleichselementen auch bei dem erfindungsgemäßen Ventilsystem genutzt werden.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungsfi­ guren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf einen Kombinationshebel des er­ findungsgemäßen Ventilsystems zur gleichzeitigen Betätigung von ersten und zweiten zueinander ge­ neigten Einlaßventilen;

Fig. 2a bis 2d einen Schnitt des Kombinationshebels mit verschie­ den ausgebildeten Ausgleichselementen; und

Fig. 3a bis 3c eine geschnittene Ansicht des Ventilsystems in Null­ hub-, Halbhub- und Vollhubstellung.

In Fig. 1 ist ein Kombinationshebel 1 gezeigt, der im wesentlichen aus einem ersten Ventilbetätigungshebel 2 und zwei zweiten Ventilbetäti­ gungshebeln 2' zusammengesetzt ist. Die ersten und zweiten Ventilbetä­ tigungshebel 2, 2' sind auf einer gemeinsamen Welle 3 gelagert und zwi­ schen den einzelnen Ventilbetätigungshebeln 2, 2' ist jeweils ein Rollen­ abnehmer 4 angeordnet, der an einem nicht dargestellten Nocken einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle anliegt.

Jeder der als Schlepphebel ausgebildeten Ventilbetätigungshebel 2, 2' trägt an seinem wellenfernen Ende ein erstes Ausgleichselement 5 bezie­ hungsweise ein zweites Ausgleichselement 5'. Diese Ausgleichselemente 5, 5' dienen zur Beaufschlagung von ersten und zweiten Einlaßventilen 6, 6', die um einen spitzen Winkel α zueinander geneigt angeordnet sind. Ebenso wie die Einlaßventile 6, 6' sind auch die Achsen A, A' der Aus­ gleichselemente 5, 5' um diesen spitzen Winkel α zueinander geneigt an­ geordnet (vgl. insbesondere Fig. 2c und Fig. 3a bis 3c).

Die Fig. 2a bis 2d zeigen entlang der Linie II-II aus Fig. 1 geschnit­ tene Ansichten von verschiedenen Varianten des Kombihebels 1 aus Fig. 1, die mit ersten und zweiten Ausgleichselementen 5, 5' ausgestattet sind, von denen jeweils wenigstens eines an seinem freien Ende einen konvexen Abschnitt aufweist, der im vorliegenden Fall als Zylinderwand- oder Kugelabschnitt 7 ausgebildet ist.

Der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt 7 mit dem Radius R ist gemäß Fig. 2a an dem ersten mittigen Ausgleichselement 5 vorgesehen, wobei die Mittelachse M des Zylinders beziehungsweise der Mittelpunkt M der Kugel in Längsrichtung des Kombihebels 1 auf der wellennahen Seite des Ausgleichselements 5, das heißt vor der Achse A des Ausgleichselements 5 angeordnet ist. Dadurch kann sich die effektive Länge des ersten Aus­ gleichselements 5 verändern, während die effektive Länge der zweiten Ausgleichselemente 5' konstant bleibt, wenn der Kombihebel 1 von der Nullhub- zur Vollhubstellung verschwenkt wird.

Dagegen ist der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt 7 mit dem Radius R' gemäß Fig. 2b an den zweiten seitlichen Ausgleichselementen 5' vorge­ sehen. Dabei sind die Mittelachsen M' der Zylinder beziehungsweise die Mittelpunkte M' der Kugeln in Längsrichtung des Kombihebels 1 auf der wellenfernen Seite der Ausgleichselemente 5', das heißt hinter den Ach­ sen A' der Ausgleichselemente 5' angeordnet. Dadurch bleibt die effektive Länge des ersten Ausgleichselements 5 konstant, während sich die effek­ tive Länge der zweiten Ausgleichselemente 5' verändern kann, wenn der Kombihebel 1 von der Nullhub- zur Vollhubstellung verschwenkt wird.

Und gemäß Fig. 2c sind sowohl an dem ersten mittigen wie auch an den zweiten seitlichen Ausgleichselementen 5, 5' Zylinderwand- oder Kugel­ abschnitte 7 mit verschiedenen Radien R, R' vorgesehen, die jeweils wie in Fig. 2a und 2b gezeigt orientiert sind, da die Mittelachsen M, M' der Zylinder beziehungsweise die Mittelpunkte M, M' der Kugeln einmal vor und einmal hinter den Achsen A, A' der ersten und zweiten Ausgleichse­ lemente 5, 5' liegen. Folglich können sich dort die effektiven Längen der ersten und zweiten Ausgleichselements 5, 5, verändern, wenn der Kombi­ hebel 1 von der Nullhub- zur Vollhubstellung bewegt wird. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Differenz der Hubbewegungen der ersten und zweiten Einlaßventile ein gewisses Maß übersteigt.

Wie in Fig. 2d gezeigt, kann zwischen dem Zylinderwand- oder Kugelab­ schnitt 7 des Ausgleichselements 5 mit dem Radius R und dem zugeord­ neten Einlaßventil ein Gleitschuh 8 angeordnet sein. Dabei ist der Gleit­ schuh 8 auf seiner einen Seite zu dem Zylinderwand- oder Kugelabschnitt 7 des Ausgleichselements 5 korrespondierend ausgebildet sowie durch ein nicht dargestelltes aufclipsbares Federelement mit dem Ausgleichse­ lement 5 gekoppelt und ist der Gleitschuh 8 auf seiner anderen Seite mit einer Gleitfläche versehen, durch die er auf dem stumpfen Schaftende ei­ nes Einlaßventils hin- und hergleiten kann.

Damit sich die Ausgleichselemente 5, 5' sich auch bei auftretenden Quer­ kräften nicht verdrehen, ist es notwendig, daß die Ausgleichselemente 5, 5' verdrehsicher in den Ventilbetätigungshebeln 2, 2' gelagert sind. Dazu sind die Ausgleichselemente 5, 5' zum Beispiel mit einer Führungsleiste 10 ausgestattet, die mit einer Führungsnut 11 in der korrespondierenden Aufnahme 12 in den Ventilbetätigungshebeln 2, 2' zusammenwirkt. Dies ist in Fig. 1 beim ersten, mittigen Ausgleichselement 5 angedeutet. Durch eine derartige Führungsleiste 10 mit Führungsnut 11 wird die Funk­ tion der Ausgleichselemente 5, 5' nicht beeinträchtigt.

Die Fig. 3a bis 3c entsprechen einem Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1. Diese Fig. 3a bis 3c zeigen, wie sich ein erstes, mittiges Ausgleichselement 5, dessen freies Ende als Zylinderwand- oder Kugel­ abschnitt 7 ausgebildet ist, wobei dessen Mittelachse M beziehungsweise Mittelpunkt M vor der Achse A des Ausgleichselements 5 liegt, auf die Hubbewegung des ersten Einlaßventils 6' auswirkt.

Während der in Fig. 3a gezeigten Nullhubphase wirkt der Rollenabneh­ mer 4 mit dem Grundkreisabschnitt des Nockens 13 zusammen und liegt der Berührpunkt P zwischen dem freien Endes des Ausgleichselements 5 und dem Schaftende 14 des Einlaßventils 6' auf der nahe der Welle 3 ge­ legenen Seite des freien Endes des Ausgleichselements 5.

Während der Halbhubphase aus Fig. 3b wirkt der Rollenabnehmer 4 da­ gegen mit der ansteigenden oder abfallenden Flanke des Nockens 13 zu­ sammen und ist der Berührpunkt P' zur Mitte des freien Endes des Aus­ gleichselements 5 ausgewandert.

Bei der Vollhubphase gemäß Fig. 3c wirkt der Rollenabnehmer 4 schließlich mit der Spitze des Nockens 13 zusammen und ist der Berühr­ punkt P'' auf die fern der Welle 3 gelegene Seite des freien Endes des Ausgleichselements 5 ausgewandert.

Dadurch, daß der Berührpunkt auf dem Zylinderwand- oder Kugelab­ schnitt 7 des freien Endes des Ausgleichselements 5 entlang wandert, nimmt die effektive Länge des Ausgleichselements 5 mit wachsendem Hub des ersten Einlaßventils 6 ab. Diese Abnahme an effektiver Länge korrigiert den im Vergleich zum zweiten Einlaßventil 6' zu großen Hub des ersten Einlaßventils 6, da sich dessen Hub um das Maß der Abnahme der effektiven Länge verringert.

Wäre der Mittelpunkt des Zylinderwand- oder Kugelabschnitts 7 dagegen nicht vor der Achse A des ersten Ausgleichselements 5, sondern hinter der Achse A' des zweiten Ausgleichselements 5, angeordnet, so würde die effektive Länge des zweiten Ausgleichselements 5, mit wachsendem Hub des beaufschlagten zweiten Einlaßventils 6' abnehmen. Dadurch könnte dann der im Vergleich zum ersten Einlaßventil 6 zu kleine Hub des zweiten Einlaßventils 6' korrigiert werden.

Claims (12)

1. Ventilsystem für eine Mehrventil-Brennkraftmaschine, mit

• - ersten und zweiten Einlaßventilen pro Zylinder, die zueinander geneigt angeordnet sind und die sich entlang ihrer ersten und zweiten Längsachsen hin- und hergehend bewegen, und
• - ersten und zweiten Ventilbetätigungshebeln pro Zylinder, die auf einer gemeinsamen Welle gelagert sind und die an ihren wellen­ fernen Enden erste bzw. zweite Ausgleichselemente tragen, wel­ che die ersten und zweiten Einlaßventile beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß
  wenigstens eines der ersten und zweiten Ausgleichselemente (5, 5') in dem ersten bzw. zweiten Ventilbetätigungshebel (2, 2') drehfest gelagert ist und die effektive Länge des wenigstens einen der ersten und zweiten Ausgleichselemente (5, 5') in Abhängigkeit von der Stellung des ersten bzw. zweiten Ventilbetätigungshebels (2, 2') ver­ änderbar ist.

2. Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Ausgleichselement (5, 5') in seinem Querschnitt un­ rund ausgebildet ist und mit einer korrespondieren Aufnahme (12) in den ersten bzw. zweiten Ventilbetätigungshebeln (2, 2') zusam­ menwirkt.

3. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wenigstens eine der ersten oder zweiten Aus­ gleichselemente (5, 5') an seinem freien Ende als konvexer Ab­ schnitt ausgebildet ist, der zur Achse (A, A') des Ausgleichselements (5, 5') unsymmetrisch ausgeformt ist.

4. Ventilsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Abschnitte der ersten und zweiten Ausgleichselemente (5, 5') unterschiedlich ausgeformt sind.

5. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wenigstens eine der ersten oder zweiten Aus­ gleichselemente (5, 5') an seinem freien Ende als Zylinderwand- oder Kugelabschnitt (7) ausgebildet ist, wobei die Mittelachse (M, M') des Zylinders bzw. der Mittelpunkt (M, M') der Kugel in Längsrich­ tung des Ventilbetätigungshebels (2, 2') vor oder hinter der Achse (A, A') des Ausgleichselements (5, 5') liegt.

6. Ventilsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (M) des Zylinders bzw. der Mittelpunkt (M) der Kugel der ersten Ausgleichselemente (5) vor der Achse (A) der ersten Aus­ gleichselemente (5) liegen und die Mittelachsen (M') der Zylinder bzw. die Mittelpunkte (M') der Kugeln der zweiten Ausgleichselemen­ te (5') hinter den Achsen (A') der zweiten Ausgleichselemente (5') liegen.

7. Ventilsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand- oder Kugelabschnitte (7) der ersten und zweiten Ausgleichselemente (5, 5') unterschiedlich große Radien (R; R') auf­ weisen.

8. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt (7) des wenig­ stens einen Ausgleichselements (5, 5') mit einem separaten Gleit­ schuh (8) zusammenwirkt, der auf dem Schaftende (14) des Einlaß­ ventils (6, 6') verschiebbar angeordnet ist.

9. Ventilsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderwand- oder Kugelabschnitt (7) und der Gleitschuh (8) mittels eines Federelements verbunden sind.

10. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Ventilbetätigungshebel (2, 2') wenigstens teilweise zu einem einstückigen Kombinationshebel (1) zusammengefaßt sind.

11. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Ausgleichselemente (5, 5') um den gleichen spitzen Winkel (a) zueinander geneigt angeordnet sind wie die ersten und zweiten Einlaßventile (6, 6').

12. Ventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgleichselemente (5, 5') hydraulische Aus­ gleichselemente sind.