DE202005007502U1

DE202005007502U1 - Vollvariable Hubventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen

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Publication number: DE202005007502U1
Application number: DE200520007502
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2015-04-28

Abstract

Vollvariable Hubventilsteuerung einer Brennkraftmaschine (1 und 2) mit einem Zwischenglied (13), welches über eine erste Angriffsfläche (13c) von einer rotierenden Nockenwelle (1) beaufschlagt wird und über eine zweite Angriffsfläche (13a) auf ein Ventilbetätigungsglied (4) einwirkt, welches mindestens ein schließfederbeaufschlagtes Hubventil (6) betätigt, mit folgendem Aufbau:
– die Hubventilsteuerung ist mit mindestens einem zylindermantelförmigen, umlauffähigen oder drehfesten Abstützelement (12a) mit einem Zentrum C12 versehen.
– das Zwischenglied (13) ist durch einen federrückgestellten Druckhebel (13) gebildet, welcher mit einer Druckrolle (13a) mit einem Zentrum C13 versehen ist, wobei sich der Druckhebel (13) über mindestens eine, konzentrisch zum Zentrum C13 angeordnete Abstützfläche (13b), an einem zylindermantelförmigen Abschnitt des Abstützelements (12a) abstützt.
– der Druckhebel (13) steht über eine Angriffsfläche (13c) mit der Nockenwelle (1) in Wirkverbindung und wird von dieser in eine Schwingbewegung versetzt.
– der Druckhebel (13) steht mit einer zweiten Angriffsfläche mit einem Verstellelement (14) unmittelbar oder...

Description

Die Erfindungen beschreiben vollvariable Hubventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen. Diese Gebrauchsmusteranmeldung ist eine Abzweigung aus der Patentanmeldung DE 10 2005 019 991.7 , deren Priorität für die Schutzansprüche dieser Gebrauchsmusterabzweigung in Anspruch genommen wird.
Technologischer Hintergrund
Mit einer vollvariablen Hubventilsteuerung lässt sich insbesondere eine fremdgezündete Brennkraftmaschine drosselfrei betreiben, wodurch es gelingt, die bei konventioneller Drosselung über weite Lastzustände auftretenden Ladungswechselverluste zu minimieren. Hierdurch lassen sich die Leistungs- und Drehmomentcharakteristik verbessern und der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen reduzieren.
Darüber hinaus zeichnet sich eine derart ausgestattete Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich durch ein verbessertes Ansprechverhalten sowie eine erhöhte Laufruhe aus.
Die Last wird bei einer vollvariablen Hubventilsteuerung durch den Öffnungsquerschnitt der jeweils eingeregelten Erhebungskurve des Einlassventils bestimmt.
Bei solchen Hubventilsteuerungen wird im Teillastbereich neben dem Ventilhub auch die Öffnungsdauer erheblich reduziert, um eine gewünschte Steuerstrategie des „ frühen Einlass schließt" realisieren können. Die Phasenlage der Erhebungskurve kann hierbei vorteilhaft über eine hydraulische Phasenverstelleinrichtung bekannter Bauart optimal der gewünschten Steuerstrategie angepasst werden.
Grundsätzlich können vollvariable Hubventilsteuerungen auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet werden, wodurch eine gewollte Drallsteuerung generiert und damit eine verbesserte Verbrennung erzielt werden kann.
Insbesondere ist es daher von Vorteil, wenn ein einziges, vollvariables Hubventilsteuerungssystem als auf- oder nachrüstendes System sowohl an bestehende Grundmotorenkonzepte mit obenliegenden Nockenwellen (DOHC – Bauart) als auch an Grundmotorenkonzepte mit untenliegender Nockenwelle (OHV – Bauart) mit geringstem Aufwand adaptierbar ist, da Motoren mit untenliegender Nockenwelle und Stößelstangenantrieb aufgrund ihres einfachen und robusten Aufbaus auch als Ottomotor insbesondere auf dem nordamerikanischen Markt noch sehr weit verbreitet sind.
Ebenso findet diese Bauart bei Dieselmotoren eine breite Verwendung.
Um das maximales Potenzial der drosselfreien Laststeuerung bei Ottomotoren zu erschließen, sollte sich mit einer vollvariablen Hubventilsteuerung durch eine entsprechende kinematische Auslegung und Ausgestaltung der Bauteile während einer Nockenphase ein tatsächlicher Nullhub (eindeutige Ventilrast} erzielen lassen, um möglichste kurze Steuerzeiten mit frühem Einlassende und hohen Ventilbeschleunigungen generieren zu können.
Hierbei sind sowohl Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile als auch insbesondere die Positionen der Lagerachsen, Führungen etc. im Zylinderkopfgehäuse zu beachten, welche einen Einfluss auf die Darstellung einer eindeutigen Ventilrast haben.
Im Idealfall sind hierbei alle, für die Darstellung einer eindeutigen Ventilrast relevanten Bauteile an nur einer einzigen Lagerachse als Baugruppe orientiert, wodurch die Fertigung des Zylinderkopfgehäuses mit größeren zulässigen Lagetoleranzen unter Serienbedingungen wesentlich einfacher zu beherrschen und damit auch wesentlich kostengünstiger ist.
Des weiteren sollte die vollvariable Hubventilsteuerung eine möglichst kleine, stetig bewegte Masse aufweisen, um einen problemlosen Einsatz eines derartigen Systems auch bei hochdrehenden Motorkonzepten zu ermöglichen.
Gleichzeitig ist jedoch stets der Einsatz eines hydraulischen Ventilspielausgleichs anzustreben, damit die vorteilhaften akustischen Eigenschaften und der geringe Wartungsaufwand moderner Motoren auch beim Einsatz solcher Hubventilsteuerungen uneingeschränkt beibehalten werden.
Insbesondere wird durch den Einsatz eines hydraulischen Ventilspielausgleichs bei sogenannten Rastkurvengetrieben eine klar definierte Darstellung der Öffnungs- und Schließrampen der Erhebungskurven unter allen thermischen Betriebsbedingungen gewährleistet.
Hierbei muss die, bei einem Ventilspielausgleich auftretende Lageänderung der Getriebebauteile (z.B. Zwischenglied, Abtriebsglied, Abstützelement) zueinander beachtet werden, so dass bei einigen, der Fachwelt an sich bekannten Systemen ein Ausgleich zwangläufig am ventilseitigem Ende eines Schwinghebels erfolgen muss, um stets eine kinematisch eindeutig definierte Bauteillage zur Darstellung der eindeutigen Ventilrast zu gewährleisten.
Ein ventilseitig angeordnetes Ausgleichelement ist hierbei jedoch stetig mitbewegt, wodurch die auftretenden Massenkräfte erhöht werden und damit die Drehzahlfestigkeit eines derartigen Systems nachteilig beeinflusst sein kann.
Stand der Technik
Zunächst wird eine Hubventilsteuerung aus dem Stand der Technik, wie er aus der Patentanmeldung DE 10 2005 003 304 , bzw. deren Gebrauchsmusterabzweigung DE 20 2005 001 599 des Erfinders hervorgeht, mit Hilfe der 5 erläutert.
In der 5 (Stand der Technik) ist eine vollvariable Hubventilsteuerung mit zwei parallel betätigten, schließfederbeaufschlagten Hubventilen 6 gezeigt.
Dieser Hubventilsteuerung gemäß dem Stand der Technik liegt die Idee zugrunde, eine Hubventilsteuerung nach dem Grundprinzip eines Planetengetriebes zu gestalten, welches sich aus „einem Sonnenrad, einem Planetenrad und einem Hohlrad" zusammensetzt.
Hierbei wird das „Sonnenrad" durch zwei axial benachbarte, wälzgelagerte Abstützrollen 12a mit einem Zentrum C12 gebildet, welche umlauffähig auf einem, als ortsfeste Lagerachse 12 ausgebildeten Abstützelement 12 umlauffähig gelagert sind, wobei der Druckhebel 13 als Teilstück eines „Planetenrads" mit dem Zentrum C13 gebadet ist. Der ergänzende Verlauf des Druckhebels 13 zu der Kreisform eines „Planetenrads" ist in der 5 durch Punkt-Strich Linien schematisch dargestellt.
Das „Hohlrad" wird hierbei als Abschnitt von der Ventilrastsektion 4a einer Steuerkulisse 4d eines Gabelschlepphebels 4 gebadet, dessen ergänzender Verlauf zu der Kreisform eines „Hohlrads" ebenfalls in der 5 schematisch als Punkt-Strich Linie dargestellt ist.
Der, als Kipphebel ausgestaltete, Druckhebel 13 liegt hierbei im wesentlichen vertikal angeordnet und wird seitlich von einer, als Exzenterwelle 14 ausgestalteten Verstellwelle 14 mit dem Drehzentrum C14 abgestützt und zu einer Änderung des Hubverlaufs von der Exzenterwelle 14 verlagert.
Gleichzeitig stützt sich der Druckhebel 13 stets mit seinem oberen Ende über zwei axial benachbart angeordnete, kreisbogenförmige Abstützflächen 13b mit dem Zentrum C13 an den beiden axial benachbarten Zylindermantelflächen der Abstützrollen 12a ab.
An seinem unteren Ende ist der Druckhebel 13 mit der wälzgelagerten Druckrolle 13a versehen, welche umlauffähig auf einem Achsbolzen um das Zentrum C13 gelagert ist. Die Abstützflächen 13b am oberen Ende des Druckhebels 13 liegen hierbei konzentrisch zum Zentrum C13 der Druckrolle 13a angeordnet.
Der Druckhebel 13 wird an seinem oberen Ende über eine Abgriffrolle vom Nocken der, um die Achse C1 rotierenden, Nockenwelle 1 in eine Schwingbewegung versetzt, wobei der Druckhebel 13 von mindestens einer vorgespannten Rückstellfeder beaufschlagt ist, wodurch der Kontakt des Druckhebels 13 zur Nockenwelle 1 und Exzenterwelle 14 stets gewährleistet wird.
Der Druckhebel 13 liegt hierbei axial mittig in der Zylinderebene angeordnet steht über seine Druckrolle 13a mit der Steuerkulisse 4d des Gabelschlepphebels 4 in Kontakt.
Der Gabelschlepphebel 4 ist gehäuseseitig schwenkbeweglich um die ortsfeste Lagerachse C5 auf der Lagerachse 5 gelagert und wirkt mit seinem freien Ende über ventilseitig angeordnete, integrierte hydraulische Ventilspielausgleichelemente bekannter Bauart parallel auf die beiden Hubventile 6 ein.
Die Steuerkulisse 4d des Gabelschlepphebels 4 geht hierbei von der Ventilrastsektion 4a, welche bei geschlossenen Hubventilen 6 konzentrisch zur Lagerachse C12 der Abstützrollen 12a angeordnet liegt, über eine Anlauframpe 4b in eine, sich in Richtung der Abstützrollen 12a erstreckende Hubsektion 4c über.
Die Exzenterwelle 14 erstreckt sich bevorzugt über mehrere Zylinder und kann über eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung (Aktuator) um ihre Lagerachse C14 verdreht werden, wobei beispielsweise ein elektrischer Stellmotor über ein zwischengeschaltetes Schneckengetriebe mit der Exzenterwelle 14 in Antriebsverbindung steht.
Bei dieser Hubventilsteuerung beschreibt das Zentrum C13 der Druckrolle 13a bei einer, durch den Nocken bewirkten, Schwingbewegung des Druckhebels 13 hierbei stets einen Kreisbogen, welcher konzentrisch zum Zentrum C12 der Abstützrollen 12a verläuft.
Hier sei kurz darauf hingewiesen, das bei einer Schwingbewegung des Druckhebels 13 kein eindeutiges Drehzentrum des Druckhebels 13 gegeben ist, vielmehr ergibt sich ein Bewegungsablauf des Druckhebels 13 aus einer überlagerten schwenkbeweglichen und translatorischen Bewegungskomponente, wobei der Druckhebel entlang der Exzenterkontur der Exzenterwelle 14 und den Abstützrollen 12a geführt wird.
Durch eine Drehbewegung der Exzenterwelle 14 um ihr Zentrum C14 wird eine Verlagerung des Druckhebels 13 bewirkt, wobei sich das Zentrum C13 der Druckrolle 13a im Kreisbogen um das Zentrum C12 der Abstützrollen 12a bewegt und damit der Eingriffsbereich der Druckrolle 13a auf die Steuerkulisse 4d verlagert wird.
Hierdurch lässt sich in Verbindung mit der, konzentrisch zum Zentrum C12 angeordneten, Ventilrastsektion 4a am Gabelschlepphebel 4 eine Ventilrast innerhalb der Nockenphasen darstellen, wobei sich die Hubventilsteuerung durch das Verdrehen der Exzenterwelle 14 stufenlos von einer Maximalerhebungskurve bis zu einer Ventilabschaltung variieren lässt. Vorteilhaft an dieser Hubventilsteuerung ist ein einfacher konstruktive Aufbau, sowie die geringe Anzahl der Bauteile.
Leider lässt diese Ausgestaltungsform eines Hubventilsteuerungssystems eine Adaption an Motorkonzepte mit untenliegender Nockenwelle und Stößelstangenantrieb (OHV – Motor) aufgrund der Bauteilanordnung nicht ohne einen zusätzlichen, bewegten Umlenkhehel zu.
Weiter muss zur Darstellung einer eindeutigen Ventilrast eine eindeutige Lage der Ventilrastsektion 4a zum Zentrum der C12 der Abstützrollen 12a bei geschlossenem Hubventil 6 gewährleistet werden, wobei die Relativlage der Lagerachse C5 des Gabelschlepphebels 4 zur Lagerachse C12 der Abstützrollen 12a einen direkten Einfluss hat. Hierzu müssen Lagerbohrungen oder ggf. alternative Befestigungspunkte (Flächen und Befestigungen mit Passschrauben, Aufnahmeschalen etc.) für die Lagerachse C5 und für die Lagerachse C12 im Zylinderkopfgehäuse mit höchster Lagepräzision im Gehäuse gefertigt werden, was mit einem aufwendigen Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozess des Zylinderkopfgehäuses verbunden sein kann.
Von Nachteil kann es weiter sein, das der hydraulische Ventilspielausgleich am ventilseitigem, freien Ende des Gabelschlepphebels 4 vorgesehen ist, wodurch sich größere bewegten Massen ergeben.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 1 ist es, eine optimierte Ausgestaltung einer Hubventilsteuerungen aus der DE 10 2005 003 304.0 aufzuzeigen, bei welcher der Druckhebel in der Hubventilsteuerung derart ausgestaltet und angeordnet wird, das die Hubventilsteuerung mit geringsten konstruktiven Änderungen problemlos an Brennkraftmaschinen mit unterliegender Nockenwelle und Stößelstangenantrieb (OHV- Motoren) adaptiert werden kann.
Weiter soll eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsform aufgezeigt werden, welche größere Lagetoleranzen bei der Fertigung des Zylinderkopfgehäuses erlaubt, wodurch dessen Herstellung einfacher zu beherrschen ist, die Betriebssicherheit erhöht und die Herstellkosten erheblich reduziert werden.
Hierbei soll zusätzlich eine Möglichkeit aufgezeigt werden, mit welcher eine Verlagerung des hydraulischen Ventilspielausgleichselements auf einen statischen Bereich der Hubventilsteuerung erzielt werden kann, wobei dennoch stets eine eindeutige, kinematische Lagezuordnung der Bauteile zur Darstellung einer eindeutigen Ventilrast erhalten bleibt.
Für jene Merkmale der erfinderischen Hubventilsteuerung, welche bereits aus der DE 10 2005 003 304.0 hervorgehen, wird deren Priorität beansprucht.
Lösung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hubventilsteuerung (1 und 2) mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Die Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 1 soll zunächst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung 1 und 2 erläutert werden.
Gezeigt wird der Steuermechanismus eines einzelnen, schließfederbeaufschlagten Einlassventils 6, wobei die Hubventilsteuerung bevorzugt für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlassventilen 6 pro Zylinder vorgesehen ist.
Funktionsgleiche Bauteile sind in den gezeigten 1 und 2 der Beschreibung sind mit den gleichen Bezugszeichen wie beim genannten Stand der Technik gemäß 5 versehen.
1 zeigt eine Hubventilsteuerung als Teilschnitt durch die Hubventilebene während der Grundkreisphase, wobei die Exzenterwelle 14 in ihrer Winkellage auf eine maximale Erhebungskurve eingeregelt ist.
2 zeigt die Hubventilsteuerung aus der 1 in der Draufsicht, wobei die Exzenterwelle 14 zur besseren Übersicht nicht dargestellt sind.
Der, als Kipphebel ausgestaltete, Druckhebel 13 liegt bei dieser optimierten Hubventilsteuerung im Unterschied zum Stand der Technik im wesentlichen horizontal angeordnet und wird hierbei etwa mittig seiner Längsachse von einer, als Exzenterwelle 14 ausgestalteten Verstellwelle 14 mit dem Drehzentrum C14 von oben abgestützt und zu einer Änderung des Hubverlaufs in seiner Lage verstellt.
Der Exzenter ist hierbei kleiner dem Lagerdurchmesser der Exzenterwelle 14 gefertigt, wodurch diese vorteilhaft als Steckwelle in ungeteilten Lagerbohrungen gelagert werden kann.
Alternativ hierzu kann der Exzenter auch größer dem Lagerdurchmesser gefertigt sein, wobei zwischen dem Druckhebel und dem Exzenter auch eine reibungsmindernde, wälzgelagerte Laufrolle zwischengeschaltet sein kann.
Alternativ können auch zwei axial benachbarte Exzenter für einen einzelnen Druckhebel 13 vorgesehen werden, welche an außenliegenden Abstütznasen an den Seitenteilen des Druckhebels 13 von oben an diesem angreifen, wobei die korrespondierenden Kontaktflächen der Abstütznasen mit Vorteil in etwa in Höhe der Lagerachse C12 der Abstützrolle 12a angeordnet liegen. Hierbei findet nur eine sehr geringfügige Relativbewegung zwischen den Exzentern und dem Druckhebel 13 im Kontaktpunkt statt.
Der Druckhebel stützt sich weiter über eine kreisbogenförmige Abstützfläche 13b mit dem Zentrum C13 an der Zylindermantelfläche der Abstützrolle 12a ab.
Hierbei liegt die Abstützfläche 13a im wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik in etwa mittig der Längsachse des Druckhebels 13 innerhalb dessen zwischen seinen Seitenteilen an einer Strebe angeordnet.
Die, bevorzugt wälzgelagerte, Abstützrolle 12a ist um die Lagerachse C 12 drehbeweglich gelagert, wobei der Lagerbolzen der Abstützrolle 12a am oberen Ende eines Abstützhebels 12 befestigt ist, und der Abstützhebel 12 selbst schwenkbeweglich um die Lagerachse C5 des Schlepphebels 4 gelagert ist.
Da es bei einer Schwingbewegung des Druckhebels 13 nur zu einer geringfügigen Relativbewegung zwischen Abstützrolle 12a und Abstützfläche 13b kommt, kann die Abstützrolle 12a im einfachsten Falle auch lediglich durch eine zylindermantelförmige Gleitfläche mit einem Zentrum C2 ersetzt sein, welche am Abstützhebel 12 selbst gefertigt sein kann.
Der Abstützhebel 12 ist im Ausführungsbeispiel an seinem unteren Ende von einem gehäuseseitig angeordneten, hydraulischem Ventilspielausgleichelement 9 bekannter Bauart beaufschlagt, wobei ein Ventilspielausgleich durch eine gemeinsame Drehbewegung des Abstützhebels 12, des Druckhebels 13 und des Schlepphebels 4 um die Lagerachse C5 erfolgt. Hierbei bleibt eine eindeutige kinematische Lagezuordnung der Ventilrastsektion 4a zum Zentrum C12 der Abstützrolle 12a stets gewährleistet, wobei die stetig bewegten Massen durch die gehäuseseitige Anordnung des Ventilspielausgleichelements 9 erheblich reduziert werden.
Gleichzeitig sind die Zentrumslage C12 der Abstützrolle 12a durch den Abstützhebel 12 und die Lage der Ventilrastsektion 4a am Schlepphebel 4 hierbei gemeinsam an der Lagerachse C5 orientiert, wodurch keine weitere Lagerachse im Zylinderkopfgehäuse einen Einfluss auf die relative kinematische Anordnung der Bauteile zueinander bezüglich der Darstellung einer eindeutigen Ventilrast während der Nockenphase nimmt. Hierdurch wird die Fertigung des Gehäuses wesentlich vereinfacht.
Der Abstützhebel 12 und der Schlepphebel 4 selbst können hierbei als einzelnes, kompaktes Bauteil mit höchster Präzision gefertigt werden.
Hier sei jedoch insbesondere angemerkt, das der Ventilspielausgleich erfindungsgemäß nicht zwangläufig über den Abstützhebel 12 erfolgen muss, dies stellt lediglich eine vorteilhafte Ausgestaltung dar.
Es ist alternativ auch möglich, das sich der, über eine Bohrung an der Lagerachse 5 orientierte Abstützhebel 12 lediglich an einem ortsfesten Bezugspunkt im Zylindergehäuse oder an einem Zylinderabschnitt der Nockenwelle 1 abstützt und ein Ventilspielausgleich, wie bereits im Stand der Technik angeregt, am ventilseitigem, freien Ende des Schlepphebels 4 erfolgen kann.
Insbesondere kann hierbei alternativ auch ein Gabelschlepphebel vorgesehen werden, welcher parallel auf zwei Hubventile einwirkt.
Um die gemeinsame Lagerung des Abstützhebels 12 und des Schlepphebels 4 auf der Lagerachse 5 zu ermöglichen, wird der Schlepphebel 4 mit Vorteil an seinem gelagerten Ende gegabelt ausgestaltet.
Der Druckhebel 13 ist an seinem einem Ende mit der wälzgelagerten Druckrolle 13a versehen, welche umlauffähig auf einem Achsbolzen um das Zentrum C13 gelagert ist. Die Abstützfläche 13b des Druckhebels 13 liegt hierbei konzentrisch zum Zentrum C13 der Druckrolle 13a angeordnet.
Der Druckhebel 13 wird an seinem anderem Ende über eine Abgriffrolle 13c oder alternativ über eine angeformte, konvexe Gleitfläche vom Nocken der, um die Achse C1 rotierenden, Nockenwelle 1 in eine Schwingbewegung versetzt, wobei der Druckhebel 13 an seinem einem Ende am überstehenden Lagerbolzen der Druckrolle 13a beidseitig von einer vorgespannten, bügelförmigen Torsionsschenkelfeder 7 in Richtung der Exzenterwelle 14 mit einer Kraft beaufschlagt ist, wobei stets der satte Kontakt des Druckhebels 13 zur Exzenterwelle 14 und zur Nockenwelle 1 gewährleistet wird.
Der Druckhebel 13 liegt axial mittig in der Hubventilebene angeordnet steht über seine Druckrolle 13a mit der Steuerkulisse 4d des Schlepphebels 4 in Kontakt.
Der Schlepphebel 4 steht hierbei mit seinem freien Ende mit dem Hubventil 6 in Kontakt.
Die Steuerkulisse 4d des Schlepphebels 4 geht von der Ventilrastsektion 4a, welche bei geschlossenem Hubventil 6 konzentrisch zur Lagerachse C12 der Abstützrolle 12a (oder alternativ zum Zentrum C12 einer zylindermantelförmigen Gleitfläche) angeordnet liegt, über eine Anlauframpe 4b in eine, sich in Richtung des Zentrums C12 erstreckende Hubsektion 4c über.
Die Exzenterwelle 14 erstreckt sich bevorzugt über mehrere Zylinder und kann über eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung (Aktuator) um ihre Lagerachse C14 verdreht werden, wobei beispielsweise ein elektrischer Stellmotor über ein zwischengeschaltetes Schneckengetriebe mit der Exzenterwelle 14 in Antriebsverbindung steht.
Ebenso ist der kurbelwellenseitige Antrieb der Nockenwelle 1 vorteilhaft durch eine Phasenverstelleinrichtung bekannter Bauart ergänzt.
Wie für den Fachmann sofort ersichtlich wird, kann aufgrund der neuen Bauteilanordnung und Ausgestaltung der Antrieb des Druckhebels 13 alternativ mit geringsten konstruktiven Änderungen durch eine untenliegende Nockenwelle über eine Stößelstange erfolgen, wobei lediglich die Nockenabgriffrolle 13c durch eine Kugelpfanne ersetzt wird, in welcher eine Stößelstange sphärisch gelagert ist und die Nockenwelle über die zwischengeschaltete Stößelstange auf den Druckhebel 13 einwirkt.
Die Kugelpfanne kann hierbei stoffschlüssig mit dem Druckhebel 13 gefügt sein. Alternativ kann auch ein Bolzen am Ende des Druckhebels 13 vorgesehen sein, wobei die Stößelstange über eine komplementär ausgestaltete Halbschale an diesem angreift.
Der stößelseitige Antrieb mindestens eines Auslassventils kann über einen einfachen Kipphebel erfolgen, welcher ebenfalls auf der Lagerachse 5 schwenkbeweglich gelagert sein kann.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 1 soll hier kurz erläutert werden.
Im folgendem wird angenommen, dass sich die Hubventilsteuerung in der, in 1 gezeigten Position befindet.
Wird nun die Nockenwelle 1 in eine Rotation versetzt, so wirkt nach der Grundkreisphase der Nocken von unten über die Abgriffrolle 13c auf den Druckhebel 13 ein, welcher hierbei eine Kippbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn erfährt.
Hierbei stützt sich der Druckhebel 13 einerseits mit seiner oberen, ebenen oder gewölbten Fläche an der Exzenterwelle 14 ab und stützt sich andererseits mit seiner kreisbogenförmigen Druckfläche 13b an der Zylindermantelfläche der Abstützrolle 12a ab.
Durch die Kippbewegung des Druckhebels 13 wird die Druckrolle 13a über die Anlauframpe 4b mit nachfolgender Hubsektion 4c auf den Schlepphebel 4 wirksam, wobei dieser voll um seine gehäuseseitige Lagerachse C5 auslenkt wird und dabei das Hubventil 6 maximal öffnet.
Im weiteren Verlauf folgt die Abgriffrolle 13c des Druckhebels 13 der absteigenden Nockenflanke, wobei der Druckhebel 13 und der Schlepphebel 4 aufgrund der Rückstellkräfte von Ventilfeder und Torsionsschenkelfeder 7 wieder ihre Ausgangsstellungen einnehmen. Hierbei wird das Hubventil 6 wieder geschlossen.
Im Folgenden wird angenommen, das die Exzenterwelle 14 durch die Verstelleinrichtung um 180 Grad um die Lagerachse C14 verdreht wird. (Stellung für Nullhub) Hierbei erfährt der Druckhebel 13 eine Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn, wobei das Zentrum C13 der Druckrolle 13a eine Bewegungsbahn erfährt, welche einen Kreisbogen um das Zentrum C12 der Abstützrolle 12a beschreibt.
Hierbei verlagert sich gleichzeitig der Berührpunkt zwischen Druckrolle 13a und der Ventilrastsektion 4a, wobei nach der Verlagerung des Druckhebels 13 die Druckrolle 13a mit dem oberen Ende der Ventilrastsektion 4a in Kontakt steht.
Wird nun nach der Grundkreisphase der Nocken der Nockenwelle 1 erneut über die Abgriffrolle 13c auf den Druckhebel 13 wirksam, so steht dieser mit seiner Druckrolle 13a während der gesamten Nockenphase nur mit der Ventilrastsektion 4a des Schlepphebels 4 in Kontakt, wobei das Zentrum C13 der Druckrolle 13 eine kreisbogenförmige Bewegungsbahn um das Zentrum C12 der Abstützrolle 12 beschreibt.
Dabei wird die Lagerachse C13 der Druckrolle 13a lediglich entlang einer Äquidistanten zur Ventilrastsektion 4a bewegt, wodurch die Druckrolle 13a nicht in Öffnungsrichtung auf den Schlepphebel 4 einwirken kann.
Hierbei verharrt der Schlepphebel 4 in seiner Stellung und wirkt nicht auf das Hubventil 6 ein. (Nullhub) Durch ein beliebiges Verdrehen der Exzenterwelle 14 lässt sich sowohl der Ventilhub als auch die Öffnungsdauer des beaufschlagten Hubventils 6 von einer Maximalerhebungskurve bis zu einer Ventilabschaltung stufenlos variieren.
Hierzu 1 und 2
Stand der Technik
Im folgenden soll eine weitere Hubventilsteuerung, wie er aus der zum Anmeldezeitpunkt dieser Anmeldung noch nicht offenbarten Patentanmeldung DE 10 2005 014 064 bzw. deren Gebrauchsmusterabzweigung DE 20 2005 005 345 des Erfinders hervorgeht, mit Hilfe der 6 erläutert werden.
In der 6 (nicht öffentlicher Stand der Technik) ist eine vollvariable Hubventilsteuerung mit zwei parallel betätigten, schließfederbeaufschlagten Hubventilen 6 gezeigt.
Im gezeigtem Ausführungsbeispiel ist in einteiliger, gegabelter Druckhebel 31 mit zwei Druckrollen 31a axial in den Hubventilebenen und einer einzelnen Abgriffrolle 31c axial in der Zylinderebene versehen, wobei der Druckhebel 31 im wesentlichen horizontal in einem Zylinderkopf angeordnet liegt und an seinem einem Ende mit einem bogenförmigen Zahnsegment mit dem Teilkreis TK versehen ist.
Diese Bogenverzahnung steht hierbei mit der Geradverzahnung einer linear verstellbaren Zahnstange 21 im Eingriff Hierbei stützt sich der Druckhebel 31 über zwei axial zu seiner Bogenverzahnung benachbart angeordnete, kreisbogenförmige Abstützflächen 31b an zwei, beidseitig der Geradverzahnung angeordneten, geradlinigen Führungsflächen 21a an der Zahnstange ab.
Die kreisbogenförmigen Abstützflächen 31b und das bogenförmige Zahnsegment des Druckhebels 31 liegen hierbei konzentrisch zur Lagerachse C31 der Druckrollen 31a angeordnet.
Eine Abstützung des Druckhebels 31 durch die kreisbogenförmigen Abstützflächen 31b an den geradlinigen Führungsflächen 21a der Zahnstange 21 gewährleistet hierbei stets die erforderliche, hohe Bewegungspräzision des Druckhebels 31.
Hierbei sind die Abstützflächen 31b am Druckhebel 31 mit Vorteil als Zylindenmantelsegment und die Führungsflächen 21a an der Zahnstange 21 als ebene Fläche ausgebildet.
Der Druckhebel 31 wird über eine wälzgelagerte Abgriffrolle 31c an seinem freien Ende vom Nocken einer, um die Achse C11 rotierenden, Nockenwelle 11 in eine Schwingbewegung versetzt, wobei der Druckhebel 31 in seinem mittleren Bereich von einer vorgespannten Rückstellfeder 71 in Richtung der Nockenwelle 11 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt ist, wodurch stets der satte Kontakt zwischen Abgriffrolle 31e und Nockenwelle 11 gewährleistet wird.
Der Druckhebel 31, welcher axial mittig in der Zylinderebene angeordnet liegt, steht über seine beiden Druckrollen 31a mit den beiden, in den Hubventilebenen angeordneten, Steuerkulissen 41d eines Gabelschlepphebels 41 in Kontakt.
Der Gabelschlepphebel 41 ist hierbei gehäuseseitig schwenkbeweglich um die ortsfeste Achse C51 auf der Lagerachse 51 gelagert und wirkt mit seinem freien Ende über ventilseitig angeordnete, integrierte hydraulische Ventilspielausgleichelemente bekannter Bauart parallel auf die beiden schließfederbeaufschlagten Hubventile 61 ein.
Jede Steuerkulisse 41d des Gabelschlepphebels 41 geht hierbei von einer geradlinigen, ebenen Ventilrastsektion 41a, welche während der Ventilrast, d.h. bei geschlossenem Hubventil 61, parallel zu den geradlinigen Führungsflächen 21a angeordnet liegt, über eine Anlauframpe 41b in eine, sich in Richtung der Führungsflächen 21a erstreckende, Hubsektion 41c über.
Bei dieser Hubventilsteuerung beschreibt das Zentrum C31 der Druckrolle 31a bei einer, durch den Nocken bewirkten, Schwingbewegung des Druckhebels 31 hierbei stets eine geradlinige Bewegungsbahn, welche parallel zu den Führungsflächen 21a verläuft.
Durch ein Verschieben der Zahnstange wird eine Verlagerung des Druckhebels 31 bewirkt, wobei das Zentrum C31 der Druckrolle 31a entlang einer Parallelen zur Führungsfläche 21a bewegt und damit der Eingriffsbereich der Druckrolle 31a auf die Steuerkulisse 41d verlagert wird.
Hierdurch lässt sich in Verbindung mit der, bei geschlossenem Hubventil parallel zur Führungsfläche 21a angeordneten, Ventilrastsektion 41a am Gabelschlepphebel 41 eine Ventilrast innerhalb der Nockenphasen darstellen, wobei sich die Hubventilsteuerung von einer Maximalerhebungskurve bis zu einer Ventilabschaltung stufenlos variieren lässt.
In einer alternativen Ausgestaltungsform wird in jener Anmeldung vorgeschlagen, das die Führungsflächen 21a ortsfest mit der Zylinderkopfstruktur gefügt sind, und der Druckhebel 31 von oben durch einen linear geführten Stößel oder durch eine Kurbel- oder Exzenterwelle entlang der Führungsflächen 21a verlagert wird.
Auch bei einer derartigen Hubventilsteuerung ist bei einer Schwingbewegung des Druckhebels 13 kein eindeutiges Drehzentrum des Druckhebels 13 gegeben, vielmehr ergibt sich ein Bewegungsablauf des Druckhebels 13 aus einer überlagerten schwenkbeweglichen und translatorischen Bewegungskomponente, wobei der Druckhebel entlang einer Zahnstange oder einer Angriffsfläche eines anderen Verstellelements und den Führungsflächen 21a geführt ist.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 6 ist es, eine optimierte Ausgestaltung einer Hubventilsteuerungen aus der DE 10 2005 014 064 aufzuzeigen, bei welcher der Druckhebel in der Hubventilsteuerung derart ausgestaltet und angeordnet wird, das die Hubventilsteuerung mit geringsten konstruktiven Änderungen problemlos an Brennkraftmaschinen mit untenliegender Nockenwelle und Stößelstangenantrieb (OHV- Motoren) adaptiert werden kann.
Weiter soll eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsform aufgezeigt werden, welche größere Lagetoleranzen bei der Fertigung des Zylinderkopfgehäuses erlaubt, wodurch dessen Herstellung einfacher zu beherrschen ist, die Betriebssicherheit erhöht und die Herstellkosten erheblich reduziert werden.
Hierbei soll zusätzlich eine Möglichkeit aufgezeigt werden, mit welcher eine Verlagerung des hydraulischen Ventilspielausgleichselements auf einen statischen Bereich der Hubventilsteuerung erzielt werden kann, wobei dennoch stets eine eindeutige, kinematische Lagezuordnung der Bauteile zur Darstellung einer eindeutigen Ventilrast erhalten bleibt.
Für jene Merkmale der erfinderischen Hubventilsteuerung, welche bereits aus der DE 10 2005 014 064 hervorgehen, wird deren Priorität beansprucht.
Lösung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hubventilsteuerung (3 und 4) mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs 6 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Die Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 6 soll zunächst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung 3 und 4 erläutert werden.
Gezeigt wird der Steuermechanismus eines einzelnen, schließfederbeaufschlagten Einlassventils 61, wobei die Hubventilsteuerung bevorzugt für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlassventilen pro Zylinder vorgesehen ist.
Funktionsgleiche Bauteile sind in den gezeigten 3 und 4 der Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen wie beim genannten Stand der Technik gemäß 6 versehen.
3 zeigt eine Hubventilsteuerung von der Stirnseite des Zylinderkopfs während der Grundkreisphase, wobei die Exzenterwelle 81 auf eine maximale Erhebungskurve eingeregelt ist.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit des Verstellmechanismus.
Im wesentlichen Unterschied zum Stand der Technik gemäß 6, ist der Druckhebel 31 bei dieser optimierten Hubventilsteuerung als Kipphebel ausgestaltet und wird hierbei etwa mittig seiner Längsachse an seiner oberen Seite von einer, als Exzenterwelle 81 ausgestalteten Verstellwelle 81 mit dem Drehzentrum C81 abgestützt und zu einer Änderung des Hubverlaufs in seiner Lage verstellt.
Der Exzenter ist hierbei kleiner dem Lagerdurchmesser der Exzenterwelle 81 gefertigt, wodurch diese vorteilhaft als Steckwelle in ungeteilten Lagerbohrungen gelagert werden kann.
Alternativ hierzu kann der Exzenter auch größer dem Lagerdurchmesser gefertigt sein, wobei zwischen dem Druckhebel 31 und dem Exzenter auch eine reibungsmindernde, wälzgelagerte Laufrolle zwischengeschaltet sein kann.
Weiter kann zwischen dem Exzenter der Exzenterwelle 81 und dem Druckhebel 31 eine zusätzliche, schwenkbeweglich angeordnete Druckstrebe 101 vorgesehen werden, wie dies beispielhaft in der 4 gezeigt ist. Mit Vorteil greift die Druckstrebe 101 hierbei durch ein Kugelgelenk mittig innerhalb des Druckhebels 31 möglichst nah am Berührpunkt zwischen der Druckfläche 31a und den Führungsflächen 21a am Druckhebel 31 an, wodurch nur eine sehr geringfügige Gleitbewegung zwischen den Druckflächen 31a und den Führungsflächen 21a im Kontaktpunkt stattfindet.
Ebenso kann der Druckhebel 31 von einem Stößel von oben beaufschlagt und abgestützt sein, welcher linear in der Zylinderkopfstruktur geführt wird. Dieser ist mit Vorteil auf seiner Unterseite mit einer Laufrolle versehen und wirkt von oben auf den Druckhebel 31 ein. Der Stößel wird von der Exzenterwelle 81 beaufschlagt und verlagert, wobei der Angriffspunkt der Laufrolle auf den Druckhebel 31 möglichst nah am Berührpunkt zwischen der Druckfläche 31a und den Führungsflächen 21a liegt, wodurch ebenfalls nur eine sehr geringfügige Gleitbewegung zwischen den Druckflächen 31a und den Führungsflächen 21a im Kontaktpunkt stattfindet.
Der Druckhebel 31 stützt sich weiter über zwei axial benachbarte, an den Außenseiten des Druckhebels 31 gefertigte, kreisbogenförmige Abstützflächen 31b mit dem Zentrum C31 an zwei korrespondierenden, ebenen Führungsflächen 21a ab.
Im wesentlichen Unterschied zum vorgenannten Stand der Technik sind die Abstützflächen 31a hierbei im etwa mittig in der Längsachse des Druckhebels 31 angeordnet.
Die korrespondierenden Führungsflächen 21a sind an dem gegabelten Abstützhebel 21 gefertigt, wobei der Abstützhebel 21 selbst schwenkbeweglich um die Lagerachse C51 des Schlepphebels 41 gelagert ist.
Der Abstützhebel 21 ist hierbei an seinem unteren Ende von einem gehäuseseitig angeordneten, hydraulischem Ventilspielausgleichelement 91 bekannter Bauart beaufschlagt, wobei ein Ventilspielausgleich durch eine gemeinsame Drehbewegung des Abstützhebels 21, des Druckhebels 31 und des Schlepphebels 41 um die Lagerachse C51 erfolgt.
Hierbei bleibt eine eindeutige kinematische Lagezuordnung der geradlinigen Ventilrastsektion 41a zu den geradlinigen Führungsflächen 21a stets gewährleistet, wobei die stetig bewegten Massen durch die gehäuseseitige Anordnung des Ventilspielausgleichelements 91 erheblich reduziert werden.
Gleichzeitig ist die Lage der Führungsflächen 21a durch den Abstützhebel 21 und die Lage der Ventilrastsektion 41a hierbei gemeinsam an der Lagerachse C51 orientiert, wodurch keine weitere Lagerachse oder Bearbeitungsfläche im Zylinderkopfgehäuse einen Einfluss auf die relative kinematische Anordnung der Bauteile zueinander bezüglich der Darstellung einer eindeutigen Ventilrast während der Nockenphase nimmt.
Hierdurch wird die Fertigung des Zylinderkopfgehäuses wesentlich vereinfacht.
Der Abstützhebel 21 und der Schlepphebel 41 selbst können hierbei als einzelnes, kompaktes Bauteil mit höchster Präzision gefertigt werden.
Hier sei jedoch insbesondere angemerkt, das der Ventilspielausgleich erfindungsgemäß nicht zwangläufig über den Abstützhebel 21 erfolgen muss, dies stellt lediglich eine vorteilhafte Ausgestaltung dar.
Es ist grundsätzlich auch möglich, das sich der, auf der Lagerachse 51 orientierte Abstützhebel 21 lediglich an einem ortsfesten Bezugspunkt der Zylinderkopfstruktur oder an einem Zylinderabschnitt der Nockenwelle gleitend oder wälzend abstützt und der Ventilspielausgleich, wie bereits im Stand der Technik angeregt, am ventilseitigem, freien Ende des Schlepphebels 41 erfolgen kann.
Der Druckhebel 31 ist an seinem einem Ende mit der wälzgelagerten Druckrolle 31a versehen, welche umlauffähig auf einem Achsbolzen um das Zentrum C31 gelagert ist. Die Abstützfläche 31b des Druckhebels 31 liegt hierbei konzentrisch zum Zentrum C31 der Druckrolle 31a angeordnet.
Der Druckhebel 31 wird an seinem anderem Ende über eine Abgriffrolle 31c oder alternativ über eine angeformte konvexe Gleitfläche vom Nocken der, um die Achse C11 rotierenden, Nockenwelle 11 in eine Schwingbewegung versetzt, wobei der Druckhebel 31 an seinem einem Ende am axial überstehendem Lagerbolzen der Druckrolle 31a beidseitig von einer vorgespannten, bügelförmigen Torsionsschenkelfeder 71 in Richtung der Exzenterwelle 81 mit einer Kraft beaufschlagt ist, wodurch stets der satte Kontakt des Druckhebels 31 zur Exzenterwelle 81 und zu der Nockenwelle 11 gewährleistet wird.
Der Druckhebel 31 liegt hierbei axial mittig in der Hubventilebene angeordnet steht über seine Druckrolle 31a mit der Steuerkulisse 41d des Schlepphebels 41 in Kontakt.
Der Schlepphebel 41 steht weiter mit seinem freien Ende mit dem Hubventil 61 in Kontakt. Die Steuerkulisse 41d des Schlepphebels 41 geht hierbei von der geradlinigen, ebenen Ventilrastsektion 41a, welche bei geschlossenem Hubventil 61 parallel in einem Abstand A zu den Führungsflächen 21a am Abstützhebel 21 angeordnet liegt, über eine Anlauframpe 41b in eine, sich in Richtung der Führungsflächen 21a erstreckende Hubsektion 41c über.
Die Exzenterwelle 81 erstreckt sich bevorzugt über mehrere Zylinder und kann über eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung (Aktuator) um ihre Lagerachse C81 verdreht werden, wobei beispielsweise ein elektrischer Stellmotor über ein zwischengeschaltetes Schneckengetriebe mit der Exzenterwelle 81 in Antriebsverbindung steht.
Ebenso ist der kurbelwellenseitige Antrieb der Nockenwelle 11 vorteilhaft durch eine Phasenverstelleinrichtung bekannter Bauart ergänzt.
Wie für den Fachmann sofort ersichtlich wird, kann aufgrund der neuen Bauteilanordnung und Ausgestaltung der Antrieb des Druckhebels 31 alternativ mit geringsten konstruktiven Änderungen durch eine untenliegende Nockenwelle über eine Stößelstange erfolgen, wobei lediglich die Nockenabgriffrolle 31c durch eine Kugelpfanne ersetzt wird, in welcher eine Stößelstange sphärisch gelagert ist und die Nockenwelle über die zwischengeschaltete Stößelstange auf den Druckhebel 31 einwirkt.
Die Kugelpfanne kann hierbei stoffschlüssig mit dem Druckhebel 31 gefügt sein. Alternativ kann auch ein Bolzen am Ende des Druckhebels 31 vorgesehen sein, wobei die Stößelstange über eine komplementär ausgestaltete Halbschale an diesem angreift.
Der stößelseitige Antrieb mindestens eines Auslassventils kann über einen einfachen Kipphebel erfolgen, welcher ebenfalls auf der Lagerachse 51 schwenkbeweglich gelagert sein kann.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels gemäß 3 soll hier kurz erläutert werden.
Im folgendem wird angenommen, dass sich die Hubventilsteuerung in der, in 3 gezeigten Position befindet.
Wird nun die Nockenwelle 11 in eine Rotation versetzt, so wirkt nach der Grundkreisphase der Nocken von unten über die Abgriffrolle 31c auf den Druckhebel 31 ein, welcher hierbei eine Kippbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn erfährt.
Hierbei stützt sich der Druckhebel 31 einerseits mit seiner oberen, ebenen oder gewölbten Fläche an der Exzenterwelle 81 ab oder alternativ über ein Kugelgelenk an der Druckstrebe 101 ab und stützt sich andererseits mit seiner kreisbogenförmigen Druckfläche 31b an den ebenen Führungsflächen 21a des Abstützhebels 21 ab.
Durch die Kippbewegung des Druckhebels 31 wird die Druckrolle 31a über die Anlauframpe 41b mit nachfolgender Hubsektion 41c auf den Schlepphebel 41 wirksam, wobei dieser voll um seine gehäuseseitige Lagerachse C51 auslenkt wird und dabei das Hubventil 61 maximal öffnet.
Im weiteren Verlauf folgt die Abgriffrolle 31c des Druckhebels 31 der absteigenden Nockenflanke, wobei der Druckhebel 31 und der Schlepphebel 41 aufgrund der Rückstellkräfte von Ventilfeder und Torsionsschenkelfeder 71 wieder ihre Ausgangsstellungen einnehmen.
Hierbei wird das Hubventil 61 wieder geschlossen.
Im Folgenden wird angenommen, das die Exzenterwelle 81 durch die Verstelleinrichtung um 180 Grad um die Lagerachse C81 verdreht wird. ( Stellung für Nullhub) Hierbei erfähr der Druckhebel 31 eine Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn, wobei das Zentrum C31 der Druckrolle 31a eine Bewegungsbahn erfährt, welche eine geradlinige Parallele zu den geradlinigen Führungsflächen 21a beschreibt.
Hierbei verlagert sich gleichzeitig der Berührpunkt zwischen Druckrolle 31a und der Ventilrastsektion 41a, wobei nach der Verlagerung des Druckhebels 31 die Druckrolle 31a mit dem oberen Ende der Ventilrastsektion 41a in Kontakt steht.
Wird nun nach der Grundkreisphase der Nocken der Nockenwelle 11 erneut über die Abgriffrolle 31c auf den Druckhebel 31 wirksam, so steht dieser mit seiner Druckrolle 31a während der gesamten Nockenphase nur mit der Ventilrastsektion 41a des Schlepphebels 41 in Kontakt, wobei das Zentrum C31 der Druckrolle 31 eine parallele, geradlinige Bewegungsbahn zu den Führungsflächen 21a beschreibt.
Dabei wird die Lagerachse C31 der Druckrolle 31a lediglich entlang einer Äquidistanten zur geradlinigen Ventilrastsektion 41a bewegt, wodurch die Druckrolle 31a nicht in Öffnungsrichtung auf den Schlepphebel 41 einwirken kann.
Hierbei verharrt der Schlepphebel 41 in seiner Stellung und wirkt nicht auf das Hubventil 61 ein. (Nullhub) Durch ein beliebiges Verdrehen der Exzenterwelle 81 lässt sich sowohl der Ventilhub als auch die Öffnungsdauer des beaufschlagten Hubventils 61 von einer Maximalerhebungskurve bis zu einer Ventilabschaltung stufenlos variieren.
Hierzu 3 und 4 Grundsätzlich lassen sich bei beiden beschriebenen erfinderischen Hubventilsteuerungen die axiale Lage bzw. Anzahl der Abstützflächen (13b, 31b) frei wählen.
So kann beispielweise eine Hubventilsteuerung nach dem Schutzanspruch 1 auch mit zwei benachbarten Abstützflächen 13b außenliegend an den Seitenteilen vorgesehen sein.
Dies ist insbesondere dann angedacht, wenn die Abstützrolle 12a durch eine zylindermantelförmige Gleitfläche ersetzt wird.
Hierbei wird der Abstützhebel 12 gegabelt ausgestaltet und ist an seinem Ende mit zwei axial benachbarten, zylindermantelförmigen Gleitflächen mit einem Zentrum C12 versehen. Ebenso kann eine Verstellung und Abstützung der Druckhebel 13, 31 auch über einen schwenkbeweglich um eine Achse gelagerten Winkelhebel erfolgen, auf welchen der Exzenter von oben einwirkt.
Die Lagerachse des Winkelhebels kann hierbei beispielweise im Bereich oberhalb der Abgriffrolle 13c angeordnet werden und mit einer, sich nach unten erstreckenden Nase oder einer Laufrolle versehen sein, an welcher der Druckhebel 13 in seinem mittleren Bereich abgestützt wird.
Grundsätzlich kann nach wie vor auch bei diesen Hubventilsteuerungen eine ortsfeste Befestigung der Abstützrollen 12a, bzw. Führungsflächen 21a völlig unabhängig von der Lagerachse C5 bzw. C51 an der Zylinderkopfstruktur durch Schraubverbindungen und dgl. ausgeführt werden.
Die Lagerachse 5, 51 kann sich über mehrere Zylinder erstrecken, wobei mit Vorteil auf Höhe der Lagerachse C5, C51 und Nockenwellenachse C1, C11 eine gemeinsame Trennfuge vorgesehen sein kann.
Alternativ hierzu kann für jeden einzelnen Zylinder eine separate Lagerachse 5, 51 vorgesehen werden, welche mit Vorteil in Lagerböcken orientiert und von oben mit der Zylinderkopfstruktur verschraubt werden.
Hier sei kurz angemerkt, das sich die angegebenen Anordnungen in der Beschreibung und den Ansprüchen (horizontal, vertikal) stets relativ auf eine senkrechte Zylinderachse beziehen.

Claims

Vollvariable Hubventilsteuerung einer Brennkraftmaschine (1 und 2) mit einem Zwischenglied (13), welches über eine erste Angriffsfläche (13c) von einer rotierenden Nockenwelle (1) beaufschlagt wird und über eine zweite Angriffsfläche (13a) auf ein Ventilbetätigungsglied (4) einwirkt, welches mindestens ein schließfederbeaufschlagtes Hubventil (6) betätigt, mit folgendem Aufbau: – die Hubventilsteuerung ist mit mindestens einem zylindermantelförmigen, umlauffähigen oder drehfesten Abstützelement (12a) mit einem Zentrum C12 versehen. – das Zwischenglied (13) ist durch einen federrückgestellten Druckhebel (13) gebildet, welcher mit einer Druckrolle (13a) mit einem Zentrum C13 versehen ist, wobei sich der Druckhebel (13) über mindestens eine, konzentrisch zum Zentrum C13 angeordnete Abstützfläche (13b), an einem zylindermantelförmigen Abschnitt des Abstützelements (12a) abstützt. – der Druckhebel (13) steht über eine Angriffsfläche (13c) mit der Nockenwelle (1) in Wirkverbindung und wird von dieser in eine Schwingbewegung versetzt. – der Druckhebel (13) steht mit einer zweiten Angriffsfläche mit einem Verstellelement (14) unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung und wird von diesem abgestützt. – das Ventilbetätigungsglied (4) ist durch einen, um ein Zentrum C5 schwenkbeweglichen Schlepphebel (4) gebildet, wobei der Schlepphebel (4) mit einer Steuerkulisse (4d) versehen ist, welche mit der Druckrolle (13a) des Druckhebels (13) in Kontakt steht, wobei die Steuerkulisse (4d) von einer Ventilrastsektion (4a), welche bei geschlossenem Hubventil (6) konzentrisch zum Zentrum C12 des Abstützelements (12a) angeordnet liegt, über eine Anlauframpe (4b) in eine, sich in Richtung des Abstützelements (12a) erstreckende Hubsektion (4c) übergeht. – eine Lageänderung des Verstellelements (14) bewirkt eine Lageänderung des Druckhebels (13), wodurch der Eingriffsbereich der Druckrolle (13a) auf die Steuerkulisse (4d) verlagert wird. dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckhebel (13) als Kipphebel ausgestaltet ist und im wesentlichen horizontal im Zylinderkopfgehäuse angeordnet liegt, wobei die Druckrolle (13a) an seinem einem Ende vorgesehen ist und die kreisbogenförmige Abstützfläche (13b) des Druckhebels (13) im wesentlichen mittig seiner Längsachse angeordnet ist, und der Druckhebel (13) an seinem anderen Ende über eine Angriffsfläche (13c) wahlweise von einer obenliegenden Nockenwelle (1) oder über eine zwischengeschaltete Stößelstange von einer untenliegenden Nockenwelle beaufschlagt wird.
Hubventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass, – das zylindermantelförmige Abstützelement (12a) an einem Abstützhebel (12) vorgesehen ist und der Abstützhebel (12) mit seiner Bohrung an der Lagerachse C5 des Schlepphebels (4) lageorientiert ist und unmittelbar oder mittelbar an einem Teil der Zylinderkopfstruktur in seiner Winkellage abgestützt und/oder gehalten ist.
Hubventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet dass, – der Abstützhebel (12) mittelbar über ein zwischengeschaltetes Abstützelement (9) mit hydraulischem Längenausgleich an einem Teil der Zylinderkopfstruktur abgestützt ist, wobei der Abstützhebel (12) schwenkbeweglich auf der Lagerachse C5 des Schlepphebels (4) gelagert ist und ein Ventilspielausgleich durch eine Winkellageänderung des Abstützhebels (12) um seine Lagerachse C5 bewirkt wird. oder – der Abstützhebel (12) unmittelbar an einem ortsfesten Teil der Zylinderkopfstruktur relativ zur Achse C5 winkelfest abgestützt und/oder befestigt ist, wobei ein hydraulischer Ventilspielausgleich am einem ventilseitigem Ende eines Einzelschlepphebels (4) vorgesehen ist oder alternativ ein hydraulischer Ventilspielausgleich an beiden ventilseitigen Enden eines sogenannten Gabelschlepphebels vorgesehen ist.
Hubventilsteuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass, – das Abstützelement (12a) wahlweise durch mindestens eine wälzgelagerte Abstützrolle (12a) mit einer Lagerachse C12 oder durch mindestens eine zylindermantelförmige Gleitfläche mit einem Zentrum C12 am Abstützhebel 12 ausgebildet ist.
Hubventilsteuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass, – das Verstellelement (14) durch eine Exzenterwelle (14) gebildet ist, wobei der Exzenter gleitend oder über ein zwischengeschaltetes Wälzlager mit dem Druckhebel (13) in Kontakt steht, oder – das Verstellelement (14) durch eine Exzenterwelle (14) gebildet ist, welche über eine zwischengeschaltete Druckstrebe (101, 4) auf den Druckhebel (13) einwirkt. oder – das Verstellelement (14) durch eine Exzenterwelle (14) gebildet ist, welche über einen linear im Zylinderkopfgehäuse geführten Stößel auf den Druckhebel (13) einwirkt. oder – das Verstellelement (14) durch eine Exzenterwelle (14) gebildet ist, welche über einen, um eine Achse schwenkbeweglich gelagerten Winkelhebel auf den Druckhebel (13) einwirkt.
Vollvariable Hubventilsteuerung einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Zwischenglied (31), welches über eine erste Angriffsfläche (31c) von einer rotierenden Nockenwelle (11) beaufschlagt wird und über eine zweite Angriffsfläche (31a) auf ein Ventilbetätigungsglied (41) einwirkt, welches mindestens ein schließfederbeaufschlagtes Hubventil (61) betätigt, mit folgendem Aufbau: – die Hubventilsteuerung ist mit mindestens einer geradlinigen Führungsfläche (21a) versehen. – das Zwischenglied ist durch einen Druckhebel (31) gebildet, welcher mit einer Druckrolle (31a) mit einem Zentrum C31 versehen ist, wobei sich der Druckhebel (31) über mindestens eine, konzentrisch zum Zentrum C31 angeordnete Abstützfläche (31b) an der geradlinigen Führungsfläche (21a) abstützt. – der Druckhebel (31) steht über eine Angriffsfläche (31c) mit einer rotierenden Nockenwelle (11) in Wirkverbindung und wird von dieser in eine Schwingbewegung versetzt. – der Druckhebel (31) steht mit einer zweiten Angriffsfläche mit einem Verstellelement (81) unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung und wird von diesem abgestützt. – das Ventilbetätigungsglied (41) wird durch einen, um ein Zentrum C51 schwenkbeweglichen Schlepphebel (41) gebildet, wobei der Schlepphebel (41) mit einer Steuerkulisse (41d) versehen ist, welche mit der Druckrolle (31a) des Druckhebels (31) in Kontakt steht, wobei die Steuerkulisse (41d) von einer geradlinigen Ventilrastsektion (41a), welche bei geschlossenem Hubventil (61) parallel in einem Abstand A zur geradlinigen Führungsfläche (21a) angeordnet liegt, über eine Anlauframpe (41b) in eine, sich in Richtung der Führungsfläche (21a) erstreckende Hubsektion (41c) übergeht. – durch die Verstellbewegung des Verstellelements (81) wird eine Verlagerung der Abstützfläche (31b) des Druckhebels (31) entlang der geradlinigen Führungsfläche (21a) bewirkt, wodurch der Eingriffsbereich der Druckrolle (31a) auf die Steuerkulisse (41d) verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckhebel (31) als Kipphebel ausgestaltet ist und im wesentlichen horizontal im Zylinderkopfgehäuse angeordnet liegt, wobei die Druckrolle (31a) an seinem einem Ende vorgesehen ist und die kreisbogenförmige Abstützfläche (31b) des Druckhebels (31) im wesentlichen mittig seiner Längsachse angeordnet ist, und der Druckhebel (31) an seinem anderen Ende über eine Angriffsfläche (31c) wahlweise von einer oberliegenden Nockenwelle (11) oder über eine zwischengeschaltete Stößelstange von einer unterliegenden Nockenwelle beaufschlagt wird.
Hubventilsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass, – die geradlinige Führungsfläche (21a) an einem Abstützhebel (21) vorgesehen ist und der Abstützhebel (21) mit seiner Bohrung an der Lagerachse C51 des Schlepphebels (41) lageorientiert ist und unmittelbar oder mittelbar an einem Teil der Zylinderkopfstruktur in seiner Winkellage abgestützt und/oder gehalten ist.
Hubventilsteuerung nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeichnet dass, – der Abstützhebel (21) mittelbar über ein zwischengeschaltetes Abstützelement (91) mit hydraulischem Längenausgleich an einem Teil der Zylinderkopfstruktur abgestützt ist, wobei der Abstützhebel (21) schwenkbeweglich auf der Lagerachse C51 des Schlepphebels (41) gelagert ist und ein Ventilspielausgleich durch eine Winkellageänderung des Abstützhebels (21) um seine Lagerachse C51 bewirkt wird. oder – der Abstützhebel (21) unmittelbar an einem ortsfesten Teil der Zylinderkopfstruktur relativ zur Achse C51 winkelfest abgestützt und/oder befestigt ist, wobei ein hydraulischer Ventilspielausgleich am einem ventilseitigem Ende eines Einzelschlepphebels (41) vorgesehen ist oder alternativ ein hydraulischer Ventilspielausgleich an beiden ventilseitigen Enden eines Gabelschlepphebels vorgesehen ist.
Hubventilsteuerung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass, – das Verstellelement (81) durch eine Exzenterwelle (81) gebildet ist, wobei der Exzenter gleitend oder über ein zwischengeschaltetes Wälzlager wälzend mit dem Druckhebel (31) in Kontakt steht, oder – das Verstellelement (81) durch eine Exzenterwelle (81) gebildet ist, welche über eine zwischengeschaltete Druckstrebe (101, 4) auf den Druckhebel (31) einwirkt. oder – das Verstellelement (81) durch eine Exzenterwelle (81) gebildet ist, welche über einen linear im Zylinderkopfgehäuse geführten Stößel auf den Druckhebel (31) einwirkt. oder – das Verstellelement (81) durch eine Exzenterwelle (81) gebildet ist, welche über einen, um eine Achse schwenkbeweglich gelagerten Winkelhebel auf den Druckhebel (31) einwirkt.