EP1205643A1

EP1205643A1 - Ventieltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: EP1205643A1
Application number: EP00124768A
Authority: EP
Inventors: Stefan Battlogg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2002-05-15

Abstract

Ein Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine weist ein angetriebenes Nockenelement (2), das über ein um eine erste Lagerachse (28) schwenkbar gelagertes Zwischenglied (11) auf ein Ventil (7) einwirkt, und einen Stellantrieb zur Veränderung des Ventilhubs auf. Das in der Lagerachse (28) angeordnete Lager (12) ist um eine zweite Lagerachse (10) verschwenkbar. Die Achse (35) des Nockenelementes (2) und die beiden Lagerachsen (10, 28) definieren zwei Ebenen, die einen Basiswinkel (α) von mindestens 20° einschließen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem um eine Achse drehbaren Nockenelement, das über ein um eine erste Lagerachse verschwenkbares Zwischenglied auf ein Ventil einwirkt, und mit einem Stellantrieb zur Verringerung des Ventilhubs, der die erste Lagerachse des Zwischengliedes um eine parallele, zweite Lagerachse verschwenkt, wobei die Berührungsstelle zwischen dem Zwischenglied und dem Nockenelement in einer durch die zweite Lagerachse und die Achse des Nockenelementes definierten Ebene liegt.

Ventiltriebe mit Zwischengliedern sind in vielen verschiedenen Ausführungen bekannt geworden, wobei das Zwischenglied ein endseitig gelagerter Schlepphebel oder eine zweiarmiger Kipphebel sein kann. Im Vergleich zu direkt vom Nockenelement beaufschlagten Ventilen bieten Ventiltriebe mit derartigen Übertragungselementen wesentlich verbesserte Anpassungsmöglichkeiten an die konstruktiven Gegebenheiten und gewünschten Eigenschaften des Verbrennungsmotors, insbesondere auch im Hinblick auf eine variable Ventilsteuerung, d.h. also eine Verstellbarkeit des Öffnungs- bzw. Schließzeitpunktes sowie des Öffnungszeitraumes. Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise den Fig. 29 und 30 der WO 98/26161 A zu entnehmen, nach der ein endseitiges Lager für das Zwischenglied auf einem Exzenter angeordnet ist und durch Verdrehen des Exzenters verstellt werden kann. Die beiden Lagerachsen liegen somit knapp nebeneinander, wobei der Abstand der Exzentrizität entspricht.

In der WO 98/26161 A werden die Auswirkungen der exzentrischen Verstellung des Hebellagers im Vergleich der Fig. 29 und 30 ersichtlich, da sich zwischen dem Nockenelement und dem Abtastelement ein Spalt einstellen läßt. Dies wird dazu benützt, die Öffnungszeit und den Hub zu verändern. Nachteilig kann die Ausbildung des Spaltes insofern sein, als Öffnungs- und Schließübergänge des Ventils nicht fließend verlaufen, und die wirksame Hebellänge zwischen dem exzentrischen Lager und der Berührungsstelle des Nockenelements durch die Verstellung verändert wird.

In der JP 60-90 905 A wird eine ähnliche Lösung dadurch erreicht, daß das durch einen einarmigen Hebel gebildete Zwischenglied an der Lagerseite einen kreisbogenförmigen Schlitz aufweist, durch den ein Lagerzapfen geführt ist, wobei das Zwischenglied in der Vollhubstellung am Nockengrundkreis anliegend gehalten wird. Zur Verringerung des Hubes kann das Zwischenglied um die zweite Lagerachse geschwenkt werden, die in einer gewölbten Auflagefläche des Zwischengliedes auf dem Ventilschaft gelegen ist. Dadurch bildet sich zwischen dem Grundkreis des Nockenelementes und der Berührungsstelle des Zwischengliedes ein Spalt, sodaß der Nockenbereich später bzw. bei maximaler Verstellung gar nicht das Zwischenglied berührt. Der Ventilhub verringert sich entsprechend bis Null. Auch in dieser Ausführung ändert sich die wirksame Hebellänge zwischen der Berührungsstelle und der Lagerachse auf dem Ventilschaft, und der Spalt führt zu nicht fließenden Übergängen bei der Ventilbetätigung.

Die Bemühungen, Verbrennungsmotoren zu optimieren, umschließen alle Bereiche einer Konstruktion, d.h. eine Verringerung der Reibung zwischen den beweglichen Teilen einer Ventilsteuerung wirkt sich ebenso auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der Schädlichkeit der Abgase aus, wie eine günstigere Krafteinleitung, eine Verringerung der Ventilrückstellkräfte sowie eine angepaßte Veränderung des Ventilhubes, um vor allem die Teillastbedingungen des Motors und die Verbrennung zu verbessern. In den beiden angeführten Lösungen ist mit der Reduzierung des Ventilhubes eine Änderung der Länge des Hebelarmes, also der wirksamen Hebellänge zwischen der Berührungsstelle des Nockenelementes und des Zwischengliedes und der Lagerachse im Auflagebereich auf dem Ventil verbunden. Da eine Entkoppelung nicht möglich ist, sind die Steuerungsmöglichkeiten des Stellantriebes ziemlich eingeschränkt.

Im Bemühen diese Situation zu verbessern, wurde gemäß der DE-A 38 34 715 das um zwei einander gegenüberliegende Lagerachsen verschwenkbare Zwischenglied mit einem Vorsprung ausgestattet, auf dem eine zur zweiten Lagerachse im Ventilauflagebereich konzentrische Gleitbahn ausgebildet ist, die etwa mittig im rechten Winkel auf eine Verbindungsgerade der beiden Lagerachsen trifft, und an der das Nockenelement anliegt. Die Verschwenkung des Zwischengliedes um die zweite Lagerachse im Ventilauflagebereich führt in dieser Ausführung zu keinem Spalt zwischen dem Grundkreis und der Gleitbahn, und die Berührungsstelle der Gleitbahn liegt immer in der Verbindungsgeraden der Nockenwellenachse und der zweiten Lagerachse, d.h. sie "wandert" bei der Verschwenkung des Zwischengliedes die kreisbogenförmige Gleitbahn entlang.

Da die Nockenkräfte in das Zwischenglied nicht umgeleitet sondern geradlinig in der Verbindungsgeraden zwischen der Nockenwellenachse und der zweiten Lagerachse eingeleitet werden, stellt das Zwischenglied keinen einarmigen Hebel dar - die wirksame Hebellänge ist auf Null gesunken -, sondern bildet einen Lenker, dessen Verschwenkung den Hub des Ventils dadurch verringert, daß durch die Verstellung der Lagerachse die in Richtung des Ventilhubs verlaufende Komponente der Schwenkbewegung des Zwischenglieds verkleinert wird. Die Einleitung der Kräfte ist aufgrund der gewählten Anordnung sehr ungünstig, da die Gleitbahn des Zwischengliedes und der Schwenkbogen der ersten Lagerachse praktisch parallel zueinander liegen und die Abstände von der zweiten Lagerachse zur Nockenwellenachse einerseits sowie zur ersten Lagerachse andererseits einander nur wenig unterscheiden. In der in der DE-A 38 34 719 gezeigten Anordnung muß die Nockenkraft zumindest das Achtfache der Ventilfederkraft sein.

In der DE 29916363 U ist eine desmodromische Ventilsteuerung beschrieben, bei der das Ventil an einem flexiblen Umschließungselement des Nockenelements angelenkt ist, und die Drehung des Nockenelements im Umschließungselement eine oszillierende Bewegung bewirkt, die in den Ventilhub umgesetzt wird.

Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, eine besonders einfache, kräfte- und raumsparende Konstruktion zu schaffen, und erreicht dies dadurch, daß die durch die zweite Lagerachse und die Achse des Nockenelementes definierte Ebene mit einer zweiten, durch die beiden Lagerachsen definierten Ebene einen Basiswinkel von zumindest 20° einschließt.

Der Basiswinkel ist dabei der Winkel zwischen den beiden Ebenen bei maximalem Hub des Ventils, also in einer Grundstellung des Zwischengliedes, die einem nicht verstellbaren Ventiltrieb entspricht. Je nach Anordnung der drei den Basiswinkel definierenden Achsen vergrößert oder verkleinert sich der Basiswinkel um den Schwenkwinkel des Zwischengliedes, wobei eine Verkleinerung vorzugsweise nur bei Basiswinkeln von zumindest 90° stattfindet.

Je größer der Basiswinkel ist, umso besser ist die Krafteinleitung über das Zwischenglied in das Ventil, wobei ein Basiswinkel von etwa 105° bis 120° eine besonders vorteilhafte Anordnung darstellt, um die die aus der Drehung des Nockenelements resultierende Bewegung in das Ventil einzuleiten. Die erste Lagerachse kann jeweils ohne Einfluß auf die Kräfteverhältnisse verstellt werden.

Für die Optimierung der räumlichen Verhältnisse sind die Abstände zwischen den beiden jeweils eine Ebene des Basiswinkels definierenden Achsen von Bedeutung. Ein Maximum des Abstandes der Achse des Nockenelementes von der zweiten Lagerachse von zwei Drittel des Abstands zwischen den beiden Lagerachsen bedingt relativ große Bauteile, für die im modernen Motorenbau meist zu wenig Platz ist. Der Platzbedarf verringert sich je größer das Verhältnis der beiden Abstände ist, wobei ein bevorzugtes Verhältnis von 3:1 bis 5:1 eine sehr kompakte Bauweise erzielen läßt.

Weitere Auswirkungen auf die Einleitung der Kräfte und die kompakte Raumausnützung ergeben sich aus der Anordnung der Nockenwellenachse und der ersten Lagerachse in der herkömmlichen Grundstellung mit Vollhub in bezug auf die Richtung der Ventilbewegung - jeweilige Preferenzen werden später im Zusammenhang mit konkreten Ausführungen erläutert.

Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß die Anlagefläche des Zwischengliedes kreisbogenförmig ist, und deren Achse in Ventilschließstellung in der zweiten Lagerachse liegt. Da die Verstellung des Zwischengliedes in Ventilschließstellung keinen Einfluß auf den Ventilhub aufweist, ist für die Verstellung nur ein relativ kleines Drehmoment erforderlich und der Stellantrieb kann über einen elektrischen Stellmotor od. dgl. erfolgen. Um die Reibung zu verringern, ist die zweite Lagerachse in einem Stift verwirklicht, auf dem ein Abtastelement, insbesondere eine Rolle angeordnet ist, die dauernd an der Umfangfläche des Nockenelements anliegt. Auf dem Stift kann auch eine weitere Rolle angeordnet sein, die an der Oberseite des Ventils anliegt. Die Achse des Lagerstifts für die Rolle liegt in der Schließstellung des Ventils in der zweiten Lagerachse.

Die dauernde Anlage des zweiten Ende des Hebels bzw. des Abtastelements am Nockenelement kann in einer ersten Ausführung durch eine Rückstellfeder erzielt werden, die beispielsweise durch die übliche Ventilfeder gebildet ist. Dank der dauernden Anlage und der Verlagerungsmöglichkeit der Berührungsstelle kann aber auch eine Zwangsführung am Nockenelement erfolgen, indem der Stift mit einem flexiblen Umschließungselement des Nockenelementes verbunden ist, und das Nockenelement drehbar im Umschließungselement angeordnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß das Zwischenglied einen ersten Hebel eines Kniehebels bildet, dessen zweiter Hebel auf dem Stift gelagert und am Ventil angelenkt ist.

Auch in der Ausführung mit einem Kniehebel sind sowohl eine Federrückstellung als auch eine Zwangsführung des Ventils möglich, da während der Verstellung der ersten Lagerachse keine direkte Beeinflussung des Ventils erfolgt. Für die Federrückstellung des Ventils eignet sich nicht nur die bereits erwähnte, den Ventilschaft umgebende Ventilfeder, sondern es kann hierfür auch eine Zugfeder zwischen den beiden Hebeln des Kniehebels oder eine Druckfeder zwischen dem Kniehebel und einem Widerlager angeordnet werden.

Da das Nockenelement das zweite Ende des den ersten Hebel bildenden Zwischenglieds, das erste Ende des zweiten Hebels oder das Gelenk zwischen den beiden Hebeln betätigt, ergibt sich eine sehr platzsparende Anordnung der Bauteile, wobei vor allem von Bedeutung ist, daß das Nockenelement seitlich neben dem Ventil und die erste Lagerachse an der anderen Seite des Ventils liegt, wobei ein Basiswinkel von 105° bis etwa 120° günstig ist. Dies ergibt eine weitere bevorzugte Ausführung, in der das Nockenelement mittig zwischen zwei versetzt zu betätigenden Ventilen angeordnet ist, und über zwei schwenkbar gelagerte Zwischenglieder auf die beiden Ventile einwirkt.

Nachstehend werden nun mehrere Ausführungsbeispiele des Ventiltriebs anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1: eine Explosionsdarstellung der einzelnen Bestandteile einer ersten Ausführung des Ventiltriebes,
Fig. 2: eine schematische Darstellung zur Verstellbarkeit des Ventilhubs,
Fig. 3 u. 4: Schließ- und Offenstellung des Ventiltriebs nach Fig. 1 bei maximalem Ventilhub,
Fig. 5 und 6: Schließ- und Offenstellung des Ventiltriebs nach Fig. 1 bei minimalem Ventilhub,
Fig. 7 und 8: Schließ- und Offenstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Ventiltriebs nach Fig. 1
Fig. 9: die Schließstellung einer zweiten, abgewandelten Ausführungsform des Ventiltriebs nach Fig. 1,
Fig. 10 und 11: zwei gemeinsam betätigte Ventile mit Ventiltrieben nach Fig. 1,
Fig. 12: eine Explosionsdarstellung der einzelnen Bestandteile einer zweiten Ausführung des Ventiltriebs,
Fig. 13, 14 und 15: eine Schrägansicht, eine Seitenansicht und eine Stirnansicht des Ventiltriebs nach Fig. 12,
Fig. 16 und 17: eine Seitenansicht und eine Stirnansicht einer dritten Ausführung des Ventiltriebs,
Fig. 18: eine Explosionsdarstellung der einzelnen Bestandteile einer vierten Ausführung des Ventiltriebs,
Fig. 19 und 20: Schließ- und Offenstellung des Ventiltriebs nach Fig. 18 bei maximalem Ventilhub,
Fig. 21 und 22: Schließ- und Offenstellung des Ventiltriebs nach Fig. 18 bei minimalem Ventilhub
Fig. 23 und 24: Schließ- und Offenstellung einer fünften Ausführung des Ventiltriebs bei maximalem Hub,
Fig. 25, 26 und 27: Schließ-, Zwischen- und Offenstellung des Ventiltriebs nach Fig. 23 bei mittlerem Hub, und
Fig. 28, 29 und 30: Schließ-, Zwischen- und Offenstellung des Ventilhubs nach Fig. 23 bei minimalem Hub.

Die erfindungsgemäßen Ventiltriebe weisen eine Nockenwelle auf, die aus einem zylindrischen oder hohlzylindrischen Trägerstab 1 mit zumindest einem Nockenelement 2, 22 besteht, das auf dem Trägerstab 1 drehfest angeordnet ist. Das Nockenelement 2, 22 weist einen Nockenbereich 3, 23 und einen zum Trägerstab 1 konzentrischen Grundkreisbereich 4, 24 auf, der sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen über den größeren Teil des Umfangs des Nockenelements 2, 22 erstreckt. Die Achse des Trägerstabes 1 und der Nockenelemente 2, 22 ist mit 35 bezeichnet. An der Umfangsfläche des Nockenelements 2, 22 anliegend lose geführt ist ein Abtastelement 15, das entweder als Gleitelement oder bevorzugt, wie gezeigt, als Rolle ausgebildet ist, die auf einem Lagerstift 14 drehbar gelagert ist. Die Berührungsstelle zwischen dem Abtastelement 15 und dem Nockenelement 2, 22 trägt die Bezugsziffer 37. Der Lagerstift 14 ist am zweiten Ende eines Zwischengliedes 11 angeordnet, dessen erstes Ende in einem Lager 12 um eine erste Lagerachse 28 verschwenkbar ist. Das Lager 12 ist direkt oder über eine längere Traglasche 5 entlang eines Kreisbogens 6 bewegbar. Das Zwischenglied 11 ist dadurch um zwei unterschiedliche Achsen verschwenkbar, die eine erste Ebene definieren, nämlich gesteuert vom Nockenelement 2, 22 um die Lagerachse 28 des Lagers 12 und in Abhängigkeit von einem Stellantrieb 30 gemeinsam mit dem Lager 12 um die zweite Lagerachse 10, die in der Schließstellung des Ventils 7, in der das Abtastelement 15 am Grundkreisbereich 4, 24 des Nockenelements 2, 22 anliegt, koaxial mit der Achse des Lagerstifts 14 am zweiten Ende des Zwischenglieds 11 ist. Das Lager 12 ist ohne weiteres über den Stellantrieb 30 verstellbar, ohne daß die Position des Abtastelements 15 relativ zum Nockenelement 2, 22 verändert wird, d.h. der Abstand A zwischen den Achsen 35 und 10 bleibt damit konstant. Die beiden Lagerachsen 10, 28 definieren eine zweite Ebene, die mit der ersten Ebene einen Basiswinkel α von zumindestens 20° einschließt.

Die Verschwenkung des Lagers 12 um die zweite Lagerachse 10 durch den Stellantrieb 30 führt zur Verringerung des Ventilhubs h, wie weiter unten ausgeführt wird, wobei der Basiswinkel α je nach Anordnung der drei bestimmenden Achsen 10, 28, 35 größer oder kleiner wird.

Das Ventil 7 weist einen Ventilschaft 8 auf, an dessen unterem Ende ein Ventilteller vorgesehen ist, und der in einer im Motorblock oder dergleichen gehaltenen Führung 9 gleitend geführt ist.

In der ersten Ausführung nach den Fig. 1 bis 11 ist dem Ventil 7 zwischen der im Zylinderkopf gehaltenen Führung 9 und einem vergrößerten Ventilkopf 17 eine Rückstellfeder 21 zugeordnet, die das Ventil 7 nach oben in Schließstellung beaufschlagt. Der Ventilkopf 17 weist eine Bohrung auf, in die ein Lagerstift 16 eingesetzt ist, auf dem das zweite Ende eines Hebels 13 gelagert ist. Der Hebel 13 ist mit seinem ersten Ende auf dem Lagerstift 14 gelagert, so daß das Zwischenglied 11 und der Hebel 13 einen Kniehebel darstellen, der durch die Feder 21 beaufschlagt ist und gegen das Nockenelement 2 gedrückt wird. Der Abstand L zwischen den beiden Lagerachsen 28 und 10 verändert sich nicht, wenn das Zwischenglied 11 aus der in Fig. 3 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung überführt wird, in der sich das Lager 12 entlang des Kreisbogens 6 bewegt. Die Bewegung des Lagerstiftes 14 entlang des Kreisbogens 26 aus der Flucht mit der zweiten Lagerachse 10 ist aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich.

In Fig. 2 ist das Lager 12 an einer in der Ventilschließstellung mit dem Zwischenglied 11 parallelen Traglasche 5 angeordnet, deren oberes Ende entlang des Kreisbogens 6 bewegbar ist. Da die zweite Lagerachse 10 in der Schließstellung des Ventils 7, d.h. bei Anlage der Rolle am Grundkreisbereich 4 in die Achse des Lagerstiftes 14 fällt, bleiben die Kräfteverhältnisse auch bei Verschwenkung der Traglasche 5 konstant.

Fig. 4 zeigt das geöffnete Ventil 7 mit einem maximalen Hub h, der sich dadurch ergibt, daß in der gewählten Anordnung der Lagerstifte 12, 14 und 16, die in der Schließstellung (Fig. 3) einen Kniehebelwinkel von beispielsweise 115° einschließen, durch den Nockenbereich 3 eine große Vertikalbewegungskomponente auf das Ventil 7 erzeugt wird. Ist das Lager 12 in die Position der Fig. 5 verstellt, so liegt der Kniehebelwinkel bei etwa 160° und der Ventilhub h ist wesentlich geringer, wie aus dem Vergleich der Fig. 4 und 6 ersichtlich ist. Den Überschlag des Kniehebels verhindert ein nicht gezeigter Anschlag an der dem Nockenelement 2 gegenüberliegenden Seite des Zwischenglieds 11 oder des Hebels 13. Der Ventilhub kann auf Null gehalten werden, wenn der Hebel 13 oder der Ventilkopf 17 ein bekanntes Ventilspielausgleichselement enthält, sodaß die Vertikalbewegungskomponente maximal dem vorgesehenen Ventilspielausgleich entspricht. Mithilfe eines Ventilspielausgleichelements können auch Ungenauigkeiten in der Fertigung ausgeglichen werden.

In der Ausführung nach Fig. 7 und 8 ist der zweite Hebel 13 des Kniehebels verlängert, und ein Lagerstift 14' am Ende vorgesehen, auf dem als Abtastelement 15 wiederum eine Rolle angeordnet ist. Bei gleichen Abmessungen weist diese Ausführung einen etwas geringeren Ventilhub auf, da der längere Hebel 13 eine Änderung der Übersetzung bewirkt. Eine Änderung der Übersetzung wirkt sich auch in der Ausführung nach Fig. 9 auf den Ventilhub aus, in der das zweite Ende des zweiten Hebels 13 an einem um eine Achse 19 schwenkbar gelagerten Zwischenhebel 18 angelenkt ist, der das Ventil 7 betätigt.

In Fig. 10 und 11 ist die gemeinsame, um 180 ° versetzte Betätigung zweier Ventile 7 durch ein einziges Nockenelement 2 dargestellt, gegen das zwei Abtastelemente 15 zweier Kniehebel beaufschlagt sind. Die Konstruktion jedes Kniehebels entspricht der in den Fig. 3 bis 6 beschriebenen.

Die Fig. 12 bis 15 zeigen eine weitere Ausführung in der zwar das Kniehebelprinzip verwirklicht ist, jedoch nur das Zwischenglied 11 vorhanden ist, das direkt auf den Ventilkopf 17 drückt, wenn es vom Nockenbereich 3 verdrängt wird. Da das Zwischenglied 11 und die erste Lagerachse 28 schwenkt, wandert der Lagerstift 14 entlang des Kreisbogens 26 (Fig. 4). Die Anordnung ist dabei so, daß die beiden Endstellungen etwa symmetrisch zur Achse des Ventilschaftes 8 sind (Fig. 15), wobei ein Basiswinkel von etwa 105° bis 120° gegeben ist, der beim Verschwenken des Zwischengliedes 11 aus der Vollhubposition der Fig. 15 nach links verkleinert wird.

In Fig. 12 und 13 ist eine in drei geteilten Lagern 31, 32 gelagerte Nockenwelle dargestellt, wobei beide Lagerhälften 31, 32 jeweils eine Lagerausnehmung für den Trägerstab 1 und eine zweite Lagerausnehmung für einen nach Art einer Kurbelwelle geformten Antriebsteil 34 aufweist, der aus den Lagerstiften mehrerer Lager 12, aus mehreren Traglaschen 5 und aus mehreren Lagerabschnitten 36 zusammengesetzt ist, wobei durch die Lagerabschnitte 36 die zweite Lagerachsen 10 verläuft. bewegen. Für den Antrieb ist beispielsweise ein Elektromotor mit Positionserkennung vorgesehen, durch den der Antriebsteil 34 so verschwenkt werden kann, daß die Lager 12 sich entlang des Kreisbogens 6 bewegen.

Die Fig. 14 zeigt die gleichzeitige Betätigung zweier Ventile 7, wobei auf dem Lagerstift 14 mittig das dem Nockenelement 2 zugeordnete Abtastelement 15 und beidseitig eine auf einem Ventilkopf 17 rollende Rolle 20 gelagert sind. Das Zwischenglied 11 weist am ersten Ende eine Nut 27 auf, in die das Lager 12 eingreift. Die Ventilfeder 21 drückt einerseits das Zwischenglied 11 gegen das Hebellager 12 und andererseits das Abtastelement 15 gegen das Nockenelement 2. Der Antriebsteil 34 ist bevorzugt ein hohler Bauteil, durch den ein Schmiermedium zu den Lagerabschnitten 12, 36 des Antriebsteiles 34 zugeführt werden kann, an denen Austrittsbohrungen 33 ausgebildet sind. (Fig. 12, 13)

Fig. 16 und 17 zeigen eine weitere Ausführungsform, in der die Rückstellfeder des Ventiltriebs nicht durch eine Ventilfeder sondern durch eine zwischen dem Zwischenglied 11 und dem Hebel 13 wirksame Zugfeder 29 gebildet ist. Die Zugfeder ist am Lager 12 und am unteren Lagerstift 16 eingehängt; die übrige Konstruktion entspricht der den Ausführungen von Fig. 3 bis 6.

Die weiteren in den Fig. 18 bis 30 gezeigten Ausführungen beinhalten einen desmodromischen Ventiltrieb, d. h. anstelle einer Rückstellbeaufschlagung durch eine Feder ist das Ventil 7 mit einer Zwangsführung versehen, durch die der Kniehebel ständig am Umfang des Nockenelements 2,22 anlagernd gehalten ist. Dies wird dadurch erreicht, daß das Nockenelement 2,22 von einem flexiblen, möglichst unelastischen Umschließungselement 25 umgeben ist, an dem der Lagerstift 14 vorgesehen ist. Das Umschließungselement 25 liegt im wesentlichen spielfrei am Umfang des Nockenelements 2, 22 an, und besteht insbesondere aus einem reibungsarmen Materialband, beispielsweise einer in Umfangrichtung faserverstärkten Gewebeschlaufe oder dergleichen. Das Umschließungselement kann aber auch durch einen Kunststoffring, ein Stahlband od. dgl. gebildet sein. Die faserverstärkte Gewebeschlaufe ist insbesondere in einer textilen Rundarbeitstechnik (Rundweben etc.) gefertigt, und enhält beispielweise Aramidfasern od. dgl. als in Umfangsrichtung verlaufende Fäden, die eine hohe Längenkonstanz und Temperaturbeständigkeit besitzen. Durch die Verbindung des Umschließungselements 25 mit dem Lagerstift 14, der im Zwischenglied 11 gelagert ist, verdreht sich das Nockenelement 2, 22 im Umschließungselement 25, wobei der Nockenbereich 3, 23 eine umlaufende Ein- oder Ausbuchtung des Umschließungselementes erzeugt, die eine Bewegung des Lagerstiftes 14 entlang des durch das Lager 12 bzw. dessen Lagerachse 28 definierten Kreisbogens 26 (Fig. 22, 24) bewirkt, sodaß das Ventil 7 über den zweiten Hebe 13 nach unten bewegt und geöffnet wird. Nach Durchgang des Nockenbereichs 3, 23 durch den Verbindungsbereich zwischen dem Lagerstift 14 und dem Umschließungselement 25 kehrt der Lagerstift 14 an den Grundkreisbereich zurück und der Hebel 13 wird angehoben, wodurch das Ventil 7 in seine Schließstellung zurückgeführt wird.

In der ersten Ausführung des desmodromischen Ventiltriebs nach den Fig. 18 bis 22 ist das Nockenelement 2 in einer üblichen Formgebung, d.h. der Nockenbereich 3 steht radial über den Grundkreisbereich 4 vor, und das Lager 12 sowie der Lagerstift 16 zwischen dem Ventil 7 und dem zweiten Hebel 13 liegen in bezug auf das Nockenelement 2 jenseits des Kniehebelgelenkes und seines Lagerstifts 14, sodaß der Nockenbereich 3 an der Außenseite des Kniehebels angreift und ihn nach innen drückt. Die beiden Ebenen schließen einen Basiswinkel von etwa 105° bis 110° ein, der entsprechend der Verringerung des Ventilhubs h verkleinert wird.

Im Gegensatz dazu ist in der in der Fig. 23 bis 30 gezeigten zweiten Ausführung das Nockenelement 22 im Inneren des Kniehebels angeordnet, d.h. das Lager 12 und der Lagerstift 16 liegen in bezug auf das Nockenelement 22 an derselben Seite des Kniehebelgelenks. Die beiden durch die Achsen 10, 28 und 35 definierten Ebenen schließen einen Basiswinkel α von etwa 50°-55° ein, der beim Verschwenken des Zwischenglieds ensprechend der Verringerung des Ventilhubs h vergrößert wird. Das Nockenelement 22 weist eine "negative" Form auf, da der Nockenbereich 23 einen geringeren radialen Abstand von der Achse 35 des Trägerstabs 1 als der Grundkreisbereich 24 aufweist. Daher wird in dieser Ausführung das Ventil 7 in der Schließstellung vom Grundkreisbereich 24 in den Ventilsitz hochbewegt und sinkt in die Offenstellung ab, da der Lagerstift 14 sich weiter an die Achse des Nockenelements 22 annähern kann. Dies erhöht die Furnktionssicherheit, da das Ventil 7 bei einem Bruch des Umschließungselements 25 nicht nach unten über die Offenstellung hinaus fallen kann. Das Umschließungselement 25 ist an dieser Ausführung beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoffring.

Fig. 23 und 24 zeigen die Stellung des Lagers 12 bei größtem Hub h des Ventils 7, wobei in der Schließstellung nach Fig. 23 die zweite Lagerachse 10 des Lagers 12 in der Achse des Lagerstifts 14 liegt. Insbesondere in dieser Ausführung ist deutlich erkennbar, daß sich der Lagerstift 14 um die erste Lagerachse 28 des Hebellagers 12 entlang des Kreisbogens 26 nach unten bewegt, wenn der Nockenbereich 23 wirksam wird.

In der Fig. 25 bis 27 ist das Lager 12 auf dem Kreisbogen 6 in eine Stellung mit etwa mittlerem Hub h verschwenkt. Da sich das Zwischenglied 11 im wesentlichen vertikal erstreckt, verändert der Lagerstift 14 seine Lage in vertikaler Richtung nur minimal, wie der Vergleich der Fig. 25 bis 27 zeigt. Der Kniehebelwinkel ist größer (ca. 150°) und der geringe Ventilhub h wird nahezu ausschließlich durch die Veränderung der wirksamen Länge des zweiten Hebels 13 erzeugt.

In der Fig. 28 bis 30 ist das Lager 12 in seine Endstellung verschwenkt, in der der Lagerstift 14 des Kniehebels bei Anlage am Grundkreisbereich 24 (Fig. 28,29) in bezug auf die durchgestreckte Position etwa symmetrisch zu jener Stellung ist, die er in der Anlage am mittleren Nockenbereich 23 einnimmt (Fig. 30). Ein Nullhub des Ventils 7 läßt sich erreichen, wenn, wie bereits beschrieben, ein bekanntes Ventilspielausgleichselement vorgesehen ist, das den geringfügigen Längenunterschied ausgleicht.

Die Verstellung des Lagers 12 ändert den Abstand A zwischen der zweiten Lagerachse 10 und der Achse 35 nicht, da die Berührungsstelle 37 zwischen dem Nockenelement 2, 22 und dem Zwischenglied in der Ebene der beiden Achsen liegt.

Claims

Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem um eine Achse (35) drehbaren Nockenelement (2, 22), das über ein um eine erste Lagerachse (28) verschwenkbares Zwischenglied (11) auf ein Ventil (7) einwirkt, und mit einem Stellantrieb zur Verringerung des Ventilhubs, der die erste Lagerachse (28) des Zwischengliedes (11) um eine parallele, zweite Lagerachse (10) verschwenkt, wobei die Berührungsstelle (37) zwischen dem Zwischenglied (11) und dem Nockenelement (2, 22) in einer durch die zweite Lagerachse (10) und die Achse (35) des Nockenelementes (2, 22) definierten Ebene liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene mit einer zweiten, durch die beiden Lagerachsen (10, 28) definierten Ebene einen Basiswinkel (α) von zumindest 20° einschließt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (α) zumindest 40° beträgt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (α) 50° beträgt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (α) zumindest 90° beträgt.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (α) 105° beträgt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der zweiten Lagerachse (10) von der Achse (35) des Nockenelementes (2, 22) maximal zwei Drittel des Abstandes (L) zwischen den beiden Lagerachsen (10; 28) ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abstände (L, A) sich wie 2 : 1 verhalten.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abstände (L, A) sich wie 3 : 1 verhalten.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abstände (L, A) sich wie 4 : 1 verhalten.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abstände (L, I) sich wie 5 : 1 verhalten.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenelement (2, 22) und die erste Lagerachse (28) auf derselben Seite des Ventiles (7) angeordnet sind.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenelement (2, 22) auf der dem Lager (28) gegenüberliegenden Seite des Ventiles (7) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche des Zwischengliedes (11) kreisbogenförmig ist, und deren Achse in Ventilschließstellung in der zweiten Lagerachse (10) liegt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlagebereich des Zwischengliedes (11) ein Stift (14) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (14) konzentrisch zur kreisbogenförmigen Anlagefläche angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stift (14) ein unter der Wirkung einer Feder (21, 29) gegen das Nockenelement (2) beaufschlagtes Abtastelement (15) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (14) am Nockenelement (2, 22) zwangsgeführt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (14) mit einem flexiblen Umschließungselement (25) des Nockenelementes (22) verbunden ist, und das Nockenelement (2, 22) drehbar im Umschließungselement (25) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stift (14) eine unter der Wirkung einer Feder (21) gegen das Ventil (7) drückende Rolle (20) gelagert ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (11) der erste Hebel eines Kniehebels ist, dessen zweiter Hebel (13) auf dem Stift (14) gelagert und am Ventil (7) angelenkt ist.
Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem angetriebenen Nockenelement (2), das über ein um eine Lagerachse (28) verschwenkbares Zwischenglied (11) auf ein federbeaufschlagt rückstellendes Ventil (7) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (13) der erste Hebel eines Kniehebels ist, und das Nockenelement (2) am Gelenk des Kniehebels angreift.
Ventiltrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Gelenk des Kniehebels ein unter der Wirkung einer Feder (21, 29) gegen das Nockenelement (2) beaufschlagtes Abtastelement (15) gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 16 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastelement (15) durch eine Rolle gebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 16 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (29) zwischen den beiden Hebeln (11, 13) des Kniehebels angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 16, 19 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) durch eine den Ventilschaft (8) umgebende Ventilfeder gebildet ist.
Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem angetriebenen Nockenelement (2, 22), das über ein um eine Lagerachse (12) schwenkbar gelagertes Zwischenglied (11) auf ein Ventil (7) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (11) der erste Hebel eines Kniehebels ist, dessen zweiter Hebel (13) auf einem am zweiten Ende des ersten Hebels (11) gelagerten Stift (14) gelagert und am Ventil (7) angelenkt ist, wobei der Stift (14) am Nockenelement (2, 22) zwangsgeführt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (14) mit einem flexiblen Umschließungselement (25) des Nockenelementes (2, 22) verbunden ist, und das Nockenelement (2, 22) drehbar im Umschließungselement (25) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenelement (2, 22) zwischen zwei versetzt zu betätigenden Ventilen (7) angeordnet ist, und über zwei schwenkbar gelagerte Zwischenglieder (11) auf die beiden Ventile (7) einwirkt.