EP0686756A1 - Ventiltrieb mit variabler Steuerung der Ventilöffnungswinkel - Google Patents

Ventiltrieb mit variabler Steuerung der Ventilöffnungswinkel Download PDF

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EP0686756A1
EP0686756A1 EP95106520A EP95106520A EP0686756A1 EP 0686756 A1 EP0686756 A1 EP 0686756A1 EP 95106520 A EP95106520 A EP 95106520A EP 95106520 A EP95106520 A EP 95106520A EP 0686756 A1 EP0686756 A1 EP 0686756A1
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    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Definitions

  • the invention is based on the preamble of claim 1 from PCT / EP 93/03451.
  • the subject of this document is a valve train with a control device for variably changing the opening and closing of a globe valve with a substantially constant valve lift.
  • a control cam of a camshaft acts on the lift valve, for example, via a roller serving as an intermediate element and a valve lever.
  • the roller can be displaced along a path concentric with the camshaft axis in the valve lever.
  • this shift does not take place statically, depending on the load and speed, as is known, for example, from CH-PS 390 617, the opening and closing times being adjusted at the same time and the distance remaining constant and there being no change in the valve lift curve. Furthermore, the shift also does not take place in the manner known from DE-A 42 20 816, in which the roller which can be shifted concentrically to the camshaft axis in a rocker arm or rocker arm serves to change the valve lift by means of static adjustment of the change in the valve lever transmission ratio, the between opening and The closing time, which also remains constant, is only shifted towards early or late depending on the valve stroke.
  • a valve lever - is movably arranged and is in drive connection with a shaft of a control device that is constantly synchronously rotating and relatively rotatable with the camshaft of a control device in such a way that with each valve lift an engagement of the contact track, for example the roller, with the opening and closing flanks of the rotating control cam determines the valve opening phase is achieved by a force-controlled movement of the example roller in the same or opposite direction relative to the direction of rotation of the control cam.
  • the roller arranged on the transmission element side is moved in a controlled manner relative to the control cam acting with its direction of rotation, and in a second, opposite rotation angle assignment, the roller is moved in a controlled manner relative to the control cam acting against its direction of rotation.
  • the roller in the transmission member which is driven in the same direction relative to the control cam in each valve stroke and is thus dynamically controlled, this results in a large valve opening angle or a long valve opening period with an essentially constant valve stroke.
  • the roller in the transmission element which is driven in opposite directions with each valve stroke relative to the control cam and is therefore dynamically controlled, causes a relatively small valve opening angle or a short valve opening period with an essentially constant valve stroke.
  • the invention has for its object to develop this known valve train for effective load control.
  • a valve lever with a variable transmission ratio is selected as the variable stroke control. This results in a compact design with the lowest overall height of the combined device.
  • a variable valve lift control by means of a variable valve lever ratio is known per se from US-A 3 166 057, but with the fact that the valve opening angle is not variable, so that an additional speed-dependent influencing of the load control via early or late opening and closing angles, in contrast to the invention is not given.
  • a control cam 2 of a camshaft 3 actuates a gas exchange valve 4 via a valve lever 5.
  • the valve lever is a rocker arm 6, which on the control cam side has a guide 8 arranged concentrically with the axis 7 of the camshaft 3.
  • a guide 8 arranged concentrically with the axis 7 of the camshaft 3.
  • the positively controlled roller 9 is in drive connection via crank arms 12, for example with a crank mechanism (not shown) of the control device 11, the crank mechanism rotating synchronously with the camshaft 3.
  • roller 9 which can be displaced relative to the rotating control cam 2 according to the arrows A and B, is to shift the action of the control cam 2 on the rocker arm 6 for actuating the gas exchange valve 4 early or late, and thus to different valve opening angles or different valve opening periods achieve.
  • This control device 11 for variable valve opening angles or associated with this for variable valve spreading is combined according to the invention with a variable stroke control 13 for the gas exchange valve 4.
  • variable stroke control 13 because of its simple construction comprises a valve lever 5 with a variable transmission ratio.
  • a compact design with a low overall height results in a valve lever 5 designed as a rocker arm 6, the rocker arm 6 having an arcuate slideway 14 between its two end regions for a sliding block 16 which can be displaced via a rocker 15.
  • the rocker arm 15 is pivotally mounted in a cylinder head of the internal combustion engine, not shown, on the camshaft side, preferably somewhat below the axis of the camshaft.
  • the translation of the rocker arm 6 is changed with the associated displacement of the sliding block 10 along the arcuate slideway 14.
  • This changeable stroke of the gas exchange valve 4 results.
  • This changeable valve stroke of the gas exchange valve 4 is used for the targeted load control of an internal combustion engine.
  • the stroke of the gas exchange valve 4 can in principle be varied from a zero stroke to a maximum stroke over each selected valve opening angle.
  • the rocker arm 6 can be combined in its valve-side end region with an automatic valve lash adjuster (not shown).
  • valve opening angles can be varied via the control device 11 with a selected ratio of the rocker arm 6 and thus with a constant stroke of the gas exchange valve 4.
  • the rocker 15 is driven in a map-controlled manner (not shown).
  • This embodiment advantageously makes it possible for the variable valve opening angle control 11 in combination with the variable stroke control 13 to take over the function of a load control element, and thus a load control element usually designed as a throttle valve can be omitted.
  • a rocker 15 acting in common can be used for several similar gas exchange valves 4.
  • these can either belong to one cylinder of an internal combustion engine or two adjacent cylinders of an internal combustion engine.

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Abstract

Bei einem Ventiltrieb mit einer Steuereinrichtung für variable Ventilöffnungswinkel ist ein Gaswechselventil mittelbar über einen Ventilhebel betätigt. Zur gezielten Laststeuerung einer Brennkraftmaschine wird dieser Ventiltrieb erfindungsgemäß mit einer variablen Hubsteuerung für das Gaswechselventil kombiniert. Vorzugsweise dient als variable Hubsteuerung ein Ventilhebel mit veränderbarer Übersetzung. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der PCT/EP 93/03451 aus.
  • Gegenstand dieses Dokumentes ist ein Ventiltrieb mit einer Steuervorrichtung zur variablen Änderung der Öffnung und Schließung eines Hubventiles bei im wesentlichen konstantem Ventilhub. Bei dieser Steuervorrichtung wirkt ein Steuernocken einer Nockenwelle beispielsweise über eine als Zwischenelement dienende Rolle und einem Ventilhebel auf das Hubventil ein. Zur Änderung der Ventilöffnungsperiode ist die Rolle längs einer zur Nockenwellenachse konzentrischen Bahn im Ventilhebel vertagerbar.
  • Diese Verlagerung erfolgt jedoch nicht, wie z.B. aus der CH-PS 390 617 bekannt, bedarfsweise last- und drehzahlabhängig statisch, wobei Öffnungs- und Schließzeitpunkt bei konstant bleibendem Abstand gleichzeitig verstellt werden und keine Änderung der Ventilerhebungskurve gegeben ist. Weiter erfolgt die Verlagerung ebenfalls nicht in der aus der DE-A 42 20 816 bekannten Weise, bei der die zur Nockenwellen-Achse in einem Schlepp- oder Kipphebel konzentrisch verlagerbare Rolle mittels statischer Verstellung der Änderung des Ventilhebel-Übersetzungsverhältnisses zur Änderung des Ventilhubes dient, wobei die zwischen Öffnungs- und Schließzeitpunkt ebenfalls konstant bleibende Steuerzeit lediglich ventilhubabhängig gegen früh oder spät verschoben wird.
  • Demgegenüber wird bei dem von der FR-A 2 500 528 ausgehenden Anmeldegegenstand der eingangs genannten PCT/EP 93/03451 vorgeschlagen, daß das Zwischenelement - z.B. eine Rolle - über einen zur Achse der Nockenwelle im wesentlichen konzentrischen Kreisbogenabschnitt in/an einem Übertragungsglied - z.B. ein Ventilhebel - beweglich geführt angeordnet ist und mit einer mit der Nockenwelle ständig synchron drehenden und relativ drehwinkelverstellbaren Welle einer Steuervorrichtung derart in Antriebsverbindung steht, daß bei jedem Ventilhub ein die Ventilöffnungsphase bestimmender Eingriff der Kontaktbahn beispielsweise der Rolle mit dem Öffnungs- und Schließflanken des drehenden Steuernockens durch eine relativ zur Drehrichtung des Steuernockens gleich- oder gegensinnig zwangsgesteuerte Bewegung der beipielsweisen Rolle erzielt ist.
  • Demnach ist in einer ersten Drehwinkelzuordnung der ständig synchron zur Nockenwelle drehenden Welle der Steuervorrichtung die übertragungsgliedseitig angeordnete Rolle relativ zum einwirkenden Steuernocken mit dessen Drehrichtung gesteuert mitbewegt und in einer zweiten, dazu entgegengesetzten Drehwinkelzuordnung ist die Rolle relativ zum einwirkenden Steuernocken entgegen dessen Drehrichtung gesteuert bewegt. Mit der bei jedem Ventilhub relativ zum Steuernocken gleichsinnig gesteuert angetriebenen und damit dynamisch gesteuerten Rolle im Übertragungsglied ergibt sich bei im wesentlichen konstantem Ventilhub damit ein großer Ventilöffnungswinkel bzw. eine lange Ventilöffnungsperiode. Die demgegenüber bei jedem Ventilhub relativ zum Steuernocken gegensinnig gesteuert angetriebene und damit dynamisch gesteuerte Rolle im Übertragungsglied bewirkt bei im wesentlichen konstantem Ventilhub einen relativ kleinen Ventilöffnungswinkel bzw. eine kurze Ventilöffnungsperiode.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Ventiltrieb für eine wirksame Laststeuerung weiterzubilden.
  • Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst. Durch die erfinderische Kombination einer variablen Hubsteuerung mit der variabalen Steuerung der Ventilöffnungswinkel in dem bekannten Ventiltrieb ist eine gezielte Laststeuerung der Brennkraftmaschine möglich. Insbesondere kann bei konstant gehaltenem Ventilöffnungswinkel der Hub des Gaswechselventils entsprechend der jeweiligen Last variiert werden und zwar über dem gesamten Ventilhub. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Steuerungen voneinander unabhängig zur Wirkung gebracht werden können. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, daß die variable Ventilöffnungswinkel-Steuerung in Kombination mit der variablen Hubsteuerung die Funktion eines Laststeuerorgans übernimmt und damit ein beispielsweise als Drosselklappe gestaltetes gesondertes Laststeuerorgan sich erübrigt.
  • In einer konstruktiv besonders bevorzugten Ausgestaltung wird als variable Hubsteuerung ein Ventilhebel mit veränderbarer Übersetzung gewählt. Dies ergibt eine kompakte Bauweise bei niedrigster Bauhöhe der kombinierten Vorrichtung. Zwar ist eine variable Ventilhubsteuerung mittels veränderbarer Ventilhebel-Übersetzung per se aus der US-A 3 166 057 bekannt, jedoch mit dem Umstand nicht variabler Ventilöffnungswinkel, so daß eine zusätzliche drehzahlabhängige Beeinflussung der Laststeuerung über frühe oder späte Öffnungs- und Schließwinkel im Gegensatz zur Erfindung nicht gegeben ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in zusätzlichen Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1
    den erfindungsgemäßen Ventiltrieb in Seitenansicht, und
    Figur 2
    den erfindungsgemäßen Ventiltrieb in perspektivischer Ansicht für zwei gleichartige Gaswechselventile einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine.
  • Bei einem Ventiltrieb 1 betätigt ein Steuernocken 2 einer Nockenwelle 3 ein Gaswechselventil 4 über einen Ventilhebel 5. Der Ventilhebel ist ein Kipphebel 6, der steuernockenseitig eine zur Achse 7 der Nockenwelle 3 konzentrisch angeordnete Führung 8 aufweist. Längs der Führung 8 ist ein als Rolle 9 gestaltetes Zwischenelement 10 über eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung 11 gemäß den Pfeilrichtungen A und B relativ zum drehenden Steuernocken 2 gleich- und gegensinnig zwangsgesteuert. Die zwangsgesteuerte Rolle 9 steht über Kurbelarme 12 beispielsweise mit einem nicht gezeigten Kurbeltrieb der Steuereinrichtung 11 in Antriebsverbindung, wobei der Kurbeltrieb mit der Nockenwelle 3 synchron dreht. Zweck der relativ zum drehenden Steuernocken 2 gemäß den Pfeilen A und B verlagerbaren Rolle 9 ist es, die Einwirkung des Steuernockens 2 auf den Kipphebel 6 zur Betätigung des Gaswechselventils 4 nach früh oder nach spät zu verlagern und damit unterschiedliche Ventilöffnungswinkel bzw. verschieden lange Ventilöffnungsperioden zu erzielen. (Näheres in der eingangs erwähnten PCT/EP 93/03451.)
  • Diese Steuereinrichtung 11 für variable Ventilöffnungswinkel bzw. damit verbunden für variable Ventilspreizung wird erfindungsgemäß kombiniert mit einer variablen Hubsteuerung 13 für das Gaswechselventil 4.
  • Eine wegen einfachen Aufbaues bevorzugte Ausgestaltung der variablen Hubsteuerung 13 umfaßt einen Ventilhebel 5 mit veränderbarer Übersetzung.
  • Eine kompakte Bauweise bei niedriger Bauhöhe ergibt ein als Kipphebel 6 gestalteter Ventilhebel 5, wobei der Kipphebel 6 zwischen seinen beiden Endbereichen eine bogenförmige Gleitbahn 14 für einen über eine Schwinge 15 verlagerbaren Gleitstein 16 aufweist. Die Schwinge 15 ist in einem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine nockenwellenseitig, vorzugsweise etwas unterhalb der Achse der Nockenwelle schwenkbeweglich gelagert. Mittels der schwenkbeweglich angeordneten Schwinge 15 wird mit der damit verbundenen Verlagerung des Gleitsteines 10 längs der bogenförmigen Gleitbahn 14 die Übersetzung des Kipphebels 6 geändert. Mit dieser veränderbaren Übersetzung ergibt sich ein veränderbarer Hub des Gaswechselventils 4. Dieser veränderbare Ventilhub des Gaswechselventiles 4 dient der gezielten Laststeuerung einer Brennkraftmaschine. Bei einer von der Steuereinrichtung 11 für variable Ventilöffnungswinkel unabhängig bzw. gesondert wirksamen variablen Hubsteuerung 13 kann über jedem gewählten Ventilöffnungswinkel der Hub des Gaswechselventiles 4 prinzipiell von einem Null-Hub bis zu einem Maximal-Hub variiert werden.
  • Der Kipphebel 6 kann in seinem ventilseitigen Endbereich mit einer nicht gezeigten, selbsttätigen Ventilspielausgleichseinrichtung kombiniert sein.
  • Weiter kann mit der erfindungsgemäßen Kombination aber auch erreicht werden, daR bei einer gewählten Übersetzung des Kipphebels 6 und damit bei einem konstanten Hub des Gaswechselventils 4 Ventilöffnungswinkel über die Steuereinrichtung 11 variiert werden.
  • Für eine optimale Laststeuerung ist die Schwinge 15 kennfeldgesteuert angetrieben (nicht gezeigt). Diese Ausgestaltung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, daR die variable Ventilöffnungswinkel-Steuerung 11 in Kombination mit der variablen Hubsteuerung 13 die Funktion eines Laststeuerorgans übernimmt und somit ein üblicherweise als Drosselklappe ausgebildetes Laststeuerorgan entfallen kann.
  • Aus Figur 1 ist weiter erkennbar, daß an der Schwinge 15 eine auf den Ventilhebel 5 bzw. dem Kipphebel 6 vorgespannt einwirkende Feder 17 angeordnet ist, die insbesondere bei ventilseitiger Stellung der Schwinge 15 zur satten Anlage der Rolle 9 am Steuernocken 2 dient.
  • Aus der Figur 2 ist erkennbar, daß für mehrere gleichartige Gaswechselventile 4 eine gemeinsam wirkende Schwinge 15 einsetzbar ist. In der in Figur 2 gezeigten Anordnung der gleichartigen Gaswechselventile 4 können diese entweder einem Zylinder einer Brennkraftmaschine oder zwei benachbarter Zylinder einer Brennkraftmaschine angehören.

Claims (10)

  1. Ventiltrieb mit einer Steuereinrichtung für variable Ventilöffnungswinkel, insbesondere für Brennkraftmaschinen,
    - bei der ein Steuernocken (2) einer Nockenwelle (3) ein Gaswechselventil (4) über einen Ventilhebel (5) betätigt, der
    - mit dem Steuernocken (2) über ein zur Achse (7) der Nockenwelle (3) konzentrisch geführtes Zwischenelement (10; Rolle 9) zusammenwirkt, das
    - mittels einer drehwinkelverstellbaren Steuereinrichtung (11) mit dem drehenden Steuernocken (2) synchron zu diesem relativ gleich- und gegensinnig zwangsgesteuert ist,
    - gekennzeichnet durch die Kombination mit einer variablen Hubsteuerung (13) für das Gaswechselventil (4).
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als variable Hubsteuerung (13) ein Ventilhebel (5) mit veränderbarer Übersetzung dient.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Hubsteuerung (13) von der Steuereinrichtung (11) für variable Ventilöffnungswinkel unabhängig bzw. gesondert wirksam ist.
  4. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der als ein Kipphebel (6) gestaltete Ventilhebel (5) im steuernockenseitigen Endbereich eine zur Nockenwellen-Achse (7) im wesentlichen konzentrische Führungsbahn (8) für das Zwischenelement (10) aufweist, und
    - ferner zwischen dem ventilseitigen und dem steuernockenseitigen Endbereich eine bogenförmige Gleitbahn (14) aufweist, die
    - mit einem an einer verlagerbaren Schwinge (15) kippbeweglich angeordneten Gleitstein zur Änderung der Ventilhebel-Übersetzung zusammenwirkt.
  5. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (6) im ventilseitigen Endbereich mit einer selbsttätigen Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung kombiniert ist.
  6. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (15) nockenwellenseitig in/an einem Zylinderkopf gelagert ist.
  7. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (15) kennfeldgesteuert angetrieben ist.
  8. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schwinge (15) eine Feder (17) angeordnet ist, die am Kipphebel (6) vorgespannt gleitbeweglich anliegt.
  9. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Ventilhebeln (5) für gleichartige Gaswechselventile (4) eine einzige Schwinge (15) zugeordnet ist.
  10. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Ventilöffnungswinkel-Steuerung (11) in Kombination mit der variablen Hubsteuerung (13) als Laststeuerorgan dient.
EP95106520A 1994-06-08 1995-04-29 Ventiltrieb mit variabler und unabhängiger Steuerung des Ventilöffnungswinkels und des Ventilhubs Expired - Lifetime EP0686756B1 (de)

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