DE19908286A1 - Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Variable Ventilsteuerung für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Diese Ventilsteuerung umfaßt Ventile zur Gaswechselsteuerung, die mittels einer Nockenwelle betätigt werden, wobei die Nockenwelle eine Stellerwelle mit einer Betätigungseinrichtung und relativbewegliche Nockenvorrichtungen aufweist. DOLLAR A Jede Nockenvorrichtung ist axialbeweglich auf der Stellerwelle gelagert, und zwischen der Nockenvorrichtung und der Stellerwelle ist eine Federvorrichtung vorgesehen, die die Nockenvorrichtung in eine Grundstellung zu bewegen sucht. Außerdem arbeitet die Nockenvorrichtung mit einer Auslöseeinrichtung zusammen, die mit einem fest auf der Stellerwelle angebrachten einen Steuernocken besitzenden Steuerring und einem radial zur Stellerwelle angeordneten einen Steuervorsprung aufweisenden mit einer Feder in Wirkverbindung stehenden Sperrbolzen versehen ist. Mit dieser Ausführung können Ventile mit Nocken betätigt werden, die unterschiedliche Ventilhübe und Ventilöffnungszeiten bewirken.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit variablen Ventilsteuerungen lassen sich nicht nur HC-Rohemissionen günstig
beeinflussen, sondern auch NOx-Emissionen reduzieren. Außerdem können sie den
Kraftstoffverbrauch, den stabilen Leerlauf und die Leistung einer Brennkraftmaschine
verbessern.
Es ist eine variable Ventilsteuerung bekannt, SAE Paper 740102, Seite 2 Fig. 1, bei der
in einer Bohrung einer Nockenwelle ein axialbewegliches Stellorgan vorgesehen ist,
das mit einem Mitnehmer in eine eine Verdrehung der Einlaßnocken bewirkende
bogenförmige Steuerführung eingreift. Obgleich mit dieser Ausführung ein vage
Konstruktionsrichtung vorgegeben ist, ist für eine realisierbare Lösung noch ein
erhebliche Entwicklungsleistung vonnöten.
Eine leicht umsetzbare variable Ventilsteuerung behandelt die DE 43 31 977 A1, die
eine mit einer axialen Durchgangsbohrung versehene Nockenwelle umfaßt. In der
Durchgangsbohrung ist ein Stellorgan vorgesehen, mit dem durch Axialbewegungen
auf der Nockenwelle relativbeweglich gelagerte Nocken verstellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochwirksame variable Ventilsteuerung zu schaffen,
die auf einfache Weise in eine Brennkraftmaschine integrierbar ist. Dabei sollten aber
auch Einflußgrößen berücksichtigt werden, die sich durch eine definierte Gestaltung
der Ventilöffnungszeit und des Ventilhubs ergeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Weitere, die Erfindung ausgestaltenden Merkmale sind in den Unteransprüchen
enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß die
variable Ventilsteuerung leicht konstruierbare Bauteile aufweist, deren funktionales
Zusammenwirken einen sicheren und effizienten Betrieb der Ventilsteuerung
gewährleistet. Dabei hält die Federvorrichtung die Nockenvorrichtung in einer
Grundstellung, von der aus die Stellerwelle diese Nockenvorrichtung in Abhängigkeit
von Parametern der Brennkraftmaschine in eine definierte Betriebsstellung bewegt.
Eine funktionsgerechte Bewegung der Nockenvorrichtung stellt die Auslöseeinrichtung
sicher, die erst dann wirksam wird, wenn sich die Stellerwelle in definierten
Stellerstellungen befindet. Aufgrund der Nockenvorrichtung ergibt sich die Möglichkeit
ein Ventil mit hohen Freiheitsgraden zu betreiben d. h. bezüglich unterschiedlich
gestalteten Nocken. Anders ausgedrückt bewerkstelligen zwei Nocken, in
Abhängigkeit ihrer Betriebsstellungen, verschiedene Ventilöffnungszeiten und/oder
Ventilhübe. Außerdem bewirkt die hydraulische Verstelleinrichtung eine gute
Betätigung der Stellerwelle in die jeweilige Stellerstellung.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend
näher beschrieben ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen schematisch dargestellten
variablen Ventilsteuerung mit einer Nockenwelle, die in eine
Brennkraftmaschine eingebaut ist;
Fig. 2 Ventilerhebungskurven von Nocken der Nockenwelle;
Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie III-III Fig. 1;
Fig. 4 eine die Fig. 1 ergänzende Ansicht mit einer Betätigungseinrichtung.
Eine nur teilweise dargestellte Brennkraftmaschine 1 der Hubkolbenbauart mit
beispielsweise mehreren Zylindern umfaßt einen Zylinderkopf 2 und eine variable
Ventilsteuerung 3 die mit Ventilen 4, 5 zusammenwirkt. Die Ventile 4, 5 dienen zur
Gas-Wechselsteuerung in einem nicht gezeigten Brennraum und werden mittels einer
Nockenwelle 6 betätigt.
Die Nockenwelle 6 umfaßt eine Stellerwelle 7 und zur Betätigung der Ventile 4, 5 - es
können Einlaßventile sein - eine Nockenvorrichtung 8. Die Stellerwelle 7 ist an einem
freien Ende mit einer Betätigungseinrichtung 9 versehen - Fig. 4 -, d. h. die Stellerwelle
7 ist axialbeweglich - Richtung B-B - ausgebildet. Die Nockenvorrichtung 8 umgibt die
Stellerwelle 7 naben- oder spulenartig, und sie ist an Enden 10, 11 mit Lagerzapfen
12, 13 in Lagerbohrungen 14, 15 des Zylinderkopfs 2 axialbeweglich - Richtung B-B -
angeordnet; die Lagerzapfen 12, 13 und die Lagerbohrungen 14, 15 bilden
Schiebelager. Zwischen der Stellerwelle 7 und der Nockenvorrichtung 8 ist eine
Federvorrichtung 16 wirksam, die die Nockenvorrichtung 8 auf der Stellerwelle 7 in
eine Grundstellung Gs zu bewegen sucht.
Die Nockenvorrichtung 8 arbeitet mit einer Auslöseeinrichtung 17, 18 zusammen. Jede
Auslöseeinrichtung z. B. 17 weist einen Steuerring 19 mit einer Steuernocke 20 und
einen radial zur Stellerwelle 7 verlaufenden Sperrbolzen 21 auf. Der Sperrbolzen 21 ist
in eine Einbohrung 22 des Zylinderkopfs 2 eingesetzt und wird mittels einer
Druckfeder 23 in Richtung Stellerwelle 7 gespannt. Auf der der Nockenvorrichtung 8
abgekehrten Seite ist der Sperrbolzen 21 mit einem Steuervorsprung 23 versehen,
der auf die Stellerwelle 7 ausgerichtet ist, wobei der Steuervorsprung 23 unter Bildung
eines relativ kleinen Abstandes AsI an den Außendurchmesser AdI der Stellerwelle 7
herangeführt ist. Der Steuerring 19 bildet einen Lagerzapfen 24 für eine Lagerbohrung
25 der Nockenvorrichtung 8 und ihre axial beabstandete Steuernocke 20 weist eine
Nockenform - Fig. 3 - auf, die von einem Außendurchmesser AdII bzw. einem
Grundkreis 26 des Lagerzapfens 24 aus kontinuierlich abnimmt und schließlich nur den
Abstand AsII zum Außendurchmesser AdII der Stellerwelle 7 aufweist. Der Abstand AsI
ist größer als der Abstand AsII, der auf einer den Grundkreis 26 schneidenden
Mittellinie B-B liegt.
Die Nockenvorrichtung 8 ist zur Betätigung für die beiden Ventile 4 und 5 ausgebildet,
die pro Zylinder vorgesehen sind, und sie weist unterschiedliche Nocken 27 und 28
auf - Fig. 2 -. So ist der Ventilhub VhI des Nockens 4 größer als der Ventilhub VhII des
Nockens 5 und die Ventilöffnungszeit VzI ist größer als die Ventilöffnungszeit VzII. Der
Nocken 27 ist im oberen und der Nocken 28 im unteren Lastbereich der
Brennkraftmaschine 1 wirksam. Zwischen den Ventilen 4 und 5 und dem jeweiligen
Nocken 27 und 28 sind Rollenschlepphebel 29 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel sind an beiden Enden 10, 11 der Nockenvorrichtung 8 die
Auslöseeinrichtungen 17, 18 und Steuerringe 19, 19' vorgesehen. Außerdem weist die
Nockenvorrichtung 8 einen der Stellerwelle 7 zugekehrten Führungsabschnitt 30 auf,
der mit einer Innenverzahnung 31 versehen ist. Die Innenverzahnung 31 steht im
Eingriff mit einer Außenverzahnung 32; jedoch sind beide Verzahnungen
axialbeweglich ausgebildet. Der Führungsabschnitt 30 erstreckt sich lediglich über
einen mittleren Bereich Mb, d. h. zu beiden Seiten einer Mittellängsebene C-C zwischen
den Enden 10, 11 der Nockenvorrichtung 8.
Außerhalb des Führungsabschnitts 30, und zwar zwischen Nockenvorrichtung 8 und
Stellerwelle 7 sind Ringräume 33, 34 vorgesehen. Besagte Ringräume 33, 34 dienen
zur Aufnahme von Druckfedern 35, 36, die die Federvorrichtung 16 bilden. Die
Druckfedern 35, 36 umgeben koaxial die Stellerwelle 7 und stützen sich an ersten
Anschlägen 37, 38 des Führungsabschnitts 30 und an zweiten Anschlägen 39, 40 der
Steuerringe 19, 19' ab.
Die Stellerwelle 7 ist mit einem als Hohlraum 41 ausgebildeten Ölführungskanal 42
versehen, der im Bereich des Führungsabschnitts 39 radiale Durchgangsbohrungen
43, 44 umfaßt. Letztere wirken je nach Lage der Nockenvorrichtung 8 als
Endlagendämpfer.
In Fig. 4 ist die Betätigungseinrichtung 9 dargestellt, die hydraulischer Bauart ist und
ein Gehäuse 45 mit einem Hydraulikkolben 46 aufweist, der mit der Stellerwelle 7 fest
verbunden ist. Der Hydraulikkolben 7 ist über Druckräume 47, 48 beaufschlagbar, die
mittels Leitungen 49, 50 an ein 4/2-Wege-Magnetschaltventil 51 angeschlossen sind.
In Fig. 1 wirken die Nocken 27 - mit größerem Ventilhub VhI und größerer
Ventilöffnungszeit - mit den Ventilen 4, 5 zusammen und der Sperrbolzen 21' liegt auf
dem Lagerzapfen 12 der Nockenvorrichtung 8 auf. Auf der anderen Seite stützt sich
der Sperrbolzen 21 am Außendurchmesser des Steuerrings 18 ab. Und der
Druckraum 49 ist mit Druckmedium beaufschlagt. Wird in Abhängigkeit von
Parametern - Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine - der Druckraum 48
geschaltet, so wird die Stellerwelle 7 in Richtung Betätigungseinrichtung 45
verschoben. Gleichzeitig werden beide Druckfedern 35, 36 gespannt und der
Steuerring 19 in Richtung Steuervorsprung 23' des Sperrbolzens bewegt. Ist die
Winkellage der Nockenwelle 6 entsprechend ausgerichtet, greift der Steuernocken 20
unter den Steuervorsprung 23', wobei nach einer 180°-Drehung der Stellerwelle 7 der
Sperrbolzen 21 derart angehoben wird, daß die Nockenvorrichtung 8 eine Stellung
einnimmt, bei der die Nocken 28 die Ventile 4, 5 betätigen.
Claims (12)
1. Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen der Hubkolbenbauart mit zur
Gaswechselsteuerung dienenden Ventilen, die mittels einer Nockenwelle betätigt
werden, welche Nockenwelle eine mit einer Betätigungseinrichtung
zusammenwirkende Stellerwelle und auf dieser relativbeweglich gelagerte
Nockenvorrichtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nockenvorrichtung
(8) axialbeweglich auf der mit der Betätigungseinrichtung (9) verbundenen Stellerwelle
(7) der Nockenwelle (6) gelagert ist, wobei zwischen der Nockenvorrichtung (8) und
der Stellerwelle (7) eine Federvorrichtung (16) wirksam ist, die die Nockenvorrichtung
(8) in eine Grundstellung (Gs) zu bewegen sucht und daß darüber hinaus die
Nockenvorrichtung (8) mit wenigstens einer Auslöseeinrichtung (17, 18)
zusammenarbeitet, die mit einem fest auf der Stellerwelle (7) angebrachten einen
Steuernocken (20) besitzenden Steuerring (19, 19') und einem radial zur Stellerwelle
(7) angeordneten einen Steuervorsprung (23) aufweisenden mit einer Druckfeder (23)
in Wirkverbindung stehenden Sperrbolzen (21) versehen ist und daß ferner der
Steuernocken (20) in Abhängigkeit einer axialen Stellung und einer radialen Stellung
der Stellerwelle (7) den Steuervorsprung (23) untergreift und nach einer Teildrehung
der Stellerwelle (7) den Sperrbolzen (21) anhebt, wodurch die Nockenvorrichtung (8)
eine Axialbewegung in eine definierte Betriebsstellung ausführt.
2. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nockenvorrichtung (8) für ein Ventil (4 oder 5) unterschiedliche Nocken (27, 28)
aufweist.
3. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nocken (27, 28) bezüglich Ventilöffnungszeit (VzI und VzII) und/oder Ventilhub (VhI und
VhII) unterschiedlich sind.
4. Variable Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (4, 5) unter Vermittlung eines Rollenschlepphebels (29) mit den Nocken
(27, 28) zusammenarbeitet.
5. Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenvorrichtung (8) zur Betätigung
von zwei Ventilen (4, 5) pro Zylinder ausgebildet ist und die Stellerwelle (7) nach Art
einer Nabe umgibt.
6. Variable Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß benachbart von beiden Enden (10, 11) der Nockenvorrichtung (8) je eine
Auslöseeinrichtung (17, 18) mit zugehörigem Steuerring (19, 19') vorgesehen ist.
7. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenvorrichtung (8) einen der Stellerwelle (7)
zugekehrten Führungsabschnitt (30) mit einer Innenverzahnung (31) aufweist, die im
Eingriff mit einer Außenverzahnung (32) der Stellerwelle (7) steht.
8. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Führungsabschnitt (30) der Nockenvorrichtung
(8) lediglich über einen mittleren Bereich (Mb) zwischen den Enden (10, 11) erstreckt.
9. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Führungsabschnitts (30) zwischen
Nockenvorrichtung (8) und Stellerwelle (7) Ringräume (33, 34) vorgesehen sind,
wobei die Nockenvorrichtung (8) benachbart ihren Enden (10, 11) die Steuerringe
19, 19') nach Art von Schiebelager umgibt.
10. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtung (16) zwei
Druckfedern (35, 36) umfaßt, die innerhalb der Ringräume (33, 34) die Stellerwelle
(7) koaxial umgeben und sich an ersten Anschlägen (37, 38) des Führungsabschnitts
(30) und an zweiten Anschlägen (39, 40) der Steuerringe (19, 19') abstützen.
11. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellerwelle (7) einen als Hohlraum (41)
ausgebildeten Ölführungskanal (42) aufweist, der im Bereich des Führungsabschnitts
(30) mit radialen Durchgangsbohrungen (43, 44) versehen ist, die in Abhängigkeit der
Stellung der Nockenvorrichtung (8) als Endlagendämpfung wirken.
12. Variable Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Steuernocken (20) wie auch die
Steuervorsprünge (23) auf dem Führungsabschnitt (30) abgekehrten Seiten
vorgesehen sind.
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