EP1050669B1

EP1050669B1 - Vorrichtung zur Betätigung eines Ventiles mit variablem Hub an Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1050669B1
Application number: EP00108823A
Authority: EP
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Breidenbach
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1999-05-05
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: DE19920512A1; DE50009324D1; EP1050669A2; EP1050669A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Ventils mit variablem Hub an Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist mit DE 35 31 000 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der Betätigungshebel als Waagebalken ausgeführt, der sich quer über das zu betätigende Ventil erstreckt. Die beiden Nockenwellen verlaufen oberhalb des Waagebalkens beidseits der Ventilachse. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die beiden Nockenwellen koaxial zueinander angeordnet und der Betätigungshebel ist über einen Zwischenhebel am Zylinderkopf angelenkt. Durch diese _Anordnungen ergibt sich die bedeutende Schwierigkeit, daß eine wesentliche Änderung des üblichen Zylinderkopfaufbaues erforderlich ist, um die Nockenwellen installieren zu können. Der dabei erforderliche Einbauraum beeinträchtigt die Anordnung der Gasführungskanäle im Zylinderkopf erheblich.

Eine weitere Vorrichtung dieser Art beschreibt DE 35 19 319. Bei dieser ist der Betätigungshebel mit einer speziellen Kurbel am Zylinderkopf angelenkt oder in einer Führungsbahn unter Federlast geführt. Von Nachteil ist hier der Bauteileaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die gegenüber einer Motorbauart mit üblicher obenliegender Nockenwelle mit nur geringfügigen Änderungen am Zylinderkopf und ohne wesentliche Änderungen bei der Fertigung auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Durch die übereinanderliegenden beiden Nockenwellen kann die erste Nockenwelle an dem Ort im Zylinderkopf angeordnet sein, an dem sich bei einem herkömmlichen Zylinderkopf mit obenliegender Nockenwelle diese ebenfalls befindet. Die zweite Nockenwelle ist in relativ einfacher Weise oberhalb der ersten Nockenwelle lagerbar, in dem der erste Nockenwellenlagerdeckel mit einem weiteren Lager versehen wird, welches mit einem zusätzlichen Lagerdeckel abgeschlossen wird.

Zwischen den beiden Nockenwellen erstreckt sich das Verbindungsteil. Da dies lediglich auf Zug beansprucht ist, kann es sehr schlank ausgeführt werden, so daß die Nockenwellen nahe aneinander installiert werden können. Durch die Ausbildung des Verbindungsteils als Gabel kann der Stellnocken der zweiten Nockenwelle in den Gabelzwischenraum eintauchen. Auch diese Maßnahme wirkt sich positiv auf die kompakte Bauweise aus.

Eine besondere zusätzliche Anlenkung für Führungshebel oder dergleichen am Zylinderkopf ist nicht erforderlich, so daß dafür auch kein Raum vorgesehen werden muß.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die im wesentlichen auf dem Prinzip der Addition von zwei unabhängig voneinander wirkenden Betätigungswegen beruht, geht aus dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor, welches anhand einer Zeichnung näher erläutert ist. Es zeigen

Fig. 1:: den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2:: eine Ansicht auf das Verbindungsteil der Vorrichtung nach Figur 1 in Richtung des Pfeiles A;
Fig. 3:: eine Ansicht auf den Betätigungshebel der Vorrichtung nach Figur 1 in Richtung des Pfeiles B;
Fig. 4:: die Vorrichtung nach Figur 1 in vereinfachter Darstellung bei maximalem Ventilhub;
Fig. 5:: die Vorrichtung nach Figur 1 in vereinfachter Darstellung bei Ventilhub gleich Null;
Fig. 6:: die Vorrichtung nach Figur 5 in Richtung des Pfeiles C;
Fig. 7:: einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung gemäß den Fig. 1 - 6;
Fig. 8:: einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Lagerstellen der Nockenwellen für eine Vorrichtung gemäß den Fig. 1 - 6.

Eine erste Nockenwelle 1 und eine zweite Nockenwelle 2 sind in einem Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine drehbar gelagert. Die Nockenwellen 1, 2 sind von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in üblicher Weise angetrieben, so daß sie sich z. B. bei einer Viertaktbrennkraftmaschine mit halber Kurbelwellendrehzahl drehen. Zusätzlich ist eine an sich bekannte Vorrichtung vorgesehen, mit welcher die Nockenwellen 1, 2 gegeneinander in ihrer Winkellage verstellbar sind. Die erste Nockenwelle 1 ist mit einem Betätigungsnocken 4 sowie zwei diesem Betätigungsnocken 4 benachbarten Rastkreise 5 bildenden Scheiben 6 versehen (Figur 6).

Unterhalb der ersten Nockenwelle 1 und von dieser beabstandet befindet sich ein in einer Bohrung 7 des Zylinderkopfes 3 verschiebbarer Tassenstößel 8. Der Tassenstößel 8 liegt mit der inneren Fläche seines Bodens 9 auf dem Schaft 10 eines einen Gaswechselkanal 11 steuernden Ventils auf, welches durch eine Schließfeder 12 in Schließstellung gehalten ist. Oberhalb der ersten Nockenwelle 1 und von dieser beabstandet ist die zweite Nockenwelle 2 angeordnet. Sie ist mit einem Stellnocken 13 versehen.

Auf der äußeren Fläche des Bodens 9 des Tassenstößels 8 ist ein Betätigungshebel 14 mit seinem einen Endpunkt 15 schwenkbar gelagert. Der andere Endpunkt 16 des Betätigungshebels 14 ist allseitig schwenkbar an einem Lager 17 eines Verbindungsteiles 18 abgestützt. Der Betätigungshebel 14 trägt mittig zwischen seinen Endpunkten 15, 16 eine Rolle 19, die am Betätigungsnocken 4 der ersten Nockenwelle 1 anliegt. Das Verbindungsteil 18 ist gabelförmig ausgebildet (Figur 2). Zwei vom Lager 17 ausgehende Gabelteile 20 erstrecken sich zwischen die beiden Nockenwellen 1, 2; und an ihren dem Lager 17 abgewandten Ende 28 tragen sie eine axial dreigeteilte Rolle 22. Ein erstes Rollenteil 22.1 befindet sich zwischen den beiden Gabelteilen 20 in einem Gabelzwischenraum 23 und steht in Wirkverbindung mit dem Stellnocken 13 der zweiten Nockenwelle 2. Zwei weitere Rollenteile 22.2 sind außerhalb des Gabelzwischenraumes 23 gleichachsig mit dem ersten Rollenteil 22.1 angeordnet (Figur 2). Sie liegen auf den von den Scheiben 6 der ersten Nockenwelle 1 gebildeten Rastkreis 5 auf (Figur 6). Das Lager 17 ist gegenüber dem Verbindungsteil 18 verstellbar ausgeführt, um das Spiel zwischen den Teilen einstellen und die Toleranzen ausgleichen zu können.

Die erste Nockenwelle 1 ist im Zylinderkopf 3 in üblicher Weise gelagert. Ein Nockenwellenlagerdeckel 24, der mit Lagerdeckelschrauben 25 am Zylinderkopf 3 befestigt ist, bildet die obere Hälfte des Lagers der ersten Nockenwelle 1, während die untere Hälfte des Lagers vom Zylinderkopf 3 gebildet ist. Gleichzeitig bildet der Nockenwellenlagerdeckel 24 die untere Hälfte des Lagers für die zweite Nockenwelle 2, während dessen obere Hälfte von einem weiteren Lagerdeckel 26 gebildet ist, der mit Schrauben 27 am Nockenwellenlagerdeckel 24 gehalten ist (Figur 8).

Figur 4 zeigt die Vorrichtung in einer Stellung, bei der ein maximaler Ventilhub x erzielt wird. Der Stellnocken 13 der zweiten Nockenwelle 2 hat die Rolle 22 am Verbindungsteil 18 auf dem Rastkreis 5 der ersten Nockenwelle 1 maximal nach links (bezogen auf Figur 4) ausgelenkt. Damit ist gleichzeitig der Endpunkt 16 des Betätigungshebels 14, der am Lager 17 des Verbindungsteiles 18 abgestützt ist, nach links verschoben. Der Betätigungsnocken 4 der ersten Nockenwelle 1 wirkt auf die Rolle 19 des Betätigungshebels 14 so ein, daß dieser um den Endpunkt 15 entgegen dem Uhrzeigersinn schwenkt und dabei gleichzeitig den Tassenstößel 8 und mit diesem das Ventil entgegen der Kraft der Schließfeder 12 so bewegt, daß das Ventil maximal geöffnet wird.

Da sich der Endpunkt 15 des Betätigungshebels 14 mit dem Tassenstößel 8 nur linear entlang der Mittellinie der Bohrung 7 bewegen kann, wird die dabei auftretende Bewegung des anderen Endpunktes 16 durch eine Schwenkbewegung des Verbindungsteiles 18 um den Mittelpunkt der Rolle 22 aufgenommen.

Der Stellnocken 13 auf der zweiten Nockenwelle 2 taucht dabei zwischen die beiden Gabelteile 20 und zwischen die beiden die Rastkreise 5 tragenden Scheiben 6 der ersten Nockenwelle 1.

Wird die zweite Nockenwelle 2 gegenüber der ersten Nockenwelle 1 um einen Winkelbetrag verdreht, wie dies In Figur 5 dargestellt ist, dann liegt am betätigten Ventil ein Null-Hub vor. Der Stellnocken 13 der zweiten Nockenwelle 2 beaufschlagt jetzt die Rolle 22 des Verbindungsteiles 18 nicht. Diese kann sich so durch die über den Betätigungshebel 14 und das Verbindungsteil 18 übertragene Kraft der Schließfeder 12 auf dem Rastkreis 5 nach rechts (bezogen auf Figur 5) bewegen. In gleicher Weise bewegt sich auch das Lager 17 des Verbindungsteiles 18 und mit ihm der Endpunkt 16 des Betätigungshebels 14 nach rechts. Gleichzeitig liegt die Rolle 19 des Betätigungshebels 14 am Betätigungsnocken 4 der ersten Nockenwelle 1 weiterhin an. Trotz Maximalhubes des Betätigungsnockens 4 wird der am Tassenstößel 8 anliegende Endpunkt 15 des Betätigungshebels 14 nicht ausgelenkt.

Durch Verändern des Verstellwinkels zwischen den beiden Nockenwellen 1, 2 kann jede beliebige Ventilerhebung zwischen Null und maximalem Ventilhub eingestellt werden. Bei gleichzeitiger Verstellung beider Nockenwellen 1, 2 kann zusätzlich auch Einfluß auf die Ventilöffnungszeiten genommen werden.

Der Zwischenraum zwischen den beiden Nockenwellen 1, 2 bzw. dem Stellnocken 13 und dem Rastkreis 5 ist so gewählt, daß er immer kleiner als der Durchmesser der Rolle 22 des Verbindungsteiles 18 ist. Somit ist sichergestellt, daß die Rolle 22 an ihrem konstruktiv vorgesehenen Ort verbleibt.

Durch die Anordnung des Verbindungsteiles 18 zwischen den beiden Nockenwellen 1, 2 in Verbindung mit der Lagerung des Betätigungshebels 14 auf dem Tassenstößel 8 wird eine sehr kompakte Bauweise der Vorrichtung möglich. Wie die Figuren 7 und 8 verdeutlichen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit relativ geringem Aufwand an einen herkömmlichen Zylinderkopf adaptiert werden.

Claims

Vorrichtung zur Betätigung eines Ventils mit variablem Hub an Brennkraftmaschinen, umfassend zwei umlaufende und gegeneinander verstellbare Nockenwellen (1, 2), ein von einer Schließfeder beaufschlagtes Ventil, einen auf ein Schaftende des Ventils wirkenden axial geführten Stößel (8) sowie einen von beiden Nockenwellen beaufschlagten auf den tößel (8) einwirkenden Betätigungshebel (14), dadurch gekennzeichnet, daß die erste der beinden Nockenwellen oberhalb des Stößels (8) angeordnet und mit einem Betätigungsnocken (4) versehen ist und die zweite der beiden Nockenwelle oberhalb der ersten Nockenwelle (1) angeordnet und mit einem Stellnocken (13) versehen ist, der Betätigungshebel (14) an einem ersten Endpunkt (15) schwenkbar auf dem Stößel (8) gelagert ist, sich mit dem anderen Endpunkt (16) allseits schwenkbar an einem Lager (17) eines Verbindungsteiles (18) abstützt und mittig mit dem Betätigungsnocken (4) der ersten Nockenwelle (1) in Wirkverbindung steht, wobei sich das Verbindungsteil (18) quer zwischen den beiden Nockenwellen (1, 2) erstreckt und an seinem dem Lager (17) gegenüberliegenden Ende (21) eine Rolle (22) trägt, welche an einem Rastkreis (5) der ersten Nockenwelle (1) und einem Stellnocken (13) der zweiten Nockenwelle (2) anliegt, wobei der Rastkreis (5) und der Stellnocken (13) in jeder Stellung der beiden Nockenwellen (1, 2) zueinander einen Abstand aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser der Rolle (22).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (18) gabelförmig ausgebildet ist, wobei am Grund der Gabel ein Lager (17) für den Betätigungshebel (14) angeordnet ist, an den Enden (21) der Gabelteile (20) Lager für die Rolle (22) gebildet sind, die Rolle (22) in axialer Richtung derart dreigeteilt ist, daß ein sich zwischen den Gabelteilen (20) befindliches mittleres Rollenteil (22.1) mit dem in den Gabelzwischenraum (23) eintauchenden Stellnocken (13) der zweiten Nockenwelle (2) in Wirkverbindung steht und jeweils ein beidseits und außerhalb des Gabelzwischenraumes (23) befindlicher Rollenteil (22.2) auf dem Rastkreis (5) der ersten Nockenwelle (1) aufliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsnocken (4) zwischen zwei jeweils den Rastkreis (5) bildenden Scheiben (6) der ersten Nockenwelle (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (17) des Betätigungshebels (14) am Verbindungsteil (18) in axialer Richtung des Verbindungssteiles (18) verstellbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) mittig über eine am Betätigungshebel (14) gelagerte Rolle (19) mit dem Betätigungsnocken (4) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (8) ein Tassenstößel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oberhalb des Stößels (8) angeordnete Nockenwelle (1) von Nockenwellenlagerdeckeln (24) gehalten ist, die an ihrer Oberseite Lagerschalen zur Aufnahme der zweiten Nockenwelle (2) tragen, die mit einem weiteren Lagerdeckel (26) abgeschlossen sind.