DE29824443U1 - Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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DaimlerChrysler AG FTP/S bn

Stuttgart 10.10.2000

Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile einer Hub-

kolben-Brennkraftmaschine

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 Al bekannt. 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. Darüberhinaus 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 Schließfunktion 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 Einrichtung zur Änderung der Phasenlage kann der relative Winkel 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

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des Einlaß-Öf.fnet-Nockens auf der ersten Nockenwelle und die Drehbewegung des Einlaß-Schließt-Nockens auf der zweiten 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 Bauteile der Ventilbetätigungsvorrichtung bestimmt. So sind zur Übertragung der Stellbewegung der Nocken auf die Ventile 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 Beeinflussung durch den jeweils anderen Nocken auf die jeweiligen Ventile übertragen zu können. Die Anordnung der Betätigungshebel, insbesondere der Lagerachsen der Betätigungshebel, erfordert einen verhältnismäßig groß bauenden Zylinderkopf, so daß der Vorteil der Reihenschaltung der Einlaßnocken nicht durchgreift.

Auch für die Zündkerze muß Einbauraum zwischen den Nockenwellen, Betätigungshebeln und Einlaß-/Auslaßventilen vorgesehen werden. Aufgrund des Platzmangels liegt die Zündkerze bei Vorrichtungen dieser Art üblicherweise in unmittelbarer-Nachbarschaft zu den Auslaßkanälen, wodurch thermische Probleme entstehen können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung klein bauend mit hoher Funktionssicherheit auszubilden. Es soll insbesondere gewährleistet sein, daß die Zündkerze einen ausreichenden Abstand zum Auslaßkanal des Zylinders aufweist.

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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 Vorrichtungen werden auch keine zusätzlichen Lagerpunkte im Seitenabschnitt des Zylinderkopfes benötigt. Es steht zusätzlicher Einbauraum für die Bauteile der Ventilbetätigungsvorrichtung, 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 Sicherheitsabstand zum Auslaßkanal zu plazieren, so daß thermische 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 Einlaßnokken hintereinanderliegend in einer gemeinsamen Bewegungsebene angeordnet sind.

Das Abgriffsglied ist vorteilhaft von zwei Federelementen, die an beiden Seiten eines die Rollen aufnehmenden Rollenschlittens des Abgriffsglieds verlaufen, in Richtung der Einlaßnocken beaufschlagt, um eine Anlage der Rollen an die Einlaßnocken sicherzustellen und ein spiel- und ruckfreies

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Übertragen der Stellbewegung auf die Einlaßventile zu ermöglichen .

Da die gemeinsame Hebelachse des Einlaß- und des Auslaß-Betätigungshebels sich über die gesamte Länge des Zylinderblocks erstreckt, kann sie für die Ölversorgung der Lager der Betätigungshebel und auch für die Ölversorgung der hydraulischen 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, gegenüber dem seitlich am Zylinderkopf angeordneten Lagergehäuse geneigt angeordnet, so daß die Längsachse des Kerzenschachts mit der Ebene des Zylinderkopfs einen Winkel kleiner als 90° einschließt. Zusätzlich ist der Zündkerzenschacht auch noch zum Einlaßventil hin geneigt und ragt zwischen den beiden Nockenwellen hindurch. In dieser Ausführung hat die Zündkerze den notwendigen Abstand zum Auslaßkanal, um thermische Probleme zu vermeiden, und außerdem, können sich die der Ventilbetätigungsvorrichtung zuzuordnenden 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 eingepreßte Blechhülse ausgebildet, die bei einem geteilten Zylinderkopf vom oberen Teil des Zylinderkopfs umschlossen ist.

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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Zylinderkopf mit variabler Ventilsteuerung in einer ersten Seitenansicht,

Fig. 2 den Zylinderkopf in einer zweiten Seitenansicht,

Fig. 3 den Zylinderkopf in einer dritten Seitenansicht,

Fig. 4 den Zylinderkopf in Draufsicht, jedoch ohne
Nockenwellen,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfs
ohne Nockenwellen.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist der Zylinderkopf 27 eine Vorrichtung 1 zur variablen Steuerung der Einlaßventile einer 4-Ventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit jeweils zwei Einlaß- 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 Einlaßventile 7a, 7b. Durch Änderung der relativen Phasenlage der beiden Nockenwellen 2, 3 zueinander -mittels einer niehtdargestellten 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-Öf fnet-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 Bewegungse-

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bene 12 aufweisen, welche lotrecht zu den Längsachsen der Nockenwellen 2, 3 steht. Somit sind die beiden Einlaßnocken 4, 5 auf den beiden Nockenwellen 2, 3 in platzsparender 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 übertragen, sind Betätigungshebel 9, 10 angeordnet, über die die Ventile betätigt werden. Die Stellbewegung der Einlaßnocken 4, 5 wird vom Einlaß-Betätigungshebel 9, die Stellbewegung 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 unterhalb 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 Hebelachse 13 erstreckt sich über die Länge des Zylinderblocks und weist damit etwa die gleiche Länge auf wie diebeiden 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 Zylinderabschnitts in Lagern 14a, b eines Lagergehäuses 16 und auf

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der gegenüberliegenden Seite des Zylinderabschnitts in Lagern 15a, b eines Lagergehäuses 17 gehalten. Die Deckel der Lagergehäuse sind über Verschraubungen 28a, b an den Lagerböcken gehalten.

Zur Aufnahme einer Zündkerze ist ein Zündkerzenschacht 18 vorgesehen, der zweckmäßig als Blechhülse mit einem Schachtunterteil 29 und einer Schachtumfassung 30 ausgebildet ist. Der Zündkerzenschacht 18 verläuft geneigt gegenüber der Zylinderkopfebene mit einem von 90° abweichenden Winkel, 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 &agr; von etwa 10° einschließt. Darüberhinaus ist der Zündkerzenschacht auch in Richtung des Lagergehäuses 16 geneigt, so daß gemäß Fig. 3 die Längsachse 19 des Zündkerzenschachts 18 in der Projektion orthogonal zu den Nockenwellen-Längsachsen mit der Vertikalen einen Winkel &bgr; 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 Zündkerzenschacht 18 in einer Ausnehmung 20 im Deckel des Lagergehäuses 16 aufgenommen ist. Die Ausnehmung 20 liegt zwischen den beiden Lagern 14a, b im Lagergehäuse 16.

In analoger Weise ist der Zündkerzenschacht eines angrenzenden Zylinderabschnitts in der Ausnehmung des gegenüberliegenden Lagergehäuse 17 aufgenommen.

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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 perspektivischen Darstellung nach Fig. 5 zu entnehmen ist, besteht das Abgriffsglied 21 aus einem beweglichen Rollenschlitten 22, der auf dem Einlaß-Betätigungshebel gleitbar angeordnet ist und translatorisch in Richtung der Einlaßventile verschiebbar ist. Im Rollenschlitten 22 sind zwei Rollen 23, 24 in Reihe gelagert, die zueinander und zur Hebelachse 13 parallele Drehachsen aufweisen. Die. Rollen 23, 24 sind jeweils dem Einlaß-Öffnet-Nocken und dem Einlaß-Schließt-Nocken zugeordnet und haben die gleiche Bewegungsebene 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 Bewegungsebene 12 aus. Aufgrund dieser Position der Rollen 23, 24 wird jede von den Einlaßnocken erzeugte Stellbewegung ohne seitlichen Versatz und dadurch bedingte Torsionskräfte unmittelbar auf den Einlaß-Betätigungshebel übertragen. Außerdem baut diese Anordnung sehr schmal, so daß insgesamt eine platzsparende Anordnung möglich ist.

Der Rollenschlitten 22 wird von zwei Federelementen 25, 26, die sich an Flanschen 31, 32 an der Hebelachse 13 abstützen, in Anlage an die Einlaßnocken beaufschlagt, um einen permanenten Kontakt zur Nockenkontur herzustellen und ein spiel- und ruckfreies Übertragen der Stellbewegung zu ermöglichen. Die beiden Federelemente 25, 26 verlaufen an beiden Längsseiten des Rollenschlittens 22, etwa in Höhe der Drehachsen der Rollen 23, 24. Aufgrund der Reihenanordnung der beiden Rollen 23, 24 können relativ lange Federelemente mit geringem Durchmesser verwendet werden, wodurch ein weiterer Platzgewinn erzielt wird. Optional kann eine

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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 Kontakt mit den Auslaßnocken stehen. Der Auslaß-Betätigungshebel 10 weist in seinem vorderen, der Hebelachse 13 abgewandten Bereich einen Quersteg 35 auf, der die den jeweiligen Auslaßventilen 8a, 8b zugeordneten Abschnitte 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 Zylinder eines Zylinderblocks,
mit einer Einlaß-Öffnet-Nockenwelle (2), auf der ein Einlaß-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 Einlaß-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 Auslaßventil (8a, 8b),
und mit einer Einrichtung zur Änderung der Phasenlage zwischen 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 Zündkerzenschachts (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 Nockenwellen (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 beweglichen Rollenschlitten (22) und mit zwei im Rollenschlitten (22) in Reihe gelagerten, den Einlaßnocken (4, 5) zugeordneten Rollen (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.