EP0521412A1 - Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb Download PDF

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EP0521412A1
EP0521412A1 EP92110854A EP92110854A EP0521412A1 EP 0521412 A1 EP0521412 A1 EP 0521412A1 EP 92110854 A EP92110854 A EP 92110854A EP 92110854 A EP92110854 A EP 92110854A EP 0521412 A1 EP0521412 A1 EP 0521412A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0021—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L2001/187—Clips, e.g. for retaining rocker arm on pivot

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a rocker arm valve drive according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to make the valve lift variable in an internal combustion engine with a rocker arm valve train with constant cam lift.
  • This rocker arm has an arcuate longitudinal section along which the abutment point is displaceable. This shift takes place by jointly pivoting abutment receptacles arranged on a shaft.
  • a displacement of the abutment point is hereby achieved by a simple rotation of the shaft.
  • the shaft stroke can be varied without complicated component design.
  • the abutments are designed as hydraulic valve lash compensation elements which are arranged in the abutment receptacles.
  • cams of the camshaft engage at a point on the rocker arm that lies between the fixed support at the upper end of the gas exchange valve and the movable abutment point.
  • the rocker arm on the gas exchange valve is rotated on an axis parallel to the camshaft and attached to the gas exchange valve. At the opposite free end, there is a sliding guide between parallel contact surfaces.
  • the valve lift is varied depending on parameters of the internal combustion engine, e.g. Load and speed, via an actuator, which acts on a pivoted lever on the shaft.
  • This actuator can e.g. consist of oil-hydraulic pistons that engage the swivel lever.
  • the oil pressure already present in the cylinder head can be used here.
  • the actuator can alternatively consist of an electric motor or magnet or a pneumatic cylinder that continuously rotates the shaft depending on e.g. of the intake manifold vacuum.
  • a cylinder head 1 of an internal combustion engine (not shown in detail) has a gas channel 3 controlled by a gas exchange valve 2.
  • a camshaft 5 provided with cams 4 controls the gas exchange via a bearing arm 6 of a rocker arm 7.
  • the bearing arm 6 is rotatably mounted on an axis 8 which is parallel to the camshaft 5 and is arranged at the upper end of the gas exchange valve 2.
  • the free end 10 is slidably mounted perpendicularly to the camshaft 5 between mutually parallel contact surfaces 13 arranged in the cylinder head 1.
  • the radius of curvature R of the longitudinal section 12 intersects the central longitudinal axis AA of a shaft which is rotatably mounted in the cylinder head 1 and is designed as a control shaft 15.
  • An abutment receptacle 16 which extends radially in the direction of the arm 11 is arranged in a rotationally fixed manner on this control shaft 15.
  • This has a cylindrical receptacle 17 in which abutments designed as hydraulic valve play compensation elements 18 are held. These are supplied with pressure oil by the hollow drilled control shaft 15 and radial bores 19.
  • the rocker arm 7 rests with its longitudinal section 12 in an abutment point W on the compensating element 18.
  • a swivel lever 20 is arranged on the control shaft 15 in a rotationally fixed manner and has two recesses 21, 22 which are formed at opposite distances from the longitudinal axis AA. Plungers 23 of an actuator 26 provided with oil-hydraulic pistons 24 and 25 engage in these recesses 21 and 22, respectively.
  • the pistons 24, 25 are mounted in the cylinder head 1 and are alternately acted upon by a switching valve 27, controlled by a pressure oil supply 28, depending on the internal combustion engine parameters load L and speed n.
  • the switching valve 27 moves a control piston 30 provided with a groove 29, which connects the pressure oil inlet 28 to a piston 24, 25 and at the same time connects the other piston 25, 24 to a return 31.
  • the piston 25 When the internal combustion engine is operating in a first operating state, the piston 25 is connected to the pressure oil inlet 28 and the pivoting lever 20 is in the position shown in broken lines in FIG. 3.
  • the abutment receptacles 16 are consequently found in the position shown in solid lines in FIG. 1 .
  • the abutment point W is a lever C forming relatively close to the point P, so that together with the lever B given by the distance of the point P from the axis 8, a relatively large valve lift occurs.
  • the switching valve pushes the control piston 30 into the position shown in FIG. 3, so that the piston 24 is connected to the pressure oil inlet 28 and pivots the pivoting lever 20 by an angle E into the position shown with excellent lines.
  • the actuator 26 When the actuator 26 is configured, e.g. as a pneumatic pressure can, which works continuously as a function of the intake manifold vacuum of the internal combustion engine, the abutment point W can be moved continuously into any position along the longitudinal section 12.

Abstract

Eine Brennkraftmaschine weist gemäß Fig. 1 einen mit einer Rolle 9 versehenen Schlepphebel 7 zur nockengesteuerten Betätigung von Gaswechselventilen 2 auf. Jeder Schlepphebel 7 hat einen mit einem kreisbogenförmigen Längsabschnitt 12 versehene Arm 11. Entlang des Längsabschnittes 12 ist ein Widerlagerpunkt W in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine verschiebbar. Die dadurch veränderten Hebelverhältnisse am Schlepphebel 7 variieren den Ventilhub. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem SAE-Paper 88 07 30 "Variable Valve Action Through Variable Ratio Rocker Arms", 1988, ist eine Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb mit variablem Ventilhub bekannt, bei der eine untenliegende Nockenwelle über eine Stoßstange einen Schlepphebel betätigt, der mit einem seiner Enden auf ein Gaswechselventil wirkt. Der Schlepphebel weist eine innenverzahnte Führungskulisse auf, in der eine entsprechend gezahnte Welle abwälzt. Die im Eingriff stehende Zähne stellen den Widerlagerpunkt des Schlepphebels dar. Durch Verdrehen der Welle wälzt diese innerhalb der Kulisse des ortsfesten Schlepphebels ab, so daß der Widerlagerpunkt veränderbar ist. Hierdurch ändern sich die Hebelverhältnisse am Schlepphebel derart, daß bei konstantem Nockenhub ein variabler Ventilhub in Abhängigkeit der Stellung des Widerlagerpunktes entsteht.
    Nachteilig bei dieser Lösung ist die kostenaufwendige Verzahnung, insbesondere in den Schlepphebeln sowie die überlagerte rotatorische und translatorische Bewegung der Welle.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb bei konstantem Nockenhub den Ventilhub variabel zu gestalten.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Dieser Schlepphebel weist einen kreisbogenförmigen Längsabschnitt auf, entlang dessen der Widerlagerpunkt verschiebbar ist. Diese Verschiebung erfolgt durch gemeinsames Verschwenken von auf einer Welle angeordneten Widerlageraufnahmen. Vorteilhafterweise wird hiermit durch eine einfache Drehung der Welle ein Verschieben des Widerlagerpunktes erreicht. In Abhängigkeit der Krümmung des Längsabschnittes bzw. des Verdrehwinkels der Welle kann dadurch ohne komplizierte Bauteilgestaltung der Ventilhub variiert werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen benannt.
  • Geometrisch einfache und bezüglich des Kräfteverlaufes günstige Verhältnisse liegen vor, wenn sich der Krümmungsradius des Längsabschnittes von der Mittellängsachse der Welle aus bis zu dem Längsabschnitt erstreckt. In weiterer vorteilhafter Weise sind die Widerlager als hydraulische Ventilspielausgleichselemente ausgebildet, die in den Widerlageraufnahmen angeordnet sind.
  • Für eine kompakte Bauweise moderner Brennkraftmaschine ist es vorteilhaft, die Nocken der Nockenwelle an einem Punkt des Schlepphebels angreifen zu lassen, der zwischen dem festen Auflager am oberen Ende des Gaswechselventiles und dem beweglichen Widerlagerpunkt liegt.
  • Die Führung des Schlepphebels am Gaswechselventil erfolgt drehbar auf einer parallel zur Nockenwelle liegenden, am Gaswechselventil befestigten Achse. Am gegenüberliegenden freien Ende erfolgt eine Führung gleitend zwischen parallelen Anlageflächen. Das Variieren des Ventilhubs erfolgt in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine, z.B. Last und Drehzahl, über ein Stellglied, welches an einem auf der Welle drehfest angeordneten Schwenkhebel angreift. Dieses Stellglied kann z.B. aus ölhydraulisch beaufschlagten Kolben bestehen, die an dem Schwenkhebel angreifen. Hierbei kann der ohnehin im Zylinderkopf vorhandene Öldruck genutzt werden. Das Stellglied kann alternativ aus einem Elektromotor bzw. -magnet oder aus einem Pneumatikzylinder bestehen, der die Welle kontinuierlich in Abhängigkeit z.B. des Saugrohrunterdruckes verdreht.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen Schlepphebelventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,
    Fig. 2
    eine Draufsicht in Pfeilrichtung Y gemäß Fig. 1 und
    Fig. 3
    einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 2.
  • Ein Zylinderkopf 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine weist einen von einem Gaswechselventil 2 beherrschten Gaskanal 3 auf. Eine mit Nocken 4 versehene Nockenwelle 5 steuert über einen Lagerarm 6 eines Schlepphebels 7 den Gaswechsel. Der Lagerarm 6 ist drehbar auf einer parallel zur Nockenwelle 5 liegenden, am oberen Ende des Gaswechselventil 2 angeordneten Achse 8 gelagert.
    Beabstandet zum Lagerarm 6 ist eine mit einem Nocken 4 ständig in Kontakt stehende Rolle 9 drehbar am Schlepphebel 7 gelagert, so daß die Nocke 4 in einem Punkt P zwischen dem Lagerarm 6 und dem gegenüberliegenden, freien Ende 10 am Schlepphebel 7 angreift. Eine den Punkt P und die Achse 8 mittig schneidende Linie F-F tangiert einen kreisbogenförmigen, an einem Arm 11 des freien Endes 10 ausgebildeten Längsabschnitt 12.
    Das freie Ende 10 ist senkrecht zur Nockenwelle 5 gleitend zwischen zueinander parallelen, im Zylinderkopf 1 angeordneten Anlagefläche 13 gelagert.
    Der Krümmungsradius R des Längsabschnittes 12 schneidet die Mittellängsachse A-A einer im Zylinderkopf 1 drehbar gelagerten, als Steuerwelle 15 ausgebildeten Welle. Drehfest an dieser Steuerwelle 15 ist eine sich radial in Richtung des Armes 11 erstreckende Widerlageraufnahme 16 angeordnet. Diese weist eine zylindrische Aufnahme 17 auf, in der als hydraulische Ventilspielausgleichselemente 18 ausgebildete Widerlager gehalten sind. Diese werden durch die hohlgebohrte Steuerwelle 15 und radiale Bohrungen 19 mit Drucköl versorgt.
    Der Schlepphebel 7 liegt mit seinem Längsabschnitt 12 in einem Widerlagerpunkt W auf dem Ausgleichselement 18 auf.
  • Auf der Steuerwelle 15 ist drehfest ein Schwenkhebel 20 angeordnet, welcher zwei entgegengesetzt beabstandet zu der Längsachse A-A ausgebildete Ausnehmungen 21, 22 aufweist. In diese Ausnehmung 21 bzw. 22 greifen Stempel 23 eines mit ölhydraulischen Kolben 24 bzw. 25 versehenen Stellgliedes 26 ein.
    Die Kolben 24, 25 sind im Zylinderkopf 1 gelagert und werden wechselweise in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinenparameter Last L und Drehzahl n von einem Schaltventil 27 gesteuert über einen Druckölzulauf 28 beaufschlagt.
  • Das Schaltventil 27 bewegt einen mit einer Nut 29 versehenen Steuerkolben 30, welcher jeweils den Druckölzulauf 28 mit einem Kolben 24, 25 verbindet und gleichzeitig den anderen Kolben 25, 24 mit einem Rücklauf 31 verbindet.
  • Im Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand ist der Kolben 25 mit dem Druckölzulauf 28 verbunden und der Schwenkhebel 20 befindet sich in der gestrichelt dargestellten Position gemäß Fig. 3. Die Widerlageraufnahmen 16 finden sich infolgedessen in der in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellten Position. Der Widerlagerpunkt W befindet sich einen Hebel C bildend relativ nahe am Punkt P, so daß sich gemeinsam mit dem durch den Abstand des Punktes P von der Achse 8 gegebenen Hebel B ein relativ großer Ventilhub einstellt.
  • In einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine schiebt das Schaltventil den Steuerkolben 30 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, so daß der Kolben 24 mit dem Druckölzulauf 28 verbunden ist und den Schwenkhebel 20 um einen Winkel E in die mit ausgezeichneten Linien dargestellte Position verschwenkt.
  • Der Widerlagerpunkt W wird dadurch in die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Position verschoben, der ursprüngliche Hebel C ist verlängert auf den Hebel D. Infolge dessen stellt sich gemeinsam mit dem unveränderten Hebel B ein relativ kleiner Ventilhub ein.
  • Bei einer Ausbildung des Stellgliedes 26 z.B. als pneumatische Druckdose, die kontinuierlich in Abhängigkeit des Ansaugrohrunterdruckes der Brennkraftmaschine arbeitet, kann der Widerlagerpunkt W kontinuierlich in jede Stellung entlang des Längsabschnittes 12 verschoben werden.

Claims (9)

  1. Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb, welcher in einem Zylinderkopf von einer Nockenwelle betätigt mit einem Ende des Schlepphebels mindestens ein Gaswechselventil steuert, wobei der Widerlagerpunkt des Schlepphebels durch Verschwenken einer Welle veränderbar ist, gekennzeichnet durch einen an dem Schlepphebel (7) ausgebildeten, kreisbogenförmigen Längsabschnitt (12), der in dem Widerlagerpunkt (W) mit gemeinsam mit der Welle (Steuerwelle 15) schwenkbaren Widerlageraufnahmen (16) in Kontakt steht.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) des Längsabschnittes (12) die Mittellängsachse (A-A) der Steuerwelle (15) schneidet.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Widerlageraufnahmen (16) angeordnete Widerlager (Ventilspielausgleichselement 18) sich entlang des Krümmungsradius (R) bis zum Widerlagerpunkt (W) erstreckend angeordnet sind.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (5) mittels eines Übertragungsgliedes (Rolle 9) an einem Punkt (P) des Schlepphebels (7) angreift, welcher zwischen dem am Gaswechselventil (2) angreifenden Lagerarm (6) und dem Längsabschnitt (12) angeordnet ist.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerarm (6) drehbar auf einer parallel zur Nockenwelle (5) liegenden, am oberen Ende des Gaswechselventiles (2) angeordneten Achse (8) gelagert ist.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Achse (8) und den Punkt (P) verlaufende Linie (F-F) den Längsabschnitt (12) tangiert.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkhebel (20) drehfest auf der Steuerwelle (15) angeordnet ist, an dem ein in Abhängigkeit von Parametern (Last L, Drehzahl n) der Brennkraftmaschine angesteuertes Stellglied (26) die Steuerwelle (15) schwenkend angreift.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied (26) ölhydraulisch beaufschlagte, an dem Schwenkhebel (20) oberhalb bzw. unterhalb der Steuerwelle (15) angreifende Kolben (24 bzw. 25) angeordnet sind.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Längsabschnitt (12) benachbarte Ende (10) des Schlepphebels (7) senkrecht zur Nockenwelle (5) gleitend zwischen zueinander parallelen Anlageflächen (13) geführt ist.
EP92110854A 1991-07-04 1992-06-26 Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebelventiltrieb Expired - Lifetime EP0521412B1 (de)

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EP0521412A1 true EP0521412A1 (de) 1993-01-07
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