EP0914546B1

EP0914546B1 - Ventiltrieb und zylinderkopf einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0914546B1
Application number: EP97932761A
Authority: EP
Inventors: Dieter Reitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-20
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2001-05-16
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: DE19780736D2; EP0914546A1; DE19640520A1; DE59703557D1; WO1998003778A1

Abstract

Ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der zwischen ihrem zumindest einen Hubventil (12) und ihrer Nockenwelle (34) zum Steuern des variablen Hubverlaufs vorhanden ist, besitzt eine Druckübertragungseinrichtung, die an dem Hubventil (12) drückend anliegt, sowie einen Kontaktkörper (35), der an einem Nocken (16) der Nockenwelle (34) anliegt und der bei seiner durch Drehen des Nockens (16) bewirkten Lageveränderung eine oszillierende Bewegung der Druckübertragungseinrichtung bewirkt. Die Druckübertragungseinrichtung besitzt eine Kontaktfläche (80), über die die Druckübertragung erfolgt. Die um die Lagerachse (14) verschwenkbare Kontaktfläche (80) besitzt einerseits einen ersten Oberflächenbereich (80.1), der eine kreiszylinderförmige Krümmung besitzt, mit der Lagerachse (14) als Zylinderlängsachse, und andererseits einen zweiten Oberflächenbereich (80.2), der sich an dem ersten Oberflächenbereich (80.1) anschließt und der eine nicht kreiszylinderförmige Krümmung besitzt.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb sowie einen mit einem derartigen Ventiltrieb ausgestatteten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb ist dabei zwischen ihrem zumindest einen Hubventil und ihrer Nockenwelle zum Steuern des variablen Hubverlaufs vorhanden.

STAND DER TECHNIK

Aus der WO-A-83/02301 ist ein derartiger, gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt, mit dem sich ein Ventilhubverlauf hinsichtlich Hubgröße und Hubdauer variabel einstellen läßt. Der Ventiltrieb besitzt eine quer zur Nockenwellenachse verstellbare Druckübertragungsvorrichtung, die mit ihrer Kontaktfläche an dem Hubventil drückend anliegt. Die Kontaktläche weist dabei zumindest einen ersten Oberflächenbereich auf, bei dessen zyklischer Relativbewegung zum Ventil dieses keine Hubbewegung ausführt, und einen daran angrenzenden zweiten Oberflächenbereich, bei dessen Kontakt mit dem Ventil dieses zu einer Öffnungsbewegung veranlaßt wird. Ein Kontaktkörper liegt an einem Nocken der Nockenwelle an und bewirkt bei seiner durch Drehen des Nockens verursachten Lageveränderung eine oszillierende Bewegung der Druckübertragungsvorrichtung.

Zur Verstellung von Hubgröße und Hubdauer müssen die Umkehrpunkte der oszillierenden Druckübertragungsvorrichtung verlagert werden, so daß das Verhältnis der Abtastwege von erstem und zweitem Oberflächenbereich verändert wird. Diese Stellbewegung erfolgt durch der dynamischen Ventiltriebbewegung unterworfene Elemente wie Zahnrad-Zahnstangenpaarung bzw. Führungen von Bauteilen mit mehreren Freiheitsgraden.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die Komplexität der schnell bewegten Elemente, deren Verwendung bei schnellaufenden Motoren wegen dem unvermeidlichen Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen und der geringen Haltbarkeit der Linienberührung aufweisenden Führungen von Bauteilen nicht vorstellbar ist.

Für einen Ottomotor mit besonders geringem Verbrauch ist es erforderlich, die Ventilsteuerzeiten einhergehend mit der Veränderung der Hubhöhe asymmetrisch zu verändern. Bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Ventiltrieb liegen die Hubmaxima zeitlich gleich, so daß abhängig von der Hubgröße die Nockenwelle zusätzlich um einen bestimmten Winkel phasenverschoben werden muß. Hierzu wird ein gesonderter Phasensteller benötigt, der zusätzlichen Bauraum beansprucht. Wegen der Phasenverschiebung können nun die Auslaßventile nicht von der gleichen Nockenwelle wie die Einlaßventile betätigt werden, so daß zwei Nockenwellen erforderlich sind. Hierfür wird besonders auf der Seite des Steuertriebs zusätzlicher Bauraum benötigt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb anzugeben, der eine Verstellung des Ventilhubverlaufs und der Ventilöffnungsdauer auf konstruktiv befriedigende Weise ermöglicht und mit dem ein möglichst kompakter Zylinderkopf konstruktiv gestaltet werden kann.

Diese Erfindung ist für einen Ventiltrieb durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für einen dementsprechenden Zylinderkopf durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gegeben.

Ausgehend von dem durch die eingangs genannte WO-A-83/02301 vorbekannten Stand der Technik zeichnet sich der erfindungsgemäße Ventiltrieb dadurch aus, daß die Druckübertragungsvorrichtung einen Schwinghebel aufweist, der an seinem einen Ende den Kontaktkörper trägt, um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle vorhandene Lagerachse pendelnd gelagert ist, in seiner Längsrichtung etwa tangential zum Nockengrundkreis der Nockenwelle verläuft und an dem die Kontaktfläche aufweisenden Element der Druckübertragungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar drückend anliegt, und die Druckübertragungsvorrichtung desweiteren ein Verstellelement aufweist, das im Zylinderkopf gelagert ist, die Lagerachse des Schwinghebels verlagerbar führt und eine Verlagerungsbahn der Lagerachse des Schwinghebels erzeugt, die ausgehend von der Verlagerungsstellung für maximalen Ventilhub etwa der Längsachse des Schwinghebels bei Abtastung des Nockengrundkreises durch den Kontaktkörper (35, 221) entspricht.

Der Schwinghebel tastet mit seinem Kontaktkörper den Nockenwellen-Nocken ab und überträgt seine schwingende Bewegung auf das die Kontaktfläche tragende oszillierende Element der Druckübertragungsvorrichtung. Bei Verlagern der Schwinghebellagerachse durch das Verstellelement bewegt sich der Kontaktkörper entlang des Nockenumfanges, wodurch der Nocken je nach Drehrichtung der Nockenwelle früher oder später abgetastet wird. Gleichzeitig verlagert sich beim Verlagern des Schwinghebels auch der Ruhepunkt des die Kontaktfläche tragenden Elementes, woraus sich eine Veränderung der Ventilhubhöhe und der Ventilöffnungsdauer ergibt. Durch geschickte Auslegung der Bauteile der Druckübertragungsvorrichtung lassen sich die Steuerzeiten des Ventils in fester Zuordnung zum Ventilhub derart festlegen, daß ein besonders verbrauchsarmer Motorbetrieb möglich wird.

Der Ventiltrieb kann derart gestaltet sein, daß das Verstellelement drehbar auf der Nockenwelle gelagert ist wie auch ein die Nockenwelle ringförmig umschließendes Element, das an einem Teil seines Umfanges die Kontaktfläche zum Hubventil aufweist. Dabei kann eine drehbare Verstellwelle mit paralleler Ausrichtung neben der und im Abstand zu der Nockenwelle vorhanden sein, wobei eine getriebemäßige Verbindung zwischen der Verstellwelle und dem Schwenkhebel vorhanden ist.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist das Verstellelement um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle im Zylinderkopf gelagerte Achse verschwenkbar. Dabei kann es wahlweise auf einer im Zylinderkopf befestigten Welle drehbar gelagert sein oder auf einer drehbar im Zylinderkopf gelagerten Verstellwelle drehfest befestigt sein. Es gleicht einem einfachen Hebel, der sich von seiner Schwenkachse zu der Lagerachse des Schwinghebels erstreckt. Besonders platzsparend kann hierbei die Lagerung des die Kontaktfläche (80) aufweisenden Elementes (78.2) auf der im Zylinderkopf gelagerten Achse (100) sein.

Die um die Lagerachse pendelnde Bewegung des Schwinghebels kann auf vorteilhafte Weise durch einen Druckstab auf das die Kontaktfläche aufweisende Element übertragen werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob letzteres eine zyklische drehende oder längsverschiebliche Bewegung durchführt.

Erfolgt der Kraftfluß zum Ventil über den ersten Oberflächenbereich der Kontaktfläche, bei dessen zyklischer Relativbewegung zu dem Ventil dieses keine Hubbewegung ausführt, kann dio Vontilfeder keinen Beitrag zur Rückstellung der Druckübertragungsvorrichtung leisten. Deshalb stützt sich das die Kontaktfläche aufweisende Element an einem elastisch verformbares Druckglied ab.

Die Kontaktfläche kann drückend direkt am Ventil oder indirekt mittels an sich bekannter Übertragungselemente wie beispielsweise mittels eines Rollen-Schlepphebels am Ventil anliegen.

Aufgrund der Tatsache, daß eine Phasenverstellung zum Ermöglichen eines veränderten Öffnungs- beziehungsweise Schließzeitpunkts des Hubventils bei dem erfindungsgemäßen Ventitirieb nicht erforderlich ist, kann die Nockenwelle mit unverändert konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. Dies ermöglicht es, eine einzige Nockenwelle sowohl zum Ansteuern der Einlaß- als auch der Auslaßventile einer Brennkraftmaschine vorzusehen. Dazu wird Raum über dem Zylinderkopf dieses Motors frei, in dem der Ventiltrieb mit seinen Druckübertragungseinrichtungen plaziert werden kann. Der benötigte Raum über einem Zylinderkopf wird bei Anordnung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs nämlich praktisch nicht größer, so daß ein sehr schlanker Zylinderkopf konstruktiv ausgebildet werden kann. Dabei befindet sich der erfindungsgemäße Ventiltrieb zwischen der Nockenwelle und dem zumindest einen Einlaßventil. Zwischen der Nockenwelle und dem zumindest einen Auslaßventil kann ein an sich bekannter Ventiltrieb angeordnet sein.

Der dementsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, daß seine zumindest zwischen der Nockenwelle und einem Einlaßventil vorhandene Druckübertragungsvorrichtung einen Schwinghebel aufweist, der an seinem Ende den Kontaktkörper trägt, um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle vorhandene Lagerachse pendelnd gelagert ist, in seiner Längsrichtung etwa tangential zum Nockengrundkreis der Nockenwelle verläuft und an dem die Kontaktfläche aufweisenden Element der Druckübertragungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar drückend anliegt, und die Druckübertragungsvorrichtung desweiteren ein Verstellelement aufweist, das im Zylinderkopf gelagert ist, die Lagerachse des Schwinghebels verlagerbar führt und eine Verlagerungsbahn der Lagerachse des Schwinghebels erzeugt, die ausgehend von der Verlagerungsstellung für maximalen Ventilhub etwa der Längsachse des Schwinghebels bei bei Abtastung des Nockengrundkreises durch den Kontaktkörper entspricht.

In einer Weiterführung ist es auch möglich, daß der erfindungsgemäße Ventiltrieb zusätzlich auch zwischen der Nockenwelle und dem Auslaßventil angeordnet ist, so daß auch der Hubverlauf des Auslaßventils in gleicher Weise wie der des Einlaßventils steuerbar ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf können Nockenwelle und Verstellwelle etwa in gleicher Höhe oberhalb der in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichteten Ventile mit ihren wesentlichen Bauteilen vorhanden sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Verstellwelle unterhalb der Nockenwelle zwischen den Ventilen anzuordnen. Die Druckübertragungsvorrichtung ist dabei im wesentlichen zwischen der Nockenwelle, der Verstellwelle und dem Einlaßventil vorhanden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform eines Ventiltriebs nach der Erfindung,
Fig. 2: einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer zweiten Ausführungsform eines Ventiltriebs zur gleichzeitigen Betätigung der vorhandenen Einlaß- und Auslaßventile,
Fig. 3: einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer dritten Ausführungsform eines Ventiltriebs nach der Erfindung, in einer ersten Stellung der Verstellwelle,
Fig. 4: einen Schnitt durch den Zylinderkopf gemäß Fig. 3, mit einer zweiten Stellung der Verstellwelle,
Fig. 5: ein Diagramm mit mehreren Ventilhubverläufen.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Von einer Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 ausschnittsweise ein Zylinderkopf 10 mit einem Einlaßventil 12 dargestellt. Oberhalb des Zylinderkopfes 10 und damit auch oberhalb des Einlaßventils 12 ist eine oben liegende Nockenwelle 34 vorhanden, von der ihre Achse 14 und einer von mehreren Nocken, ein zum Ansteuern des Einlaßventils 12 dienender Einlaßnocken 16, zu erkennen sind.

An dem Nocken 16 ist eine Rolle 35 drehbar befestigt, die im vorliegenden Fall nadelgelagert ist. Die Drehachse 36 der Rolle 35 liegt parallel zur Achse 14 der Nockenwelle 34 und parallel zu einer weiteren Welle 30. Diese Welle 30 kann auf einem Umfangskreis 31 mit dem Radius R2 um den Mittelpunkt M (Achse 14) hin und her verstellt werden. Dazu ist die Welle 30 auf einem Verstellelement 32 befestigt. Dieses Verstellelement 32 läßt sich in einem entsprechenden Kreisbogen ebenfalls um die Achse 14 mit konstantem Radius verstellen.

Die Verstellung des Verstellelements 32 relativ zur jeweiligen Drehausrichtung der Nockenwelle 34 erfolgt mittels eines auf einer Verstellwelle 56 befestigten Zahnrades 54, das mit einer am Verstellelement 32 vorhandenen Verzahnung 52 in kämmendem Eingriff steht. Das Zahnrad 54 ist auf der Verstellwelle 56 drehfest befestigt. Durch Verdrehen der Verstellwelle 56 und somit des Zahnrades 54 wird also das Verstellelement 32 relativ zur Nockenwelle 34 in der einen oder anderen Drehrichtung verstellt.

An der Welle 30, die am Verstellelement 32 befestigt ist, ist ein Schwinghebel 74 drehbar gelagert, der an seinem in Fig. 1 oberen Ende die Rolle 35 trägt, die an der Einlaßnocke 16 anliegt.

An dem in Fig. 1 unteren Ende drückt gegen den Schwinghebel 74 das eine Ende einer Schubstange 76. Das andere Ende dieser Schubstange 76 drückt gegen ein ringförmig die Nockenwelle 34 umgreifendes Element 78. Das Element 78 ist relativ drehbar an der Nockenwelle 34 befestigt. Beim Drehen der Nockenwelle 34 und entsprechendes Mitdrehen des Einlaßnockens 16 wird durch die Rolle 35 je nachdem, ob der Nocken 16 sich mit seinem Nockengrundkreis 16.1 oder seiner Nockenerhebung 16.2 im Bereich der Rolle 35 befindet, der Schwinghebel 74 um die Welle 30 verschwenkt. Dementsprechend drückt die Schubstange 76 mehr oder weniger gegen das Element 78. Ein beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn drehender Einlaßnocken 16 wird also die Schubstange 76 nach - gemäß Fig. 1 - rechts verschieben und damit das Element 78 dann ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 14 (Mittelpunkt M) verschwenken.

Die dem Einlaßventil 12 zugerichtete Unterseite des Elements 78 weist eine speziell geformte Kontaktfläche 80 auf. Diese Kontaktfläche 80 drückt auf eine Rolle 82, die an einem weiteren Schlepphebel 84 drehbar gehalten ist. Dieser untere Schlepphebel 84 liegt von oben an einer Kontaktfläche 22 des Einlaßventils 12 an. Dieser Schlepphebel 84 ist an einem Hydrobolzen 23 schwenkbar gelagert. Je nachdem, wie weit von oben auf die Rolle 82 gedrückt wird, wird der Ventilteller 40 des Ventils 12 mehr oder weniger weit vom Ventilsitz 42 wegbewegt und dadurch der Einlaßkanal 44 unterschiedlich weit und unterschiedlich lang geöffnet.

Die Kontaktfläche 80 des Elements 78 besitzt einen ersten Oberflächenbereich 80.1, der eine kreiszylinderförmige Krümmung besitzt mit der Nockenwellenachse 14 als Zylinderlängsachse. Der Radius dieser zylinderförmigen Krümmung ist konstant. An diesen Oberflächenbereich 80.1 schließt sich auf der Kontaktfläche 80 ein weiterer Oberflächenbereich 80.2 an, der einen wechselnden Abstand von der Achse 14 aufweist. An diesen zweiten Oberflächenbereich 80.2 schließt sich ein dritter Oberflächenbereich 80.3 an, der ebenfalls wieder eine kreiszylinderförmige Krümmung besitzt, mit der Nockenwellenachse 14 als Zylinderlängsachse. Der Radius dieses dritten Oberflächenbereichs 80.3 ist ebenfalls konstant und ist dabei größer als der Radius des ersten Oberflächenbereiches 80.1.

Ein Abrollen der Kontaktfläche 80 auf der Rolle 82 im Bereich des ersten Oberflächenbereichs 80.1 und des dritten Oberflächenbereichs 80.3 bewirkt während der Abrollbewegung innerhalb dieser beiden Teilbereiche 80.1 und 80.3 keine relative Verstellung des Ventiltellers 40 bezüglich seines Ventilsitzes 42 und damit keine Änderung der Hubstellung des Einlaßventils 12. Nur innerhalb des mittleren Oberflächenbereichs 80.2 bewirkt ein Verdrehen des Elements 78 und damit ein Verschwenken der Kontaktfläche 80 eine Änderung der Hubstellung des Einlaßventils 12. Dieser Effekt kann auf unterschiedliche Weise genutzt werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen Stellung des Einlaßventils 12 befindet sich die Rolle 82 nicht im Bereich 80.1 der Kontaktfläche 80. Die an dem Einlaßnocken 16 anliegende Rolle 35 befindet sich allerdings noch im Bereich des Nockengrundkreises 16.1. Beim Drehen der Nockenwelle 34 im Gegenuhrzeigersinn und damit auch beim Drehen des Einlaßnockens 16 im Gegenuhrzeigersinn wird sich die Rolle 35 noch eine zeitlang im Bereich des Nockengrundkreises 16.1 des Einlaßnockens 16 abrollen. Erst wenn die Rolle 35 in den Bereich der Nockenerhebung 16.2 des Einlaßnockens 16 gelangt, wird der Schwenkhebel 74 um die Welle 30 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, und damit über die Schubstange 76 auch das Schwenkelement 78 mit der Kontaktfläche 80 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt. Es gelangt dann der unterschiedliche, größer werdende Abstände von der Achse 14 aufweisende zweite Oberflächenbereich 80.2 nacheinander in Kontakt mit der Rolle 82 des unteren Schlepphebels 84. Dadurch wird das Einlaßventil 12 nacheinander immer weiter geöffnet. Der Öffnungsbeginn des Einlaßventils 12 erfolgt aber verzögert erst zu dem Zeitpunkt, an dem die Einlaßnocke 16 mit ihrer Nockenerhebung 16.2 in den Bereich der Rolle 35 gelangt ist.

Sofern das Element 78 so weit im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird, daß der dritte Oberflächenbereich 80.3 in Kontakt mit der Rolle 82 gelangt, wird die dann jeweils vorhandene, geöffnete Stellung des Einlaßventils 12 nicht verändert; ein Verschwenken des Elements 78 in dem Schwenkbereich, in dem der dritte Oberflächenbereich 80.3 mit der Rolle 82 in Kontakt ist, bewirkt nämlich wegen der zylinderförmigen Krümmung dieses dritten Oberflächenbereichs keine Änderung der Hubstellung des Einlaßventils 12. Das geöffnete Einlaßventil 12 wird daher seine geöffnete Stellung so lange beibehalten, wie der dritte Oberflächenbereich 80.3 in Kontakt mit der Rolle 82 ist. Auf diese Weise kann ein maximal geöffnetes Einlaßventil 12 über eine vorgegebene Zeitdauer gleichmäßig geöffnet gehalten werden. Erst beim Zurückschwenken des Elements 78 im Uhrzeigersinn, was ein Abrollen der Rolle 35 von der Nockenerhebung 16.2 in Richtung des Nockengrundkreises 16.1 zur Ursache hat, kann sich das Einlaßventil 12 wieder in seine in Fig. 1 geschlossene Stellung zurückbewegen.

Das Verstellelement 32 kann, was nicht näher dargestellt ist, an einem die Nockenwelle 34 beispielsweise umfassenden Bauteil gehalten sein. Die Verstellwelle 56, die ein Verschwenken des Verstellelements 32 relativ zur Ausrichtung der Nockenwelle 34 ermöglicht, kann auf übliche Weise gedreht werden.

Statt der Rolle 35 kann der Schwinghebel 74 auch mit einer entsprechend ausgeformten Gleitfläche an der Nockenwelle 34 anliegen. Außerdem kann die Kontaktfläche 80 auch an einem zum hydraulischen Spielausgleich eines Einlaßventils beispielsweise vorgesehenen Tassenstößel anliegen.

In Fig.2 ist ein Zylinderkopf 10.2 mit jeweils einem Einlaßventil 12.2 und einem Auslaßventil 13.2 zu erkennen. Auf dem Einlaßventil 12.2 liegt ein Schlepphebel 84, wie vorstehend im Zusammenhang mit Fig.1 für das dortige Einlaßventil 12 bereits beschrieben ist. Die an dem Schlepphebel 84 vorhandene Rolle 82 liegt von unten an der Kontaktfläche 80 an, die wiederum drei Oberflächenbereiche 80.1, 80.2 und 80.3 aufweist. Diese drei Oberflächenbereiche sind in Fig. 2 aber von links nach rechts angeordnet, während sie in Fig. 1 von rechts nach links angeordnet sind.

Die Kontaktfläche 80 ist Teil eines Elements 78.2, das ringförmig eine Verstellwelle 56.2, relativ drehbar zu derselben, umgreift. Gegen einen Fortsatz 90 dieses Elements 78.2 drückt von unten eine Druckfeder 92, die sich mit ihrem unteren Ende am Zylinderkopf 10.2 abstützt. Die Druckfeder 92 will das Verstellelement 78.2 damit im Gegenuhrzeigersinn um die Verstellwelle 56.2 verdrehen.

Auf der Verstellwelle 56.2 ist ein Verstellelement 94 drehfest auskragend vorhanden, das im vorliegenden Beispielsfall schräg in den Bereich zwischen den beiden Ventilen 12.2 und 13.2 hineinragt. An dem freien Ende dieses Verstellelementes 94 ist ein Schwinghebel 96 drehbar gehalten. An dem freien Ende 98 des Schwinghebels 96 ist einerseits die Rolle 35 drehbar gelagert, die an dem Einlaßnocken 16 anliegt, als auch das eine Ende einer Schubstange 76.2 gelagert. Das andere Ende dieser Schubstange 76.2 drückt gegen das Element 78.2. Die Schubstange 76.2 drückt damit im Uhrzeigersinn gegen das Element 78.2. Beim Entlangrollen der Rolle 35 am Umfang des Einlaßnockens 16 wird also beim Drehen des Einlaßnockens 16 im Uhrzeigersinn die Rolle 35 dann, wenn sie mit der Nockenerhebung 16.2 in Kontakt gerät, die Schubstange 76.2 nach rechts und damit das Element 78.2 im Uhrzeigersinn um die Achse 100 der Verstellwelle 56.2 verdreht. Damit kommen nacheinander, bei entsprechend weiter Verstellung der Schubstange 76.2 nach rechts, die Oberflächenbereiche 80.1, 80.2 und gegebenenfalls 80.3 in Kontakt mit der Rolle 82, so wie es vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben ist. Auf diese Weise läßt sich das Einlaßventil 12.2 ebenso verstellen wie das im Zusammenhang mit Fig.1 beschriebene Einlaßventil 12.

Zusätzlich ist auf der einzig vorhandenen Nockenwelle, deren Nockenwellenachse 14 gezeichnet ist, noch ein Auslaßnocken 116 vorhanden. Dieser Auslaßnocken 116 liegt über einer Rolle 182 an einem Schlepphebel 184 an, der seinerseits an dem Auslaßventil 13.2 drückend anliegt. Diese Ansteuerung des Auslaßventils 13.2 mittels des Auslaßnockens 116 ist bekannt.

Bedeutsam im vorliegenden Fall ist allerdings, daß die im Zylinderkopf 10.2 angeordneten Einlaß- und Auslaßventile 12.2, 13.2 von einer einzigen Nockenwelle angesteuert werden. Während das Auslaßventil 13.2 von der oberhalb dieses Auslaßventils 13.2 positionierten Nockenwelle (Nockenwellen-Achse 14) in an sich bekannter Weise angesteuert wird, wird dieselbe Nockenwelle auch zum Ansteuern des gegenüberliegenden Einlaßventils 12.2 verwendet. Der dazu erforderliche Ventiltrieb ist im Bereich oberhalb der beiden Ventile 12.2, 13.2 und neben dieser Nockenwelle angeordnet. Der Zylinderkopf 10.2 kann dadurch sehr schlank nach oben bauen. Dies ist auch insbesondere dadurch möglich, daß eine Phasenverstellung des Einlaßventils 12.2 zum Verändern des Öffnungsbeginns beziehungsweise Öffnungsendes nicht erforderlich ist, da dies von der Verstellwelle 56.2, die lagemäßig anstelle einer zweiten Nockenwelle postiert ist, bewirkt werden kann. Ein derartiger Zylinderkopf kann daher extrem kompakt gebaut werden. Trotzdem können die Einlaßventile in Hubamplitude und Öffnungsdauer variabel über mechanische Übertragungsglieder betätigt werden. Auch ist im Zusammenhang mit dem Oberflächenbereich 80.3 der Kontaktfläche 80 eine konstante Öffnungsstellung des Einlaßventils möglich. Die Bauelemente des Ventiltriebs sind kurz und gedrungen, so daß ein Eigenschwingverhalten der Teile praktisch nicht auftreten kann.

Es besteht die Möglichkeit der Ventilabschaltung, indem die Rolle 82 je Arbeitsspiel nur in dem Bereich 80.1 der Kontaktfläche 80 läuft.

Das Verschwenken der Verstellelemente 32, 94 dient bei geeigneter Auslegung der Bauteile und entsprechender Drehrichtung der Nockenwelle nicht nur der Veränderung von Hubmaximum und Öffnungsdauer, sondern verändert auch die Phasenlage des jeweiligen Hubmaximums relativ zur Nockenwelle/Kurbelwelle so, daß besonders günstige motorische Betriebspunkte hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen dargestellt werden können ohne eine zusätzliche Verdrehvorrichtung der Einlaßnockenwelle.

Von einer Brennkraftmaschine ist in Fig. 3 ein Zylinderkopf 210 mit einem Einlaßventil 212 und einem Auslaßventil 213 dargestellt. Oberhalb des Zylinderkopfes 210 und damit auch oberhalb der Ventile befindet sich eine oben liegende Nockenwelle 215, von der ein zum Ansteuern des Einlaßventils 212 dienender Nocken 216 zu sehen ist und die sich im Motorbetrieb um ihre Achse 217 dreht.

Der Nocken 216 wird von einer Rolle 221 abgetastet. Die Rolle 221 ist auf einem Bolzen 222 mitttels Nadeln drehbar gelagert und überträgt den Nockenhub auf den Schwinghebel 220. Der Schwinghebel 220 pendelt um die Achse 223 eines Bolzens 224. Mit seiner Kontaktfläche 225 liegt der Schwinghebel 220 drückend an der abgerundeten Stirnseite 231 des Stößels 230 an und versetzt diesen gemäß dem Nockenhub in eine oszillierende Bewegung. Der Stößel 230 hat die Form eines Zylinders und ist in einer Bohrung des Rahmens 265 längsverschieblich gelagert. Durch eine Aussparung 232 ist die Stößelmasse reduziert. Der Stößel 230 weist an seinem der Stirnseite 231 entgegenliegenden Ende eine Ausnehmung auf, wodurch die Kontaktfläche 238 entsteht, an der eine weitere nadelgelagerte Rolle 241 anliegt. Diese Kontaktfläche gliedert sich in drei Oberflächenbereiche. Der erste Oberflächenbereich 235 ist eben und verläuft parallel zur Stößellängsachse 233, die auch die Bewegungsachse darstellt. Der zweite Oberflächenbereich 236 weist eine beliebige Kontur auf, die jedoch nicht gleichzeitig eben ist und parallel zur Stößelachse 233 verläuft und mündet in Richtung der Stößelachse 233 in den ersten Oberflächenbereich 235 und den dritten Oberflächenbereich 237. Der dritte Oberflächenbereich 237 verläuft wiederum eben und parallel zur Stößelachse 233, wobei er näher zum Einlaßventil liegt als der erste Oberflächenbereich 235.

Je nach Hubposition des Stößels 230 liegt die Rolle 241 abwechselnd an den Oberflächenbereichen 235, 236 bzw.237 drückend an. Die Rolle 241 überträgt über einen Bolzen 242 die Ventilbetätigungskraft auf den Schlepphebel 240, der in bekannter Weise sich auf einem Hydrobolzen 248 abstützt und an seinem anderen Ende über eine Kontur 245 auf das Ventilschaftende des Einlaßventils 212 drückt.

Läuft die Rolle 241 auf den Oberflächenbereichen 235 bzw. 237, so erfährt der Stößel 230 keine Rückstellkraft durch die Ventilfeder 214 des Einlaßventils 212. Daher ist die Rückstellfeder 250 erforderlich, die am Stößel 230 über einen angenieteten Federteller 251 angreift und diesen, den Schwinghebel 220 mit seiner Rolle 221 und den Nocken 216 ständig in drückendem Kontakt hält. Im Zylinderkopf 210 stützt sich die Rückstellfeder 250 über einen eingeschraubten Deckel 218 ab.

In dem Rahmen 265 und dem Lagerdeckel 266 ist die Verstellwelle 260 parallel zur Nockenwelle 215 drehbar gelagert. Ein gekröpftes hebelförmiges Verstellelement 262 ist an seinem breiten Ende durch einen Stift mit der Verstellwelle 260 drehfest verbunden - dieses Hebelende liegt nicht in der Zeichenebene und ist teilweise im Aufbruch dargestellt. An seinem schmalen Ende lagert das Verstellelement 262 den Bolzen 224 drehbar. Die Bolzenachse 223 ist die Drehachse des Schwinghebels 220 und kann gleichzeitig durch Drehen der Verstellwelle 260 um deren Achse 261 geschwenkt werden.

Durch Drehen der Verstellwelle 260 entgegen dem Uhrzeigersinn aus der in Fig. 3 dargestellten Lage heraus kann im Extrem die in Fig.4 gezeigte Position erreicht werden. Dabei ändert sich die Phasenlage des Hubmaximums am Schwinghebel 220.

Setzt man eine konstante Drehung der Nockenwelle 215 entgegen dem Uhrzeigersinn voraus, so tritt bei der Position der Verstellwelle gemäß Fig. 4 das Hubmaximum früher ein als bei der in Fig.3 gezeigten Stellung. Im vorliegenden Fall ist die Kontaktfläche 225 des Schwinghebels 220 so gestaltet, daß während des Verstellens der Verstellwelle 260 der Stößel 230 in seiner jeweiligen Ruhelage zwischen den Hubereignissen bei gleichzeitiger Frühverstellung des Hubmaximums immer mehr in Richtung zur Nockenwelle 215 wandert. Dieser Effekt und die veränderte Hebelübersetzung am Schwinghebel 220 führen dazu, daß der Stößel 230 in der Anordnung gemäß Fig. 4 bei frühem Hubmaximum einen verkürzten Hub durchführt und die Rolle 241 wegen der mehr zur Nockenwelle 215 hin verlagerten Ruhelage des Stößels 230 ausschließlich auf dem Oberflächenbereich 235 hin- und herrollt, so daß keine Hubbewegung am Einlaßventil 212 stattfindet.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 erreicht die Rolle 241 schon nach ganz geringer Hubbewegung des Stößels 230 den Oberflächenbereich 236, so daß eine Hubbewegung des Einlaßventils 212 stattfindet, und schließlich den Oberflächenbereich 237, wobei das Ventil auf maximaler Hubhöhe verharrt.

Bei den Zwischenstellungen der Verstellwelle 260 durchläuft die Rolle 241 abwechselnd die Oberflächenbereiche 235 und 236 derart, daß unterschiedliche Anteile der Hubbewegung des Stößels 230 auf den nicht ventilöffnenden Oberflächenbereich 235 bzw. auf den ventilöffnenden Oberflächenbereich 236 entfallen. Daher bewirkt ein Verdrehen der Verstellwelle 260 einhergehend mit der Veränderung der Ventilöffnungs- bzw. -Schließzeiten eine kontinuierliche Veränderung der Hubamplitude und der Öffnungsdauer des Einlaßventils 212.

In Fig. 5 ist beispielhaft eine Schar von Ventilerhebungskurven dargestellt, wie sie mittels des in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ventiltriebes bei linksdrehender Nockenwelle erzeugt werden können. In diesem Fall öffnet das Ventil bei nahezu konstanter Phasenlage, während die Hubamplitude kontinuierlich mit der Öffnungsdauer ansteigt. Mit Erreichen des Oberflächenbereiches 237 durch die Rolle 241 bleibt die Hubamplitude konstant, während die Öffnungsdauer weiter ansteigt. Dies entspricht einer Streckung der Hubkurve, wie es an der Kurve mit 10 Millimeter Hubamplitude zu sehen ist.

Das Auslaßventil 213 wird über einen an sich bekannten Schlepphebel 270 betätigt. Er ist auf einer Welle 275 drehbar gelagert und überträgt seine Bewegung über ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 274 auf das Auslaßventil 213. Die Abtastung des Nockens erfolgt über eine nadelgelagerte Rolle 271 und einen Lagerbolzen 272. Bei linksdrehender Nockenwelle 215 und entsprechenden Ventilsteuerzeiten kann auch die Rolle 271 den ansonsten dem Einlaßventil zugeordneten Nocken 216 der Nockenwelle 215 abtasten. In anderen Fällen ist es möglich, einen zusätzlichen Auslaßnocken auf der Nockenwelle 215 seitlich neben dem Einlaßnocken 216 vorzusehen und die Rolle 271 entsprechend seitlich versetzt am Schlepphebel 270 anzuordnen.

Wird die Anordnung der Verstellwelle 260 unterhalb der Nockenwelle 215 angestrebt, so ist es möglich, die Verstellwelle 260 und die Welle 275 einteilig mit gemeinsamer Achse auszuführen.

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der zwischen ihrem zumindest einen Hubventil (12, 12.2, 212) und ihrer Nockenwelle (34, 215) zum Steuern des variablen Hubverlaufs vorhanden ist,

mit einer quer zur Nockenwellenachse (14, 217) verstellbaren Druckübertragungsvorrichtung, die mit ihrer Kontaktfläche (80, 238) an dem Hubventil (12, 12.2, 212) drückend anliegt,

mit einer Kontaktfläche (80, 238) der Druckübertragungsvorrichtung, die zumindest einen ersten Oberflächenbereich (80.1, 235) aufweist, bei dessen zyklischer Relativbewegung zu dem Ventil (12, 12.2, 212) dieses keine Hubbewegung ausführt, und einen daran angrenzenden zweiten Oberflächenbereich (80.2, 236) aufweist, bei dessen Kontakt mit dem Ventil (12, 12.2, 212) dieses zu einer Öffnungsbewegung veranlaßt wird,

mit einem Kontaktkörper (35, 221), der an einem Nocken (16, 216) der Nockenwelle (34, 215) anliegt und der bei seiner durch Drehen des Nockens (16, 216) verursachten Lageveränderung eine oszillierende Bewegung der Druckübertragungsvorrichtung bewirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Druckübertragungsvorrichtung einen Schwinghebel (74, 96, 220) aufweist, der

an seinem einen Ende (98) den Kontaktkörper (35, 221) trägt,

um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle (34, 116, 215) vorhandene Lagerachse (30, 223) pendelnd gelagert ist,

in seiner Längsrichtung etwa tangential zum Nockengrundkreis (16.1) der Nockenwelle (34, 116, 215) verläuft,

an dem die Kontaktfläche (80, 238) aufweisenden Element (78, 78.2, 230) der Druckübertragungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar drückend anliegt,

die Druckübertragungsvorrichtung ein Verstellelement (32, 94, 262) aufweist, das

im Zylinderkopf gelagert ist,

die Lagerachse (30, 223) des Schwinghebels (74, 96, 220) verlagerbar führt,

eine Vertagerungsbahn der Lagerachse (30, 223) des Schwinghebels (74, 96, 220) erzeugt, die ausgehend von der Verlagerungsstellung für maximalen Ventilhub etwa der Längsachse des Schwinghebels (74, 96, 220) bei Abtastung des Nockengrundkreises (16.1) durch den Kontaktkörper (35, 221) entspricht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Verstellelement (32) auf der Nockenwelle (34) drehbar gelagert ist,

das die Kontaktfläche (80) aufweisende Element (78) auf der Nockenwelle (34) drehbar gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Verstellelement (94, 262) um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle (116, 215) im Zylinderkopf gelagerte Achse (100, 261) verschwenkbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Verstellelement (94, 262) auf einer im Zylinderkopf befestigten Welle (56.2, 260) drehbar gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß

das Verstellelement (94, 262) auf einer drehbar im Zylinderkopf gelagerten Verstellwelle (56.2, 260) drehfest befestigt ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das die Kontaktfläche (80) aufweisende Element (78.2) auf der im Zylinderkopf gelagerten Achse (100) drehbar gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Schwinghebel (74, 96) mittelbar über einen Druckstab (76, 76.2) an dem die Kontaktfläche (80) aufweisenden Element (78, 78.2) anliegt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Schwinghebel (220) unmittelbar über eine Kontaktfläche (225) an einem die Kontaktfläche (238) aufweisenden Stößel (230) anliegt.
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

mit zumindest einem Einlaß- (12, 12.2, 212) und einem Auslaßventil (13.2, 213),

mit einer Nockenwelle (34, 215) zur Steuerung des Hubverlaufs der Ventile (12, 12.2, 13.2, 212, 213),

mit einem zwischen dieser Nockenwelle (34, 215) und dem zumindest einen Auslaßventil (13.2, 213) vorhandenen ersten Ventiltrieb,

mit einem zwischen dieser Nockenwelle (34, 215) und dem zumindest einen Einlaßventil (12, 12.2, 212) vorhandenen zweiten Ventiltrieb,

mit einer zumindest in dem zweiten Ventiltrieb vorhandenen quer zur Nockenwellen-achse (14, 217) verstellbaren Druckübertragungsvorrichtung, die mit ihrer Kontaktfläche (80, 238) an einem Hubventil (12, 12.2, 212) drückend anliegt,

mit zumindest einer Kontaktfläche (80, 238) der Druckübertragungsvorrichtung, die zumindest einen ersten Oberflächenbereich (80.1, 235) aufweist, bei dessen zyklischer Relativbewegung zu dem Ventil (12, 12.2, 212) dieses keine Hubbewegung ausführt, und einen daran angrenzenden zweiten Oberflächenbereich (80.2, 236) aufweist, bei dessen Kontakt mit dem Ventil (12, 12.2, 212) dieses zu einer Öffnungsbewegung veranlaßt wird,

mit einem Kontaktkörper (35, 221), der an einem Nocken (16, 216) der Nockenwelle (34, 215) anliegt und der bei seiner durch Drehen des Nockens (16, 216) bewirkten Lageveränderung eine oszillierende Bewegung der Druckübertragungsvorrichtung bewirkt,

nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Druckübertragungsvorrichtung einen Schwinghebel (74, 96, 220) aufweist, der

an seinem einen Ende (98) den Kontaktkörper (35, 221) trägt

um eine parallel und im Abstand zur Nockenwelle (34, 116, 215) vorhandene Lagerachse (30, 223) pendelnd gelagert ist,

in seiner Längsrichtung etwa tangential zum Nockengrundkreis (16.1) der Nockenwelle (34, 116, 215) verläuft,

an dem die Kontaktfläche (80, 238) aufweisenden Element (78, 78.2, 230) der Druckübertragungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar drückend anliegt,

die Druckübertragungsvorrichtung ein Verstellelement (32, 94, 262) aufweist, das

im Zylinderkopf gelagert ist,

die Lagerachse (30, 223) des Schwinghebels (74, 96, 220) verlagerbar führt,

eine Verlagerungsbahn der Lagerachse (30, 223) des Schwinghebels (74, 96, 220) erzeugt, die ausgehend von der Verlagerungsstellung für maximalen Ventilhub etwa der Längsachse des Schwinghebels (74, 96, 220) bei Abtastung des Nockengrundkreises (16.1) durch den Kontaktkörper (35, 221) entspricht.
Zylinderkopf nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Ventiltrieb wie der zweite Ventiltrieb ausgebildet ist, so daß eine einen Schwinghebel (74, 96, 220) und ein Verstellelement (32, 94, 262) aufweisende Druckübertragungsvorrichtung sowohl zwischen der Nockenwelle (34, 215) und dem zumindest einen Einlaßventil (12, 12.2, 212) als auch zwischen der Nockenwelle (34, 215) und dem zumindest einen Auslaßventil (13.2, 213) vorhanden ist.