DE19806675A1 - Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-BrennkraftmaschineInfo
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- F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
- F01L13/0047—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction the movement of the valves resulting from the sum of the simultaneous actions of at least two cams, the cams being independently variable in phase in respect of each other
-
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen
Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 196 00 536 A1 be
kannt. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, Schadstoffe
im Abgas zu reduzieren bzw. eine Drehmomentsteigerung zu
erreichen. Durch Verringerung der Gaswechselarbeit bzw. der
Lastwechselarbeit kann der Verbrauch reduziert werden. Dar
überhinaus kann bei der Steuerung der Brennkraftmaschine
auf eine Drosselklappe im Ansaugkanal verzichtet werden.
Die Vorrichtung umfaßt zwei Nockenwellen, wobei eine der
Nockenwellen die Öffnungsfunktion der Einlaßventile sowie
des Auslaßventils und die andere Nockenwelle die Schließ
funktion der Einlaßventile übernimmt. Zu den Einlaßnocken
gehört ein Einlaß-Öffnet-Nocken auf der ersten Nockenwelle
und ein Einlaß-Schließt-Nocken auf der zweiten Nockenwelle,
die nach Art eines Addierers zusammenwirken. Über eine Ein
richtung zur Änderung der Phasenlage kann der relative Win
kel zwischen den beiden Nockenwellen eingestellt werden, um
den Öffnungshub und die Öffnungsdauer des Einlaßventils zu
beeinflussen.
Der Einlaß-Öffnet-Nocken und der Einlaß-Schließt-Nocken
liegen in einer gemeinsamen Ebene, so daß die Drehbewegung
des Einlaß-Öffnet-Nockens auf der ersten Nockenwelle und
die Drehbewegung des Einlaß-Schließt-Nockens auf der zwei
ten Nockenwelle in der gleichen Bewegungsebene ausgeführt
werden. Diese Hintereinanderschaltung der Einlaßnocken hat
den Vorteil, daß der Zylinderkopf grundsätzlich relativ
schmal gehalten werden kann.
Andererseits wird der Bauraum auch noch durch weitere Bau
teile der Ventilbetätigungsvorrichtung bestimmt. So sind
zur Übertragung der Stellbewegung der Nocken auf die Venti
le zwei Betätigungshebel vorgesehen, jeweils einer für das
Einlaßventil und für das Auslaßventil. Die Betätigungshebel
sind voneinander unabhängig gelagert, um die Bewegung der
Einlaßnocken und die Bewegung der Auslaßnocken ohne Beein
flussung durch den jeweils anderen Nocken auf die jeweili
gen Ventile übertragen zu können. Die Anordnung der Betäti
gungshebel, insbesondere der Lagerachsen der Betätigungshe
bel, erfordert einen verhältnismäßig groß bauenden Zylin
derkopf, so daß der Vorteil der Reihenschaltung der Einlaß
nocken nicht durchgreift.
Auch für die Zündkerze muß Einbauraum zwischen den Nocken
wellen, Betätigungshebeln und Einlaß-/Auslaßventilen vorge
sehen werden. Aufgrund des Platzmangels liegt die Zündkerze
bei Vorrichtungen dieser Art üblicherweise in unmittelbarer
Nachbarschaft zu den Auslaßkanälen, wodurch thermische Pro
bleme entstehen können.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine gattungsge
mäße Vorrichtung klein bauend mit hoher Funktionssicherheit
auszubilden. Es soll insbesondere gewährleistet sein, daß
die Zündkerze einen ausreichenden Abstand zum Auslaßkanal
des Zylinders aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst.
Die gemeinsame Hebelachse des Einlaß-Betätigungshebels und
des Auslaß-Betätigungshebels ermöglicht es, eine kompakte,
klein bauende Vorrichtung mit reduziertem Raumbedarf und
verringertem Bauaufwand auszubilden. Aufgrund des Wegfalls
einer Hebelachse im Vergleich zu bisher üblichen Vorrich
tungen werden auch keine zusätzlichen Lagerpunkte im Sei
tenabschnitt des Zylinderkopfes benötigt. Es steht zusätz
licher Einbauraum für die Bauteile der Ventilbetätigungs
vorrichtung, für die Ventile und auch für die Zündkerze zur
Verfügung, ohne den Zylinderkopf größer bauen zu müssen.
Dadurch ist es möglich, die Zündkerze mit einem Sicher
heitsabstand zum Auslaßkanal zu plazieren, so daß thermi
sche Probleme vermieden werden.
Zugleich können die Zylinderabstände reduziert werden, denn
die Reihenschaltung der beiden Einlaßnocken ermöglicht eine
schmale Bauweise. Auch ein Abgriffsglied, das zweckmäßig
zwischen den Einlaßnocken und dem Einlaß-Betätigungshebel
angeordnet ist, um die Nockenkontur abzugreifen und die
Stellbewegung auf die Einlaßventile zu übertragen, ist ohne
erhöhten Platzbedarf in die Ventilbetätigungsvorrichtung zu
integrieren, weil die in Kontakt mit den Einlaßnocken ste
henden Rollen des Abgriffsglieds ebenso wie die Einlaßnoc
ken hintereinanderliegend in einer gemeinsamen Bewe
gungsebene angeordnet sind.
Das Abgriffsglied ist vorteilhaft von zwei Federelementen,
die an beiden Seiten eines die Rollen aufnehmenden Rollen
schlittens des Abgriffsglieds verlaufen, in Richtung der
Einlaßnocken beaufschlagt, um eine Anlage der Rollen an die
Einlaßnocken sicherzustellen und ein spiel- und ruckfreies
Übertragen der Stellbewegung auf die Einlaßventile zu er
möglichen.
Da die gemeinsame Hebelachse des Einlaß- und des Auslaß-
Betätigungshebels sich über die gesamte Länge des, Zylinder
blocks erstreckt, kann sie für die Ölversorgung der Lager
der Betätigungshebel und auch für die Ölversorgung der hy
draulischen Ventilspiel-Ausgleichselemente am Einlaß-
Betätigungshebel genutzt werden. Ein weiterer Vorteil ist,
daß bei der einteiligen Hebelachse im Vergleich zu einer
mehrteiligen Ausführung zusätzliche Lagerungen wegfallen.
Die Hebelachse kann im gleichen Lagergehäuse wie die beiden
Nockenwellen gelagert werden, wodurch bereits vorhandene
Bauteile optimal genutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Zündkerzenschacht,
in den die Zündkerze des Zylinders aufgenommen ist, gegen
über dem seitlich am Zylinderkopf angeordneten Lagergehäuse
geneigt angeordnet, so daß die Längsachse des Kerzen
schachts mit der Ebene des Zylinderkopfs einen Winkel klei
ner als 90° einschließt. Zusätzlich ist der Zündkerzen
schacht auch noch zum Einlaßventil hin geneigt und ragt
zwischen den beiden Nockenwellen hindurch. In dieser Aus
führung hat die Zündkerze den notwendigen Abstand zum Aus
laßkanal, um thermische Probleme zu vermeiden, und außerdem
können sich die der Ventilbetätigungsvorrichtung zuzuord
nenden Elemente gegenseitig nicht behindern.
In das Lagergehäuse für die Nockenwellen ist vorteilhaft
eine Ausnehmung eingebracht, in der der Zündkerzenschacht
aufgenommen ist. Der Kerzenschacht ist bevorzugt als einge
preßte Blechhülse ausgebildet, die bei einem geteilten Zy
linderkopf vom oberen Teil des Zylinderkopfs umschlossen
ist.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich
nungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Zylinderkopf mit variabler Ventilsteue
rung in einer ersten Seitenansicht,
Fig. 2 den Zylinderkopf in einer zweiten Seitenan
sicht,
Fig. 3 den Zylinderkopf in einer dritten Seitenan
sicht,
Fig. 4 den Zylinderkopf in Draufsicht, jedoch ohne
Nockenwellen,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Zylinder
kopfs ohne Nockenwellen.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist der Zylinderkopf 27 eine Vor
richtung 1 zur variablen Steuerung der Einlaßventile einer
4-Ventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit jeweils zwei Ein
laß- und zwei Auslaßventilen auf. Die Vorrichtung umfaßt
zwei achsparallele Nockenwellen, eine Einlaß-Öffnet-
Nockenwelle 2 und eine Einlaß-Schließt-Nockenwelle 3 zur
Steuerung der Öffnungs- und Schließfunktion der Einlaßven
tile 7a, 7b. Durch Änderung der relativen Phasenlage der
beiden Nockenwellen 2, 3 zueinander mittels einer nicht
dargestellten Verstelleinrichtung können Öffnungszeit und
Öffnungshub der Einlaßventile eingestellt werden.
Auf der Einlaß-Schließt-Nockenwelle 3 ist ein Einlaß-
Schließt-Nocken 5 angeordnet, der die Schließfunktion der
Einlaßventile bestimmt. Parallel dazu ist auf der Einlaß-
Öffnet-Nockenwelle 2 ein Einlaß-Öffnet-Nocken 4 - in Fig. 3
vom Einlaß-Schließt-Nocken 5 verdeckt - angeordnet, wobei
die beiden Einlaßnocken 4 und 5 eine gemeinsame Bewe
gungsebene 12 aufweisen, welche lotrecht zu den Längsachsen
der Nockenwellen 2, 3 steht. Somit sind die beiden Einlaß
nocken 4, 5 auf den beiden Nockenwellen 2, 3 in platzspa
render Weise hintereinander in Reihe geschaltet.
Die Steuerung der Auslaßventile 8a, b wird von Auslaßnocken
6a, b übernommen, die auf der Einlaß-Öffnet-Nockenwelle 2
links und rechts des Einlaß-Öffnet-Nockens 4 angeordnet
sind und jeweils den gleichen Abstand zum Einlaß-Öffnet-
Nocken aufweisen.
Um die Stellbewegung der Einlaß- und Auslaßnocken zu über
tragen, sind Betätigungshebel 9, 10 angeordnet, über die
die Ventile betätigt werden. Die Stellbewegung der Einlaß
nocken 4, 5 wird vom Einlaß-Betätigungshebel 9, die Stell
bewegung der Auslaßnocken 6a, 6b wird vom Auslaß-
Betätigungshebel 10 übertragen. Der Einlaß-Betätigungshebel
9 und der Auslaß-Betätigungshebel 10 sind beide an der
gleichen Hebelachse 13 gelagert, die gemäß Fig. 1 parallel
zu den Nockenwellen 2, 3 verläuft und im wesentlichen un
terhalb der Einlaß-Öffnet-Nockenwelle 2 angeordnet ist, so
daß in Draufsicht auf die Vorrichtung 1 die Hebelachse 13
von der Einlaß-Öffnet-Nockenwelle 2 verdeckt wird. Die He
belachse 13 erstreckt sich über die Länge des Zylinder
blocks und weist damit etwa die gleiche Länge auf wie die
beiden Nockenwellen 2, 3.
Die Hebelachse 13 kann außerdem dazu genutzt werden, die
Lager der Betätigungshebel und die Ventilspiel-
Ausgleichselemente am Einlaß-Betätigungshebel mit Öl zu
versorgen.
Die Nockenwellen sind auf einer Seite eines Zylinderab
schnitts in Lagern 14a, b eines Lagergehäuses 16 und auf
der gegenüberliegenden Seite des Zylinderabschnitts in La
gern 15a, b eines Lagergehäuses 17 gehalten. Die Deckel der
Lagergehäuse sind über Verschraubungen 28a, b an den Lager
böcken gehalten.
Zur Aufnahme einer Zündkerze ist ein Zündkerzenschacht 18
vorgesehen, der zweckmäßig als Blechhülse mit einem Schach
tunterteil 29 und einer Schachtumfassung 30 ausgebildet
ist. Der Zündkerzenschacht 18 verläuft geneigt gegenüber
der Zylinderkopfebene mit einem von 900 abweichenden Win
kel, wobei gemäß Fig. 1 der Zündkerzenschacht in Richtung
der Einlaßventile 7 geneigt ist, so daß die Längsachse 19
des Zündkerzenschachts 18 in der Projektion in Richtung der
Nockenwellen-Längsachsen gesehen mit der Vertikalen einen
Winkel α von etwa 10° einschließt. Darüberhinaus ist der
Zündkerzenschacht auch in Richtung des Lagergehäuses 16 ge
neigt, so daß gemäß Fig. 3 die Längsachse 19 des Zündker
zenschachts 18 in der Projektion orthogonal zu den Nocken
wellen-Längsachsen mit der Vertikalen einen Winkel β von
etwa 15° einschließt. Der Zündkerzenschacht 18 liegt in
dieser Anordnung zwischen den beiden Nockenwellen 2 und 3,
so daß die Zündkerze ungehindert zwischen den Nockenwellen
in den Schacht einsetzbar ist.
Der Draufsicht gemäß Fig. 4 ist zu entnehmen, daß der Zünd
kerzenschacht 18 in einer Ausnehmung 20 im Deckel des La
gergehäuses 16 aufgenommen ist. Die Ausnehmung 20 liegt
zwischen den beiden Lagern 14a, b im Lagergehäuse 16.
In analoger Weise ist der Zündkerzenschacht eines angren
zenden Zylinderabschnitts in der Ausnehmung des gegenüber
liegenden Lagergehäuse 17 aufgenommen.
Zwischen den Einlaßnocken und dem Einlaß-Betätigungshebel 9
ist ein Abgriffsglied 21 angeordnet, über das die Kontur
der beiden Einlaßnocken abgetastet und auf den Einlaß-
Betätigungshebel 9 übertragen wird. Wie Fig. 4 und der per
spektivischen Darstellung nach Fig. 5 zu entnehmen ist, be
steht das Abgriffsglied 21 aus einem beweglichen Rollen
schlitten 22, der auf dem Einlaß-Betätigungshebel gleitbar
angeordnet ist und translatorisch in Richtung der Einlaß
ventile verschiebbar ist. Im Rollenschlitten 22 sind zwei
Rollen 23, 24 in Reihe gelagert, die zueinander und zur He
belachse 13 parallele Drehachsen aufweisen. Die Rollen 23,
24 sind jeweils dem Einlaß-Öffnet-Nocken und dem Einlaß-
Schließt-Nocken zugeordnet und haben die gleiche Bewe
gungsebene 12 wie die Einlaßnocken; bei einer Verschiebung
des Rollenschlittens 22 bzw. einer Drehung um die eigene
Drehachse führen die Rollen 23, 24 eine Bewegung in der Be
wegungsebene 12 aus. Aufgrund dieser Position der Rollen
23, 24 wird jede von den Einlaßnocken erzeugte Stellbewe
gung ohne seitlichen Versatz und dadurch bedingte Torsions
kräfte unmittelbar auf den Einlaß-Betätigungshebel übertra
gen. Außerdem baut diese Anordnung sehr schmal, so daß ins
gesamt eine platzsparende Anordnung möglich ist.
Der Rollenschlitten 22 wird von zwei Federelementen 25, 26,
die sich an Flanschen 31, 32 an der Hebelachse 13 abstüt
zen, in Anlage an die Einlaßnocken beaufschlagt, um einen
permanenten Kontakt zur Nockenkontur herzustellen und ein
spiel- und ruckfreies Übertragen der Stellbewegung zu er
möglichen. Die beiden Federelemente 25, 26 verlaufen an
beiden Längsseiten des Rollenschlittens 22, etwa in Höhe
der Drehachsen der Rollen 23, 24. Aufgrund der Reihenanord
nung der beiden Rollen 23, 24 können relativ lange Feder
elemente mit geringem Durchmesser verwendet werden, wodurch
ein weiterer Platzgewinn erzielt wird. Optional kann-eine
weitere Feder im unteren Hebelbereich des Einlaß-
Betätigungshebels 9 angebracht werden, um die Federkraft zu
erhöhen.
Gemäß Fig. 5 sind im oberen Bereich des Auslaß-
Betätigungshebels 10 Rollen 33, 34 angeordnet, die in Kon
takt mit den Auslaßnocken stehen. Der Auslaß-
Betätigungshebel 10 weist in seinem vorderen, der Hebelach
se 13 abgewandten Bereich einen Quersteg 35 auf, der die
den jeweiligen Auslaßventilen 8a, 8b zugeordneten Abschnit
te des Betätigungshebels verbindet.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer
Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere zur Steuerung
von zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen pro Zylin
der eines Zylinderblocks,
mit einer Einlaß-Öffnet-Nockenwelle (2), auf der ein Ein laß-Öffnet-Nocken (4) zur Steuerung der Öffnungsfunktion des Einlaßventils (7a, 7b) sowie ein Auslaßnocken (6a, 6b) zur Steuerung des Auslaßventils (8a, 8b) angeordnet ist, mit einer Einlaß-Schließt-Nockenwelle (3), auf der ein Ein laß-Schließt-Nocken (5) zur Steuerung der Schließfunktion des Einlaßventils (7a, 7b) angeordnet ist,
wobei der Einlaß-Öffnet-Nocken (4) und der Einlaß-Schließt- Nocken (5) in einer gemeinsamen Bewegungsebene (12) liegen, mit einem Einlaß-Betätigungshebel (9) zur Übertragung der Stellbewegung des Einlaß-Öffnet-Nockens (4) und des Einlaß- Schließt-Nockens (5) auf das Einlaßventil (7a, 7b),
mit einem Auslaß-Betätigungshebel (10) zur Übertragung der Stellbewegung des Auslaßnockens (6a, 6b) auf das Auslaßven til (8a, 8b),
und mit einer Einrichtung zur Änderung der Phasenlage zwi schen den beiden Nockenwellen (2, 3), dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlaß-Betätigungshebel (9) und der Auslaß- Betätigungshebel (10) an einer gemeinsamen Hebelachse (13) gelagert sind, die sich über die Länge des Zylinderblocks erstreckt.
mit einer Einlaß-Öffnet-Nockenwelle (2), auf der ein Ein laß-Öffnet-Nocken (4) zur Steuerung der Öffnungsfunktion des Einlaßventils (7a, 7b) sowie ein Auslaßnocken (6a, 6b) zur Steuerung des Auslaßventils (8a, 8b) angeordnet ist, mit einer Einlaß-Schließt-Nockenwelle (3), auf der ein Ein laß-Schließt-Nocken (5) zur Steuerung der Schließfunktion des Einlaßventils (7a, 7b) angeordnet ist,
wobei der Einlaß-Öffnet-Nocken (4) und der Einlaß-Schließt- Nocken (5) in einer gemeinsamen Bewegungsebene (12) liegen, mit einem Einlaß-Betätigungshebel (9) zur Übertragung der Stellbewegung des Einlaß-Öffnet-Nockens (4) und des Einlaß- Schließt-Nockens (5) auf das Einlaßventil (7a, 7b),
mit einem Auslaß-Betätigungshebel (10) zur Übertragung der Stellbewegung des Auslaßnockens (6a, 6b) auf das Auslaßven til (8a, 8b),
und mit einer Einrichtung zur Änderung der Phasenlage zwi schen den beiden Nockenwellen (2, 3), dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlaß-Betätigungshebel (9) und der Auslaß- Betätigungshebel (10) an einer gemeinsamen Hebelachse (13) gelagert sind, die sich über die Länge des Zylinderblocks erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden parallel verlaufenden Nockenwellen (2, 3) in
Lagern (14a, 14b; 15a, 15b) eines gemeinsamen Lagergehäuses
(16; 17) am Zylinderkopf aufgenommen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zündkerzenschacht (18) zur Aufnahme einer Zündkerze
vorgesehen ist, wobei die Längsachse (19) des Zündkerzen
schachts (18) in Richtung des Lagergehäuses (16) geneigt
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Lagergehäuse (16) eine Ausnehmung (20) zur Aufnahme
des Zündkerzenschachts (18) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zündkerzenschacht (18) zum Einlaßventil (7a, 7b)
hin geneigt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zündkerzenschacht (18) zwischen den beiden Nocken
wellen (2, 3) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zündkerzenschacht (18) als Blechhülse ausgebildet
ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Einlaßnocken (4, 5) und dem Einlaß-
Betätigungshebel (9) ein Abgriffsglied (21) mit einem bewegli
chen Rollenschlitten (22) und mit zwei im Rollenschlitten (22)
in Reihe gelagerten, den Einlaßnocken (4, 5) zugeordneten Rol
len (23, 24) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgriffsglied (21) von einem Federelement (25, 26) in
Anlage an die Einlaßnocken (4, 5) beaufschlagt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Federelemente (25, 26) vorgesehen sind, die jeweils an
einer Seite des Rollenschlittens (22) in Höhe der Rollenachsen
verlaufen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998106675 DE19806675A1 (de) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine |
DE29824443U DE29824443U1 (de) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998106675 DE19806675A1 (de) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19806675A1 true DE19806675A1 (de) | 1999-08-19 |
Family
ID=7858103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998106675 Withdrawn DE19806675A1 (de) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19806675A1 (de) |
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1998
- 1998-02-18 DE DE1998106675 patent/DE19806675A1/de not_active Withdrawn
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