DE3213565A1

DE3213565A1 - Regelbarer ventiltrieb fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3213565A1
Application number: DE19823213565
Authority: DE
Inventors: Hans Eugen 7760 Radolfzell Barth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1982-04-13
Publication date: 1983-10-13

Description

Regelbarer Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Ventilantrieb vorwiegend für <+-Takt-Motoren sowie für 2-Takt-Motoren mit Auslaßventilen. Die äteuerzeiten aind drehzahlabhängig stufenlos regelbar. Bei diesen Matoren sind Ventile zur Steuerung des Gaswechsels erforderlich, welche eine bestimmte Öffnungszeit haben müssen, um einen möglichst optimalen Gaswechsel zu ermöglichen. Die Erfindung dieses Regelbaren Ventiltriebes soll es ermöglichen, daß die Öffnungszeiten der Ventile " bei jeder

1Ü Motordrehzahl" optimal sind und somit auch bei jeder Drehzahl das maximal erreichbare Drehmoment erzielbar wird. Gleichzeitig soll es dadurch besser möglich sein, Motoren mit kleinerem Hubraum und hoher Leistung anstelle Motoren mit großem Hubraum gleicher Leistung einzusetzen. Der Hauptgrund für den Einsatz dieser Erfindung ist somit ein besserer Gesamtwirkungsgrad und ein geringeres Motorengeuicht bei gleicher Leistung.

Die Motoren heutiger Bauart sind generell mit einem Ventiltrieb versehen, bei dem die Ventilsteuerzeiten immer konstant sind, gleich ob der Motor mit hoher oder niedriger Drehzahl läuft. Der Gasuiechsel ist dadurch bedingt nur bei einer, der gewünschten Motorcharakteristik entsprechenden, bestimmten Drehzahl optimal. Dies ist vor allem erkennbar durch die Drehzahl, bei welcher das maximale Drehmoment zur Verfügung steht. Die maximale und optimale LeiBtungsentfaltung bei Motoren mit hoher Leistung und heutiger Bauart ist so, z. B. erst bei relativ hohen Drehzahlen, vorhanden (bei Rennmo tor en ist diese Erscheinunq ?.. B. ex-

3C trem sichtbar.)

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Der heutige Ventiltrieb mit konstanten Steuerzeiten engt den wirtschaftlichen Drehzahlbereich somit sehr stark ein, so daß der Kfz-Fahrer, um wirtschaftlich fahren zu wollen, möglichst sein Fahrzeug konstant und bei der dem Motor entsprechend günstigsten Drehzahl betreibt. Um diese Nachteile zu beseitigen, ist eine Mögxichkeit der "Regelbare Ventiltrieb", bei dem die Steuerzeiten EÖ, ES, AÖ und AS der Ein- und Auslaßventile in DrehzahlabhSngigkeit optimal gesteuert sind. Es ist bekannt, daß es Vorschläge zu solchen

Ventilsteuerungen bereits gibt (siehe deutsche Offenlegungsschriften Nr. 2363891, 2315723, 2335695, 2822147, deutsches Pat.-Nr. 1105659 und 1284700). Diese Lösungen werden jedoch aufgrund ihrer aufwendigen und komplizierten Technik meines Wissens nicht eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen "Regelbaren Ventiltrieb" zu entwickeln, der in der Praxis der Motorenherstellung auch großserienmäßig eingesetzt wird. Außerdem soll die heutige Bauweise des Ventiltriebes nur geringfügig geändert bzw. ergänzt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu der bereits heute üblichen einteiligen und stabilen Nockenwelle eine spezielle "Steuerkurve" je Nokken hinzu kommt, die 9D zur Nockendrehachse angeordnet ist und zusammen mit dem Nocken ein Gleitpaar bildet. Durch das Verschieben dieser Steuerkurve im Winkel von 90° zur Nockendrehachse, d. h. tangential zum Nokkenumfang, wird erreicht, daß sich die Steuerzeiten (EÖ und ES bzw. AD und AS) der Ventile verschieben bzw. sich die Öffnungswinkel (ED bis ES bzw. AÖ bis AS) vergrößern oder verkleinern, abhängig von der Motorendrehzahl,

Mit "steigender Drehzahl" wird somit das Öffnen der Ventile früher und das Schließen später eingeleitet, so daß auch die dann notwendigen größeren Öffnungszeiten erreicht werden, um einen optimalen Gaswechsei möglich zu machen. Die erforderliche Hubbeuegung wird vom Nocken auf die Steuerkurve und somit auf das Ventil übertragen. Die Schließkräfte der Ventile übernehmen Ventilfedern.

Die "Steuerkurve" ist auf einem in Hubrichtung beweglichem Teil angeordnet; vorzugsweise auf einem Schuing- oder einem Kipphebel als Ventilbetätigungselement oder auf einer Führungshülse. Diese drei Betätigungselemente werden im heutigen Hotarenbau (ohne Steuerkurve) bereits verwendet. - Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele benotigen alle zusätzliche Verstellantriebe, die abhängig von der Drehzahl eine entsprechende Verstellbeuegung (Drehbewegung) auf die Regelwellen übertragen. Dies können z. B. Fliehkraftregler, Stellmotoren, Hubzylinder oder Drehzylinder sein. - Fig. 3, *t und 5 -

Die erzielten Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß nur noch wenige Bauteile benötigt werden (vorzugsweise die Ausführungen mit Schwing- oder Kipphebel) und nur bereits bekannte Betätigungselemente, wie Schwinghebel, Kipphebel, Führungshülse sowie einteilige Nockenwelle eingesetzt werden, welche fertigungstechnisch keine Probleme mehr beinhalten dürften. Diese Art von Regelbarem Ventiltrieb könnte somit kostengünstig hergestellt werden. Die bewegten Teile (oszilierenden Teile) und deren Massen entsprechen denen der heutigen Ventiltriebe.

Die Funktionsweise und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die Grundmerkmale der Erfindung ( Maßstab 5:1 )

Fig. 2 ein Bewegungsablaufdiagramm mit Steuerzeitenregelung als Beispiel

Fig. 3 den Ventiltrieb in Verbindung mit Schwinghebeln

Fig, k den Ventiltrieb in Verbindung mit Kipphebeln

Fig. 5 den Ventiltrieb in Verbindung mit Führungshülsen

und schwenkbarer Nockenmeile.

Aus Fig. 1 ist die Anordnung der "Steuerkurve" (1) zur Nockenwelle (2) ersichtlich. Die "Steuerkurvenform" (1) ist ähnlich einem liegenden großen "S", wobei die Hurvenwölbungen größer oder kleiner sein können, jedoch auf die Nockenform (2) abgestimmt sind, um eine möglichst harmonische Hubbeuegung des Ventils zu gewährleisten. Die Nockenwelle ist nur drehbar, ansonsten fest im Zylinderkopf oder Motorengehäuse gelagert (mit Ausnahme bei Fig. 5). üJird z. B. die "Steuerkurve" (1) gegen die Drehrichtung des Nockens (2) verschoben, und zwar so, daß diese sich um den Schwenkradius (3) und somit um den Nockengrundkreis (7) bewegt, so bewirkt dies eine Veränderung (Vergrößerung) der Gesamtsteuerzeit, d. h. die (Mock en flanke trifft "früher" auf die Kurve auf, wobei die Nockenflanke andererseits die Kurve erst "später" verläßt. Das Ergebnis ist, daß der Öffnungswinkel vergrößert wird, der "Dffnungszeitpunkt früher" und der "Schließzeitpunkt später" eintritt (Beispiel auf Fig. 2). Das Ventilspiel (Ό bleibt über den gesamten Verschiebeweg (ß) gleich.

Die Höhe des Nockens (2) ist maßgebend für den Hub (Θ) der Steuerkurve und damit verbunden auch des Ventils. Der Schuienkradius (3) setzt sich zusammen aus dem hai-Den Nockengrundkreia (7) plus dem Kurvenradius (5) plus dem \/entilspiel (4). Die Größe der Steuerzeitenänderung ist in erster Linie abhängig vom Verschiebemeg (6) und ujird drehzahlabhängig geregelt. Durch Veränderung der Steuerkurvenneigung (°c ) kann jedoch das Verhältnis des Zeitpunktes für das ÖFFnen/SchlieQen bezogen auf den Verschiebeujeg beeinflußt werden, da dieses Verhältnis für Ein- und Auslaßventile verschieden sein kann. Die Drehrichtung des Nockens gegenüber der Kurve kann naturgemäß rechts oder links sein; vorzugsweise jedoch bezüglich der Darstellung Fig. 1 "rechts".

Aus Fig. 2 wird der Bewegungsablauf des Ventils in Nockendrehrichtung (12) ersichtlich. Dies ist ein Beispiel für die Funktion einer bestimmten Kombination von Nockenform und Steuerkurven form für ein Einlaßventil. Das Diagramm ist von einem Modell (Maßstab 5:1) übertragen worden. Das Modell entspricht optisch der Zeichnung Fig. 1 in Verbindung mit einem Schwinghebel nach Fig. Die Kurve (10) zeigt die minimale Öffnungszeit EÖ bis ES von 223 Kurbelwink el. Die Kurve (11) zeigt die maximale Öffnungszeit ED bis ES von 280° Kurbelwinkel. Ventilhub (13), Öffnungswinkelverschiebung (1*0, Schließwinkel verschiebung (15). (Zeichnerischer Maßstab: 1 mm Hub = 5 mm, 1 Grad Kurbelwinkel =0,5 mm).

Fig. 3: Der Regelbare Ventiltrieb in Uerbindung mit Schwinghebeln besteht im wesentlichen aus der Nockenwelle mit Nocken (2), der auf dem Schwinghebel (16) angebrachten Steuerkurve (1), der Exzenterwelle (17) als Regeluelle für den Verschiebeweg C6 ), der am Schwinghebel befindlichen Rollkurve (19), die am Druckstück (20) anliegt und den Nockenhub (B) auf das Ventil (21) oder auf eine Stößelstange (22) überträgt. Sind die Ventile in Reihe angeordnet, so sind alle Schwinghebel auf einer Exzenterwelle gelagert. Durch Drehung der Exzenterwelle (17), angetrieben z. B. von einem Fliehkraftregler, wird die Regelung des Verschiebeweges (6) erreicht. Die Hebel (23) und (2*0 sind auf den Exzsnterradiua (25) so abgestimmt, daß das notuen- dige Ventilspiel erhalten bleibt über den gesamten Verschiebeweg (6"). Das Druckstück (20) kann gleichzeitig der Ventilspieleinstellung dienen.

Fig. kl Der Regelbare Ventiltrieb in Verbindung mit Kipphebeln besteht im wesentlichen aus der Nockenwelle mit Nocken (2), der Steuerkurve (1), angebracht am Kipphebel (26), der Regelwelle (27), auf welcher Lagerlaschen

(28) drehfest sitzen, um den Kipphebel mittels Steckachsen

(29) schwenkbar zu lagern. Der Kipphebel (26) besitzt auf der Ventilseite eine Rollkurve (19), die den Nockenhub (Θ) auf das Druckstück (20) überträgt. Durch Drehung der Regelwelle (27), angetrieben z. B. von einem Fliehkraftregler, uiird die Regelung deB Verschiebeweges (6") erreicht. Sind die Ventile in Reihe angeordnet, so sind alle Kipphebel auf einer Regelwelle (27) mittels Lagerlaschen und Steckachsen gelagert. Die Hebel (31) und (32) und der Schwenkradius (33) sind aufeinander abgestimmt, um das notwendige Ventilspiel (h) über den gesamten Verschiebeweg (6 ) einzuhalten.

Fig. 5: Der Regelbare Ventiltrieb in Verbindung mit Führungshülsen ist eine mögliche Ausführung für spezielle Einsätze. Er besteht aus der in Lageruiippen O⁴O schwenkbar gelagerten Nockenwelle mit Nocken (2), der Regelwelle (35), welche gerade in Längsrichtung verzahnt i9t und alle notwendigen Lagerwippen OO fluchtgenau verbindet und diese auch bei der Regelung vor und zurück schwenkt. Die Lagerwippen selbst sind nach oben in mehreren mit dem Zylinderkopf fest verschraubten Lagerjochs (36) gelagert und unten durch Lagerkugeln (37) schwenkbar gelagert. Der wesentlichste Teil, die Steuerkurve (1), ist auf der Führungshülse (38), die durch eine Verdrehsicherung (39) zusätzlich geführt ist, angebracht. Durch Schwenken (Kippen) der Nockenwelle (4o) wird der Verschiebeweg (6 ) erreicht. Die Führungshülse (38) überträgt direkt den Nockenhub (8) auf das Ventiir^/λ

Leerseite

Claims

-JS-

Patentansprüche:

Regelbarer Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen, insbesondere für ^-Takt-Motoren sowie auch für 2-Takt-Motoren mit Auslaßventilen, zur Anpassung der Ventilsteuerzeiten an die jeweilige Motorendrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ventiltrieb aus der Nockenwelle mit den Nocken (2) und einer Steuerkurve (1) je Nocken besteht und zusammen ein "Gleitpaar" bilden. Die Steuerkurve ist hierzu im Winkel von 90° zur Nockendrehachse angeordnet und in Hubrichtung beweglich gelagert, um den Nockenhub (8) direkt oder indirekt auf das Ventil übertragen zu können.

Durch die Steuerkurve (1) wird die Steuerzeitenregelung erzielt, und zwar durch Verschieben dieser in Umfangsrichtung des Nockens, oder durch eine Verschwenkung des Nockens über der Steuerkurve. Die Prehrichtung des Nackens (2) und somit der Nockenwelle spielt hierbei primär keine Rolle. Die Steuerkurvenform entspricht vorwiegend einem

2G liegenden großen "S", um das Verändern der Steuerzeiten für das ÖFFNEN und SCHLIESSEN des Ventils bewirken zu können, beschränkt sich jedoch nicht auf diese Form, sondern kann z. B. auch so gestaltet sein, daß nur das ÖFFNEN oder das SCHLIESSEN des Ventils zeitlich veränderbar wird.

2. Hegelbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, cJrB die Steuerkurve (1) auf einem Schwinghebel (1h) angebracht ist. - Fig. 3 -

-JS-

3. Regelbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (1) auf einem Kipphebel (2S) angebracht ist. - Fig. k -

k. Regelbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (1) direkt auf einer Führungshülse (3Θ) angebracht ist. - Fig. 5 -

5. F!egelbarer Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (1) auch auf anderen Ventilbetätigungselementen, die der Aufgabe zur Übertragung des Nockenhubes dienen, angebracht sein kann.

6. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle IMockenwellenanordnungen Cz. B. im Zylinderkopf oder im Motorengehäuse) möglich sind.

7. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerkurve (1) mit ihrem Hurvenradius (5) über den gesamten Verschiebeueg ( 6 ) um den Nockengrundkreis (7) und somit um den Schuienkradius (3) beuegt, um das Ventilspiel (U) konstant zu halten. - Fig. 1 -

ß. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1, 2 und

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeujeg C 6 ) durch eine Exzenterwelle (17) erzeugt wird, auf welcher die Schwinghebel (16) schwenkbar gelagert, jedoch axial Fixiert sind.

- ys -

Der Exzenterradius (25) und die Hebel (23) und (2^) sind maßlich sa aufeinander abgestimmt, daß das erforderliche Ventilspiel im Bereich des Verschiebeuieges ( 6 ) erhalten bleibt.

Das kennzeichnende Teil kann auch eine Kurbelwelle sein. - Fig. 1, 2, 3 -

9. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1, 3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg ( 6 ) durch eine Regeluielle (27) mit fest verbundenen Lagerlaschen (.ZR), in welchen die Kipphebel (26) schwenkbar durch Steckachsen (29) gelagert sind, erzeugt wird. ^Der Schuenkradius (33) und die Hebel (31) und (32) sind maBlich so aufeinander abgestimmt, daß das erforderliche Ventilspiel im Bereich des Verschiebeweges (6") erhalten bleibt. - Das kennzeichnende Teil kann auch eine Kurbelwelle sein.

1Ü. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1, U, S und 7, dadurch gekennzeichnet, dai3 zur Erzeugung

2ü des VerschiebeuegeB (6) die Nockenwelle mit Nocken (2) über der feststehenden Steuerkurve (1) um den Winkel (ß ) verschwenkt wird. Die Nockenwelle (UQ) ist hierzu beispielsweise in Lagerwippen (34) drehbar und axial fixiert gelagert. Die Lagerwippen (3*+) sind im unteren Bereich durch Lagerkugeln (37), im oberen Bereich in Lagerjochs (36) schwenkbar gelagert und abgestützt. Eine gemeinsame, längsverzahnte Reqelwelle (35) verbindet die einzelnen verzahnten Lagerwippen (3'+) fluchtgenau miteinan™ der und ist in dsn Laqprjnchs qplaqert.

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Durch Verdrehen der Regelwelle (35) werden die Lagertüippen (.3U) verschwenkt und die Nockenwelle (UQ) bewegt sich um den Schwenkradius (3). Die Führungshülsen werden zusätzlich durch eine Verdrehsicherung (39) geführt.

Die Nockenwellen sind vorzugsweise über Ketten oder Zahnriemen angetrieben, um die Schwenkbewegung (/3 ) zu ermöglichen.

11. Regelbarer Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1, U, ß, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Schwenken der Rockenwelle (UD) eine zusätzliche Veränderung der Steuerzeiten entsteht und genutzt werden kann.

Dieser Abrolleffekt entsteht sowohl bei IMockenwellenantrieben mit Zahnriemen, Kettentrieben und Zahnradantrieben.