DE20220138U1

DE20220138U1 - Ventiltrieb mit Nocken zur variablen Betätigung von Ventilen für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE20220138U1
Application number: DE20220138U
Authority: DE
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2012-12-21
Also published as: DE10320324A1

Abstract

Ventiltrieb mit Nocken zur variablen Betätigung von Ventilen für Verbrennungsmotoren mit folgender Bauart,
– eine Nockenwelle (1) ist im Zylinderkopf (ZK) drehbar gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen (2) und deren zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) auf,
– in einem Zylinderkopf (ZK) angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen (2) ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung (3) zugeordnet,
– ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) ist im Zylinderkopf (ZK) ortfest geführt, sowie dabei um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse ( A4) schwenkbar angeordnet und weist am Umfang nacheinander verlaufend eine Stützkurve (41) und eine Steuerkurve (42) auf,
– ein Zwischenglied (5) ist an dem, in seiner Stellung veränderlichen Element (4) abgestützt, jedoch dabei relativ verlagerbar geführt und steht mit einem Nocken (11) der ortsfest im Zylinderkopf (ZK) gelagerten Nockenwelle (1) sowie der dem Ventil (2) zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff,
– das...

Description

Die Erfindung betrifft Ventiltriebe mit Nocken zur variablen Betätigung von Ventilen für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruches
Gattungsgemäße Ventiltriebe weisen eine Nockenwelle auf, die im Zylinderkopf drehbar gelagert ist und der eine Hubübertragungsanordnung, in Form eines Kipp- oder Schwenkhebels, zugeordnet ist und welche sich vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement am Zylinderkopf abstützt. Ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung zu verschwenkendes Element ist im Zylinderkopf ortsfest gelagert. Ein Zwischenglied ist an diesem Element abgestützt und steht weiterhin mit einem Nocken, der ortsfest im Zylinderkopf gelagerten Nockenwelle sowie der dem Ventil zugeordneten Hubübertragungsanordnung im Eingriff. Das in seiner Stellung um eine im Zylinderkopf fest positionierte Schwenkachse zu verschwenkende Element weist in Bereichen ihres Umfangens eine Stütz- und Steuerkurve auf, auf der sich das Zwischenglied mit einer sich U-förmig öffnenden Innenkontur auf der Außenkontur der Stütz- und Steuerkurve kraftschlüssig, während der Hubbewegung schwenkend abstützt.
Ungünstig sind bei der bekannten Ausführung sowohl die wirkenden Kräfte bei der Bewegungsübertragung als auch die in den kinematischen Elementen auftretenden Belastungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb zur variablen Betätigung von Ventilen der gattungsgemäßen Art hinsichtlich der Kinematik und wirkender Kräfte im Ventiltrieb zu verbessern und dabei auch kompakt auszuführen.
Erfindungsgemäß wird dies durch einen Aufbau gemäß dem kennnzeichenden Teil des ersten Schutzanspruches erreicht.
Es ergeben sich neben günstigen kinematischen Verhältnissen im Zwischenglied Druck- und nur geringe Biegebeanspruchungen bei der Ventilbetätigung, weil in der geschlossenen Stellung des Ventils die jeweiligen Eingriffsebenen am Zwischenglied zwischen der Steuerkurve und der Hubübertragungsanordnung etwa parallel oder wenig geneigt zueinander verlaufen und die Eingriffslinien in einem Bereich liegen, der sich nahe um die Verbindungslinie zwischen der Schwenkachse und der Achse einer Rolle an der Hubübertragungsanordnung erstreckt.
Die Stützkurve für das Zwischenglied ist dabei vorteilhaft auf der dem Nocken zugewandten Hälfte des in seiner Stellung veränderlichen Elementes angeordnet. In weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen genannt, die in der Beschreibung im Zusammenhang mit ihren Wirkungen erläutert werden.
Anhand von Darstellungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigt
1a einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb mit einem Schwenkhebel in der Hubübertragungsanordnung in schematisierter Darstellung,
1b einen Ventiltrieb entsprechend 1a mit den wesentlichen Merkmalen nach dem Hauptanspruch,
2 einen Ventiltrieb entsprechend 1a bei voll geöffnetem Ventil – Maximaler Ventilhub – bei maximalem Hub des Nockens,
3 einen Ventiltrieb entsprechend 1a in Null-Hub-Einstellung für das Ventil bei maximalem Hub des Nockens,
4 erfindungsgemäßer Ventiltrieb mit drei Rollen und am Zwischenglied angeordneten Gleitstützen,
5 Kurvenscharen mit möglichen Ventilhubeinstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes.
In 1a ist ein Ventiltrieb zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren dargestellt. Eine von der Kurbelwelle, ggf. über eine Winkelverstelleinrichtung angetriebenen Nockenwelle 1 ist im Zylinderkopf ZK drehbar mit fester Achslage gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen 2 und deren zugeordneter Hubübertragungsanordnung 3 auf. Den im Zylinderkopf ZK angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen 2 ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung 3 zugeordnet, die vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement 31 versehen ist, siehe 4.
Ein in seiner Stellung veränderliches Element 4 ist im Zylinderkopf ZK ortfest, jedoch um die fest positionierte Schwenkachse A4 zur Ventilhubeinstellung schwenkbar angeordnet. Ein Zwischenglied 5 ist innen an dem, in seiner Stellung veränderlichen Element 4 abgestützt und wird dabei von diesem bei seiner Verlagerung geführt.
Es steht mit einem Nocken 11 der im Zylinderkopf ZK gelagerten Nockenwelle 1 und außerdem über seine Außenkontur mit der dem Ventil 2 zugeordneten Hubübertragungsanordnung 3, in dieser Ausführung mit einem Rollenhebel 32, über seine Außenkurve 52 im Eingriff.
Das in seiner Stellung veränderliche Element 4 weist sich nacheinander am Umfang erstreckend eine Stütz- 41 und eine Steuerkurve 42 auf. Auf diesen Kurven 41; 42 stützt sich das Zwischenglied 5 mit seiner sich öffnenden Innenkontur 51 während der Hubbewegung kraftschlüssig ab. Dies ergibt eine Art prismatische Abstützung bei unterschiedlichen Lagen des Zwischengliedes 5.
Das Zwischenglied 5 steht unter der Wirkung einer Feder F, deren Wirkrichtung das Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 und dem veränderlichen Element 4 im Eingriff hält.
Die Außenkontur der Stützkurve 41 des in seiner Stellung veränderliche Elementes 4 bildet ein Kreisbogen um die Schwenkachse A4.
Zur Verminderung von Reibungsverlusten steht sowohl eine Rolle 33 an dem Schwenk bzw. Rollenhebel 32 der Hubübertragungsanordnung 3 mit dem Zwischenglied 5 als auch eine Rolle 53 am Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 im Eingriff.
In 1b ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb in geschlossener Stellung des Ventils gezeigt. Die jeweiligen Eingriffsebenen am Zwischenglied 5 zwischen der Steuerkurve 42 und der Hubübertragungsanordnung 3 verlaufen etwa parallel zueinander, wobei die Eingriffslinien EL auf der Verbindungslinie VL zwischen der Schwenkachse A4 und der Achse A33 einer Rolle 33 am Schwenk- bzw. Rollenhebel 32 liegen.
Kinematisch vorteilhaft ist die Stützkurve 41 auf der dem Nocken 11 zugewandten Hälfte des in seiner Stellung veränderlichen Elementes 4 angeordnet.
Eine baulich vorteilhafte Gestaltung ergibt sich, wenn die Abstützung der Hubübertragungsanordnung 3 in einem Bereich unter der Nockenwelle 1 angeordnet ist, nicht dargestellt.
Vorteilhaft ist am Zwischenglied 5 eine Feder F in der Weise abgestützt ist, dass deren Kraft das Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 und dem veränderliche Elementes 4 im Eingriff hält. Hierzu ist die Feder F im Bereich der Rolle 53 am Zwischenglied 5 gleitend und am Zylinderkopf ZK ortsfest abgestützt und geführt.
Funktion und Bewegungen in erfindungsgemäßen Einrichtungen
1b zeigt einen Ventiltrieb in der Grundeinstellung bei geschlossenem Ventil. Die Rolle 53 rollt noch auf dem Grundkreis des Nockens 11. Bei weiterer Drehung aus dieser vorgenannten Stellung gegen den Uhrzeigersinn wird die Rolle 53 von der Erhebung des Nockens 11 stetig in Richtung des Ventilöffnens bis zum Erreichen der äußersten Nockenkontur gedrängt, siehe 2. Während dieses Bewegungsablaufes gleitet das Zwischenglied 5 mit Linienberührung auf der Stütz-41 und der Steuerkurve 42 und in Richtung der Längserstreckung über die Rolle 33 des Hubübertragungssystems 3. Es stellt sich die in 2 gezeigte Stellung mit voll geöffneten Ventil – Maximaler Hub – im Mechanismus ein.
Durch die Gestaltung und die eingestellte Winkelstellung des Elementes 4 mit der Steuerkurve 42 kann ein gewünschtes variables Öffnen des Ventils erzielt werden, siehe auch 5.
In 3 ist die Einstellung für ständig geschlossenes Ventil gezeigt. Das veränderliche Element 4 mit der Stütz- 41 und der Steuerkurve 42 ist gegenüber 2 in seiner Verdrehstellung geändert worden, womit ein anderer Bereich an der Steuerkurve 42 für die Linienberührung des Zwischengliedes 5 bei der vom Nocken 11 eingeleiteten Bewegung überstrichen wird.
Bei Drehung aus dem Grundkreisbereich gegen den Uhrzeigersinn wird die Rolle 53 und damit das Zwischenglied 5 von der Erhebung des Nockens 11 stetig in Richtung des Ventilöffnens bis zum Erreichen der äußersten Nockenkontur gedrängt. Die jetzt wirksame zurückgesetzte Kontur der Steuerkurve 42 bewirkt, dass das Zwischenglied 5 nur in Richtung der Längserstreckung über den Kipp- oder Rollenhebel 32 gleitet, ohne dass es diesen in Richtung des Ventils 2 drängt. Das Zwischenglied 5 schwenkt auf einer Kreisbogenkontur KB, welche sich um die Schwenkachse A4 des veränderlichen Elementes 4 erstreckt, zwischen dieser Kreisbogenkontur KB und dem Kipp- oder Rollenhebel 32.
Aus dem Vergleich der Lage des Endes FE 5 der Feder 5 in den 1b; 2und 3 sind die jeweiligen Lagen des Zwischengliedes 5 beim Durchlauf des Nockens 11 am Grundkreis und bei maximalem Nockenhub erkennbar.
In 4 ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb in geschlossener Stellung des Ventils gezeigt. Das Zwischenglied 5 weist eine weitere Rolle 54 auf, die mit der Steuerkurve 42 im Eingriff steht.
Die Eingriffslinien EL zwischen Zwischenglied 5 und Hubübertragungsanordnung 3 liegt auf der Verbindungslinie VL zwischen der Schwenkachse A4 und der Achse A33 der Rolle 33 an der Hubübertragungsanordnung 3.
In diesem Falle verlaufen aber die Eingriffsebenen EE am Zwischenglied 5 zwischen der Steuerkurve 42 und der Hubübertragungsanordnung 3 zueinander geneigt und die Eingriffslinie EE zwischen Rolle 54 und Steuerkurve 42 liegt dabei in einem Bereich nahe der Verbindungslinie VL.
Bei dieser Ausführung ist die Stützkurve 141 radial zurückgesetzt und axial versetzt gegenüber der Steuerkurve 42 ausgeführt. Beiderseits der Steuerkurve 42 und des sich anschließenden Umfangsbereiches sind Gleitstützen 55 am Zwischenglied 5 angeordnet, die mit der oder den radial zurückgesetzten Stützkurven 141 und axial mit dem anschließenden Umfangsbereich der Steuerkurve 42 im Eingriff stehen. hierdurch wird eine axiale Führung des Zwischengliedes 5 erreicht.
In 5 ist eine Schar von etwa symmetrischen Ventilerhebungskurven dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb einstellbar zu erzielen sind.

1: Nockenwelle
11: Nocken
2: Ventil
3: Hubübertragungsanordnung
31: Spielausgleichselement
32: Rollenhebel
33: Rolle
4: Element, in seiner Stellung veränderlich, schwenkbar
41: Stützkurve
42: Steuerkurve
5: Zwischenglied
51: Innenkontur
52: Außenkontur
53: Rolle
54: Rolle
55: Gleitstütze
141: Stützkurve
A 4: Schwenkachse von 4
A 33: Achse von 33
EE: Eingriffseben
EL: Eingriffslinie
F: Feder, deren Kraft an 5 angreift und gegen 4 und 11 anlegt.
FE 5: Ende der Feder 5
KB: Kreisbogenkontur
VL: Verbindungslinie
ZK: Zylinderkopf

Claims

Ventiltrieb mit Nocken zur variablen Betätigung von Ventilen für Verbrennungsmotoren mit folgender Bauart, – eine Nockenwelle (1) ist im Zylinderkopf (ZK) drehbar gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen (2) und deren zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) auf, – in einem Zylinderkopf (ZK) angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen (2) ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung (3) zugeordnet, – ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) ist im Zylinderkopf (ZK) ortfest geführt, sowie dabei um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse ( A4) schwenkbar angeordnet und weist am Umfang nacheinander verlaufend eine Stützkurve (41) und eine Steuerkurve (42) auf, – ein Zwischenglied (5) ist an dem, in seiner Stellung veränderlichen Element (4) abgestützt, jedoch dabei relativ verlagerbar geführt und steht mit einem Nocken (11) der ortsfest im Zylinderkopf (ZK) gelagerten Nockenwelle (1) sowie der dem Ventil (2) zugeordneten Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff, – das Zwischenglied (5) stützt sich mit einer sich U-förmig öffnenden Innenkontur (51) jeweils auf der Außenkontur der Stütz- (41) und Steuerkurve (42) kraftschlüssig beweglich ab, wobei die Steuerkurve (42) in Abhängigkeit von der Stellung des veränderlichen Elementes (4), die vom Zwischenglied (5) zu übertragende Hubbewegung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in der geschlossenen Stellung des Ventils die jeweiligen Eingriffsebenen am Zwischenglied (5) zwischen der Steuerkurve (42) und der Hubübertragungsanordnung (3) etwa parallel oder wenig geneigt zueinander verlaufen und die Eingriffslinien in einem Bereich liegen, der sich nahe um die Verbindungslinie (VL) zwischen der Schwenkachse (A4) und der Achse (A33) einer Rolle (33) an der Hubübertragungsanordnung (3 ) erstreckt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkurve (41) auf der dem Nocken 11 zugewandten Hälfte des in seiner Stellung veränderlichen Elementes (4) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung der Hubübertragungsanordnung (3) in einem Bereich unter der Nockenwelle (1) abgestützt ist.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zwischenglied (5) eine Feder (F) in der Weise abgestützt ist, dass deren Kraft das Zwischenglied (5) mit dem Nocken (11) und der Stützkurve (41) im Eingriff hält.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (F) im Bereich der Rolle (53) am Zwischenglied (5) gleitend und am Zylinderkopf (ZK) ortsfest abgestützt ist.
Ventiltrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkurve (41) radial zurückgesetzt und axial versetzt gegenüber der Steuerkurve (42) ausgeführt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Steuerkurve (42) und des sich anschließenden Umfangsbereiches Gleitstützen (55) des Zwischengliedes (5) angeordnet sind, die mit den radial zurückgesetzten Stützkurven (141) und axial mit dem anschließenden Umfangsbereich der Steuerkurve (42) im Eingriff stehen.