EP1348068A1

EP1348068A1 - Vollvariabler mechanischer ventiltrieb für eine kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1348068A1
Application number: EP02703532A
Authority: EP
Inventors: Markus Duesmann
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2002-01-02
Publication date: 2003-10-01
Also published as: JP3953954B2; US7040267B2; DE10290017D2; WO2002053881A1; JP2004520522A; DE10100173A1; US20040103865A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen variabler einstellbaren mechanischen Ventiltrieb für wenigstens ein mit einer Schliessfeder (2) versehenes Gaswechselventil (1) an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem Antriebsmittel (13) zur Erzeugung einer gegen die Kraft der Schliessfeder (2) am Gaswechselventil (1) wirkenden Hubewegung und mit einem zwischen dem Antriebsmittel (13) und dem Gaswechselventil (1) angeordneten Hubübertragungsmittel (4), das auf das Gaswechselventil (1) in Richtung seiner Bewegungsachse (14) einwirkt und dessen Hubweg in Richtung der Bewegungsachse (14) über ein verstellbares Führungselement (11) veränderbar ist, und das durch ein Schwenkelemente (8) gebildet wird, das mit seinem in Richtung der Bewegungsachse (14) wirkenden Ende mit dem Gaswechselventil und mit seinem dem Gaswechselventil (1) abgekehrten Ende mit dem Antriebsmittel (13) in Verbindung steht und auf dem als Steuerkurve (11.1) ausgebildeten Führungselement (11) hin- und herschwenkbar geführt ist.

Description

Bezeichnung: Vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Kolbenbrennkraftmaschine

Beschreibung

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen, die nach dem Ottoverfahren betrieben werden, erfolgt die Laststeuerung über eine Drosselklappe im Luftansaugsystem. Dies verursacht im Teillastbetrieb erhebliche Wirkungsgradverluste.

Durch einen sogenannten vollvariablen Ventiltrieb ist eine drosselfreie Laststeuerung für derartige Kolbenbrennkraftmaschinen möglich. Vollvariabler Ventiltrieb bedeutet, daß nicht nur die Phasenlage der Ventilöffnungs- und Ventil- Schließung in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung verändert werden kann, sondern daß auch der Ventilhub selbst verändert werden kann. Hierdurch lassen sich erhebliche Verbesserungen des Wirkungsgrades erzielen und Senkungen der Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und teilweise auch der Stickoxid-Emissionen erreichen.

Eine derartige vollvariable Ventilsteuerung ist beispielsweise mit elektromagnetischen Ventiltrieben möglich, da diese über eine elektronische Motorsteuerung mit Hilfe entsprechen- der Steuerungsprogramme unter Berücksichtigung auch von Kennfeldern gezielt sowohl hinsichtlich Öffnungsbeginn und Öffnungsende des Ventils als auch hinsichtlich des Ventilhubs innerhalb der durch den Ottoprozeß gegebenen Grenzen angesteuert werden können.

Aus DE-A-199 04 840 ist ein Ventiltrieb mit mechanischer Einstellung der Hubweite bekannt, der ein als Kurbel ausgebildetes Antriebsmittel aufweist, das einen quer zur Bewegungsrichtung des zu betätigenden Ventils ausgerichteter Druckhe- bei aufweist. Der Druckhebel liegt etwa in der Mitte seiner Länge über eine Rolle auf dem Stößel des zu betätigenden Ventils auf und stützt sich mit seinem freien Ende über eine Rolle auf einer hebelartig angelenkten Steuerkurve auf, die über ein Stellmittel verschwenkbar ist. Aufgrund der geometrischen Zuordnung der einzelnen Elemente zueinander erlaubt der vorbekannte Ventiltrieb nur eine beschränkte Hubverstel- lung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für wenigstens ein Gaswechselventil an einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Kolbenbrennkraftmaschine einen Ventiltrieb mit mecha- nisch einstellbarer Variationsmöglichkeit zu schaffen, die eine Hubweitenverstellung vom "Nullhub" bis zum "Vollhub" erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem variabel einstellbaren mechanischen Ventiltrieb für wenigstens ein mit einer Schließfeder versehenes Gaswechselventil an einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Antriebsmittel zur Erzeugung einer gegen die Kraft einer Schließfeder am Gaswechselventil wirkenden Hubbewegung, mit einem zwischen dem Antriebsmittel und dem Gaswechselventil angeordneten Hubübertragungsmittel, das auf das Gaswechselventil in Richtung seiner Bewegungsachse einwirkt und dessen Hubweg in Richtung der Bewegungsachse über ein stellbares Führungselement veränderbar ist, das durch ein Schwenkelement gebildet wird, das mit seinem in Richtung der Bewegungsachse wirkenden Ende mit dem Gaswechselventil und mit seinem dem Gaswechselventil abgekehrten Ende mit dem Antriebsmittel in Verbindung steht und auf dem als Steuerkurve ausgebildeten Führungselement hin und her schwenkbar geführt ist.

Während bei den bisher bekannten mechanischen Ventiltrieben das Antriebsmittel unmittelbar auf das Schaftende des zu betätigenden Gaswechselventils einwirkt, wird bei der Lösung gemäß der Erfindung zwischen dem Antriebsmittel und dem Gas- wechselventil ein mechanisches Hubübertragungsmittel mit einem verstellbaren Führungselement zwischengeschaltet, durch das auf die Hubcharakteristik sowohl hinsichtlich des Öff- nungsbeginnes als auch hinsichtlich des Öffnungshubes Einfluß genommen werden kann. Durch diese Lösung ist es möglich, auch konventionelle mechanische Ventiltriebe, beispielsweise Nokkentriebe, als vollvariable Ventiltriebe zu gestalten. Die Krafteinleitung für die Schwenkbewegung wird durch das Antriebsmittel bewirkt, während die Hubcharakteristik durch eine entsprechende Stellung der das Führungselement bildenden Steuerkurve bestimmt wird. Die Steuerkurve kann so ausgelegt werden, daß einerseits das mit vollem Hub arbeitende An- triebsmittel, beispielsweise ein Nockentrieb, ein Kurbeltrieb, ein elektromagnetischer oder hydraulischer Aktuator, seinen vollen Hub auf das Schwenkelement überträgt, und andererseits trotz der vollen Schwenkbewegung des Schwenkelementes durch eine entsprechende Gestaltung der Steuerkurve keine Ventilöffnung stattfindet. Durch ein Verstellen der Steuerkurve kann somit ohne Änderung des Hubes des Antriebsmittels von einem "Null-Hub" bis zu einem "Maximal-Hub" jede Zwischenstellung hinsichtlich des Hubs eingestellt werden. Bei entsprechend hohen Stellgeschwindigkeiten für das Führungs- element oder bei entsprechender Gestaltung der Steuerkurve ist es auch möglich, Hubvariationen während eines Kolbenhubes vorzunehmen, beispielsweise ein zweifaches Öffnen und Schließen während eines Ansaughubes.

Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Achse der Kraftwirkung des Antriebsmittels unter einem Winkel zur Bewegungsachse des Gaswechselventils verläuft, so daß über das Zusammenwirken des in Richtung der Bewegungsachse des Gaswechselventils einwirkenden Hubübertragungsmittels einerseits und dem verstell- baren Führungselement andererseits die gewünschten Veränderungen hinsichtlich der Hubcharakteristik bewirkt werden können. Hierdurch ist auch sichergestellt, daß das Schwenkelement immer an der Steuerkurve anliegt.

Erfindungsgemäß kann das Hubübertragungsmittel über einen Schwinghebel mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehen oder in einer anderen Ausgestaltung über eine in Richtung der Bewegungsachse des Gaswechselventils ausgerichtete Gleitführung mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Füh- rungselement am Hubübertragungselement um eine quer zur Bewegungsachse des Gaswechselventils ausgerichtete Achse schwenkbar gelagert ist.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Gaswechselventil mit Kurbelexzenter als Antriebsmittel und mit Schwinghebelführung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Ausführungsform gem. Fig. 1 in einer Einstellung für einen "Nu11-Hub",

Fig. 3 die Prinzipdarstellung gem. Fig. 2 in einer Einstellung für einen vollen Ventilhub,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Antriebsmittel in Form einer Nockenwelle,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung des Ausführungsbeispiels gem. Fig. 4 für einen "Null-Hub",

Fig. 6 die Prinzipdarstellung gem. Fig. 5 in einer Einstellung für einen vollen Ventilhub,

Fig. 7 das Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 mit einem hydraulischen oder elektromagnetischen Antriebsmittel ,

Fig. 8 eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 1 mit einem Kurbelexzenter als Antriebsmittel und Gleitführung, Fig. 9 die Ausführungsform gem. Fig. 8 mit Nockenantrieb,

Fig. 10 eine Ausführungsform mit reduzierter Bauhöhe,

Fig. 11 eine schematische Aufsicht auf einen Zylinder mit zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Ventiltrieb besteht im wesentlichen aus einem Gaswechselventil 1, das über eine Ventilfeder 2 in Schließstellung gehalten wird. Dem freien Ende 3 des Ventilschaftes des Gaswechselventils 1 ist ein Hubüber- tragungsmittel 4 zugeordnet, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Schwinghebel 5 gebildet wird, der über ein Lager 6 ortsfest oder über eine Abstützung durch ein Ventilspielausgleichselement 6.1 (Fig. 10) am Motorblock gelagert ist und mit seinem anderen Ende 7 auf dem Schaftende 3 des Gaswechselventils 1 aufliegt. Mit Abstand zum Lager 6, beispielsweise am Ende 7 des Schwinghebels 5 ist ein Schwenkarm 8 über eine Anlenkung 9 angelenkt, der an seinem der Anlenkung 9 abgekehrten Ende mit einer Führungsrolle 10 versehen ist. Die Führungsrolle 10 rollt auf einem am Motorblock verstellbar gelagerten Führungselement

11, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Steuerkurve ausgebildet ist. Funktion und Wirkungsweise des Führungselementes wird nachstehend noch näher erläutert.

Am Schwenkarm 8 ist eine Kurbelschwinge 12 angelenkt, die mit einem Kurbelexzenter 13 als Antriebsmittel in Verbindung steht. Der Antrieb, hier der Kurbelexzenter 13, ist so positioniert, daß seine resultierende Kraftwirkungslinie W unter einem Winkel zur Längsachse 14 des Schaftes des Gaswechsel- ventils und dann zu dessen Bewegungsachse ausgerichtet ist. Das als Steuerkurve ausgebildete Führungselement 11 ist um eine quer zur Bewegungsachse 14 ausgerichtete ortsfeste Schwenkachse verstellbar ausgebildet. Dies ist beispielsweise durch eine kreisförmige Gleitbahn 16 schematisch dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeipiel fällt die Schwenkachse mit der Achse der Anlenkung 9 bei Schließstellung des Gaswechselventils 1 zusammen. Das Führungselement 11 ist mit einem hier nicht näher dargestellten Stellantrieb verbunden, so daß die Lage der Steuerkurve in Richtung des Pfeiles 17 verstellbar ist und so in ihrer Ausrichtung zur Bewegungsachse 14 verändert werden kann.

Die Kurvenbahn 11.1, auf der die Rolle 10 abrollt, weist, wie in Fig. 2 gezeigt, einen Grundkreis auf, der eine "Null-Hub- Zone" I bildet, so daß bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarms 8 trotz vollem Hub des Antriebsmittels 13 keine Hubbewe- gung des Gaswechselventils 1 bewirkt wird.

An diese "Null-Hub-Zone" I schließt sich eine "Hub-Zone" II mit beispielsweise stetig zunehmender Krümmung an, so daß bei konstanter Hubweite des Antriebsmittels, hier des Kurbelex- zenters 13, für das Gaswechselventil 1 ein Hubweg mit zunehmender Hubweite zwischen einem "Null-Hub" und einem "Maximal- Hub" einstellbar ist. Der Übergang zwischen Zone I und Zone II soll so gestaltet sein, daß beim Überrollen eine ruckfreie Bewegung eingeleitet wird. Dies ist anhand von Fig. 2 und Fig. 3 näher erläutert.

In Fig. 2 ist das Führungselement 11 mit seiner Führungsbahn 11.1 so ausgebildet und in bezug auf die Bewegungsachse 14 so eingestellt, daß bei einer Umdrehung der Exzenterkurbel 13 um 180° aus der Ausgangsstellung A in die Maximal-Hubstellung M die Führungsrolle 10 auf der "Null-Hub-Zone" I der Führungsbahn 11.1 abrollt, ohne daß der Schwinghebel 5 einen Hub erzeugt. Das bedeutet, daß der abgerollte Bereich der Führungsbahn 11.1 in bezug auf die mit der Anlenkung 9 in dieser Stellung zusammenfallenden Achse 15 als Kreisbahn ausgebildet ist. Diese Bull-Hub-Zone I kann auch nur als "gedachter" Grundkreis ausgeführt sein, d. h. in diesem Bereich liegt die Rolle 10 nicht am Führungselement 11 an. Eine Berührung erfolgt erst bei entsprechender Verstellung des Führungselementes 11, wobei der Einlaufbereich zur Hub-Zone II so gestaltet sein muß, daß die Rolle 10 im wesentlichen stoßfrei auf die Kontur aufläuft.

Wird nun, wie aus Fig. 3 ersichtlich, das Führungselement 11 aus der in Fig. 2 dargestellten Position in Richtung des Pfeiles 17.1 in die aus Fig. 3 ersichtliche Position verscho- ben, dann rollt die Führungsrolle 10 bei einer Drehung der Exzenterkurbel 13 um 180° aus der Hubstellung A in die Hubstellung M entsprechend der Gestaltung der Führungsbahn 11.1 zumindest teilweise auf der "Hub-Zone" II ab, so daß ein Hub mit entsprechender Hubweite übertragen und das Gaswechselven- til 1, geöffnet wird. In Fig. 3 ist die Positionierung des Führungselementes 11 für den Maximal-Hub dargestellt.

Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß durch eine entsprechende Verstellung des Führungselementes 11 jede beliebige Hubweite zwischen dem in Fig. 2 dargestellten Null-Hub und dem in Fig. 3 dargestellten Maximal-Hub über eine entsprechende Ansteuerung des Stellantriebs für das Führungselement 11 vorgebbar ist.

Die Phasenlage des Ventilhubs in bezug auf die Kurbelwellenstellung kann dann, wie grundsätzlich bekannt, auch über eine relative Verstellung der Exzenterwelle insgesamt bewirkt werden.

Will man statt eines Antriebs über eine Kurbel- oder Exzenterwelle als Antriebsmittel eine übliche Nockenwelle 13.1 verwenden, dann ist gem. Fig. 4 statt des Schwenkarmes 8 ein Schwenkelement 8.1 vorzusehen, das wiederum über eine Anlenkung 9 mit dem Schwinghebel 5 in Verbindung steht. Das Schwenkelement 8.1 ist an seinem dem Führungselement 11 zugekehrten Bereich wiederum mit einer Führungsrolle 10 versehen. An seinem dem Antriebsnocken 13.2 zugekehrten Bereich ist das Schwenkelement mit einer Druckrolle 8.2 versehen, so daß bei einem Umlauf des Nockens 13.2 die durch den Nocken induzierte Schwenkbewegung des Schwenkelementes 8.1 je nach Stellung des Führungselementes 11 umgesetzt werden kann von einem Null-Hub bis maximal zu einem Maximal-Hub des Gaswechselventils .

Anstelle einer auf einer Kreisbahn mit dem Mittelpunkt 15 bewegbaren Ausführungsform des Führungselementes 11 ist es aber auch möglich, das Führungselement 11 bei entsprechender Aus- bildung der Steuerkurve 11.1 quer zur Bewegungsachse 14 translatorisch verschiebbar auszubilden.

Die Funktion des Ausführungsbeispiels gem. Fig. 4 ist anhand von Fig. 5 für einen Null-Hub und Fig. 6 für einen Maximalhub dargestellt. Die Funktionsweise entspricht der anhand von Fig. 2 und 3 beschriebenen Funktionsweise, so daß hierauf verwiesen werden kann, da die Zeichnungen aus sich selbst heraus verständlich sind. Über eine Rückholfeder 8.3 ist die zuverlässige Anlage der Führungsrolle 10 am Nocken 13.2 ge- währleistet.

Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung gem. Fig. 1, bei der als Antriebsmittel 13.1 ein elektromagnetischer oder ein hydraulischer Aktuator in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß allgemein bekannten Bauformen angeordnet ist. Der Aktuator ist nur schematisch dargestellt. Der Aktuator weist eine der Kurbelschwinge 12 gem. Fig. 1 entsprechend wirksame Schubstange 12.1 auf, die mit dem Schwenkarm 8 verbunden ist. Bei abwechselnder Beaufschlagung des Aktuators mit elektri- scher Energie oder Druckenergie kann so über die Schubstange

12.1 die gewünschte Hin- und Herbewegung zur Umsetzung in eine Schwenkbewegung des Schwenkarms 8 erzeugt werden.

Wie anhand von Fig.l, Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben, wird die Hubveränderung des Gaswechselventils durch Verstellung des Führungselementes 11 bewirkt. In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das freie Ende 3 des Gaswechselventils 1 statt über den Schwinghebel 5 mit einer Gleitführung 18 zusammenwirkt. Diese nach Art eines Kreuzkopfes wirkende Gleitführung besteht aus einer ortsfesten Führungsbahn 18.1, der ein Gleitkörper 18.2 zugeordnet ist, an dem entsprechend der Ausführungsform gem. Fig. 1 ein Schwenkarm 8 angelenkt ist, der auf das Schaftende 3 des Gaswechselventils 1 einwirkt.

Im übrigen entspricht der Aufbau der Ausführungsform gem.

Fig. 1. Auch hier ist ein als Schwinge Führungselement 11 mit seiner als Steuerkurve ausgebildeten Führungsbahn 11.1 um eine ortsfeste Schwenkachse schwenkbar am Motorblock gelagert und über einen Stellantrieb in bezug auf die Ausrichtung der Führungsbahn 11.1 zur Bewegungsachse 14 des Gaswechselventils 1 verstellbar, über die Rolle 10 und die am Schwenkarm 8 angelenkte Kurbelschwinge 12 kann wiederum über einen Kurbeltrieb 13 ein Hub auf das Hubübertragungsmittel 4 und entsprechend der Stellung des Führungsmittels 11 über die Führungs- bahn 11,1 auf das Gaswechselventil 1 übertragen werden, wie dies anhand von Fig. 2 und 3 beschrieben ist.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 8 für einen Antrieb mittels eines Nockenantriebs 13.1. Die Aus- führungsform gem. Fig. 8 kann in gleicher Weise auch über einen elektromagnetischen oder hydraulischen, als Kolben- Zylinder-Einheit ausgebildeten Aktuator betätigt werden, wie dies anhand von Fig. 7 beschrieben worden ist.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 4. Der Schwinghebel 5 ist mit seinem Lager 6 auf einem Ventilspielausgleichselement 6.1 abgestützt. Durch die Anordnung des Lagers unterhalb des Nockenantriebs 13.1 läßt sich eine besonders günstige "Packung" mit niedriger Bauhöhe erzielen. Das Federelement 8.3 ist hierbei als Druckfeder ausgestaltet, so daß die Rolle 8.2 immer an die Steuerkontur des Nockens 13.2 angedrückt wird. In Fig. 8 ist ein möglicher Stellantrieb für die Verstellung des Führungselementes 11 schematisch dargestellt, das mit einer Schneckenradverzahnung 20 versehen ist, die mit einer über einen Stellmotor 21 antreibbaren Stellschnecke 22 im Eingriff steht. Die Ansteuerung des Stellmotors 21 erfolgt über die Motorsteuerung.

Der Stellantrieb zur Einstellung des Führungselementes 11 kann bei einer Mehrzylinderkolbenmaschine jeweils zentral für alle Gaseinlaßventile und ggf. auch für die Gasauslaßventile betätigbar sein. Bei sogenannten Mehrventilern, d. h. wenn zumindest gaseinlaßseitig jeweils zwei oder mehrere Gaseinlaßventile je Zylinder vorgesehen sind, kann es zweckmäßig sein, jeweils ein Gaswechselventil je Zylinder in üblicher

Weise über eine direkt wirkende Nockenwelle mit seinem vollen Hub arbeiten zu lassen und zumindest das zweite Gaswechselventil mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb auszustatten, um dieses Gaswechselventil entsprechend den betrieblichen Anfor- derungen in seiner Hubweite von einem Null-Hub bis zum Maximal-Hub verstellen zu können.

Wie Fig. 11 in einer schematischen Aufsicht auf einen Zylinder zeigt, ist es nun möglich, mit dem vorbeschriebenen Stel- lantrieb zwei Einlaßventile 1.1 und 1.2 gleichzeitig zu betätigen. Hierzu kann beispielsweise ein Stellantrieb eingesetzt werden, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, wobei der in Fig. 10 dargestellte Schwinghebel 5 bei der Anordnung gem. Fig. 11 als Gabelhebel 5.1 ausgeführt ist. An diesen Gabelhe- bei 5.1 ist entsprechend der Anordnung gem. Fig. 10 das Schwenkelement 8.1 angelenkt, das in dieser Aufsicht aus Gründen der einfacheren zeichnerischen Darstellung aus der Vertikalebene herausgeschwenkt ist.

Die beiden Auslaßventile 1A werden über einen gegabelten

Schlepphebel 23 betätigt, der sich über ein Spielausgleichselement 24 am Motorblock abstützt und der eine Laufrolle 25 aufweist, auf die ein Nocken einer Nockenwelle NW (hier nur strichpunktiert dargestellt) einwirkt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gegabelte Schlepphebel 23 in zwei Teilhebel 23.1 und 23.2 unterteilt, die über die Achse der Laufrolle 25 gelenkig miteinander verbunden sind. Die beiden Teilhebel 23.1 und 23.2 sind über ein steuerbares Verriegelungselement mit einem Querriegel 27 in der Weise verbunden, daß in der dargestellten Verriegelungsstellung über den Nocken die beiden Gasauslaßventile 1A in üblicher Weise betätigt werden.

Wird nun das Verriegelungselement 26 aktiviert und der Riegel 27 zurückgezogen, dann sind die beiden Telhebel 23.1 und 23.2 entkoppelt, so daß unter der Einwirkung des Nockens der Schlepphebel gegen die Kraft einer hier nicht näher dargestellten Rückholfeder "geknickt" wird und somit die Gasauslaßventile 1A nicht geöffnet werden.

Ist das Verriegelungselement 26 beispielsweise als Kolben- Zylinder-Einheit ausgebildet und der Riegel 27 mit dem Kolben verbunden, der über eine hier nicht näher dargestellte Druckfeder in Verriegelungsstellung gehalten wird, dann kann durch Beaufschlagung mit Drucköl der Riegel 27 gegen die Kraft der Rückstellfeder in die Entriegelungsstellung zurückgezogen werden. Das Drucköl kann beispielsweise über die Druckölversorgung des Ventilspielausgleichselementes 24 durch entsprechende Kanäle im Teilhebel 23.2 dem Verriegelungselement 26 zugeführt werden.

Wird nun über die Motorsteuerung bei einem oder bei einer

Gruppe von Zylinder die Auslaßventile durch Öffnen des Riegels 27 außer Betrieb gesetzt und gleichzeitig entsprechend auf der Einlaßseite das Hubübertragungsmittel 4 auf Null-Hub eingestellt, dann erfolgt eine sogenannte Zylinderabschal- tung, der dann über die Motorsteuerung auch eine Abschaltung der Kraftstoffzufuhr und ggf. auch eine Abschaltung der Zündung zugeordnet ist. Sollen nun zwei Einlaßventile 1.1 und 1.2, wie in Fig. 11 dargestellt, über einen gemeinsamen Ventiltrieb betätigt werden, dann ist es möglich, den gegabelten Schwinghebel 5.1 entsprechend längszuteilen, einen Teilhebel mit dem Schwenkelement 8.1 zu verbinden und ein steuerbares Verriegelungselement vorzusehen, das es erlaubt, durch Verriegelung beide Gasreinlaßventile 1.1 und 1.2 gleichzeitig zu betätigen und bei Entriegelung eines der Gaseinlaßventile außer Betrieb zu setzen und nur das eine Gaseinlaßventil zu betätigen, das mit dem Teilhebel in Verbindung steht, an dem das Schwenkelement 8.1 angelenkt ist.

Durch eine entsprechende Ansteuerung ist es dann möglich, mit nur einem Ventiltrieb entweder nur ein Gaswechselventil bei entsprechender Ansteuerung zwischen Null-Hub und Maximal-Hub zu betätigen oder aber beide Gaswechselventile zwischen Null- Hub und Maximal-Hub zu betätigen.

Bei der Anordnung von drei Gaseinlaßventilen ist der Schwinghebel 5 entsprechend zu gabeln, wobei auch hier über entsprechende Teilungen und Verriegelungsmittel es möglich ist, den Schwinghebel so zu gestalten, daß wahlweise nur ein Gaswechselventil oder alle Gaswechselventile oder ggf. die Gasein- laßventile in den unterschiedlichsten Zuordnungen zueinander zusammen betätigt werden können.

In Ausgestaltung des Stellantriebes für die Führungselemente an einer Mehrzylinderkolbenbrennkraftmaschine kann es auch möglich und zweckmäßig sein, für zumindest einen Teil der

Gaswechselventile, insbesondere der Gaseinlaßventile, an jedem Zylinder die Verstellmöglichkeit vorzusehen. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß je nach Betriebsweise für einige oder nur für Gruppen von Zylindern je- weils ein gemeinsamer Stellantrieb für die betreffenden Gaswechselventile, insbesondere die Gaseinlaßventile, vorgesehen werden kann. Aber auch Einzelstellantriebe sind möglich, d. h. jedem Führungselement ist ein eigener gesondert ansteuerbarer Stellantrieb zugeordnet, so daß nach Bedarf nicht nur der Hub eines Gaswechselventils voll variabel einstellbar ist, sondern auch in bezug auf die gesamte Kolbenmaschine, zumindest jedoch für Gruppen von Zylindern der Kolbenbrennkraftmaschine entsprechende individuelle Variationsmöglichkeiten möglich sind. Die Stellantriebe werden in allen Fällen jeweils über eine vor- handene Motorsteuerung angesteuert. Hierbei kann es zweckmäßig sein, statt einer Schwenkbewegung eine translatorische Bewegung für das Führungselement 11 vorzusehen.

Je nach Ansprechgeschwindigkeit des oder der mit den Füh- rungselementen 11 verbundenen Stellantriebe kann es auch zweckmäßig sein, innerhalb eines Ansaughubes, beispielsweise beim Gaseinlaßventil oder beim Kompressionshub für ein Gasauslaßventil einen Null-Hub einzustellen oder auch der vollständigen Öffnung des Gaswechselventils durch ein kurzes "Ta- sten" einen "Minihub" vorzuschalten. Das Vorschalten eines Minihubes ist beim Gaseinlaßventil zweckmäßig.

Bei entsprechender Ausgestaltung der Gasauslaßventile kann es zweckmäßig sein, die Gaswechselventile so anzusteuern, daß sie für einen Teilbereich der Ausschubphase geschlossen gehalten werden und lediglich im Bereich der Endphase des Ausstoßhubes das Gasauslaßventil kurz zu öffnen. Diese Betriebsweise ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn eine Betriebsweise für die Kolbenbrennkraftmaschine vorgesehen wird, bei der beispielsweise unter Abschaltung der Kraftstoffzufuhr der Motor insgesamt als Motorbremse betrieben werden soll.

Durch entsprechende Ansteuerung der Führungselemente 11 auf der Gaseinlaßseite und der Gasauslaßseite können auch soge- nannte Ventilüberschneidungen eingestellt werden, so daß beispielsweise auch eine Abgasansaugphase aus der Abgasleitung bei teilgeöffneten Auslaßventilen und geschlossenen Einlaßventilen möglich ist.

Die Anwendung der beschriebenen Ventiltriebe ist nicht auf Kolbenbrennkraftmaschinen, wie beispielsweise Ottomotore oder Dieselmotore und nicht auf die vorbeschriebene Anwendung der Zylinderabschaltung beschränkt. Sind die Gaseinlaßventile und die Gasauslaßventile jeweils mit dem erfindungsgemäßen vollvariablen mechanischen Ventiltrieb versehen, dann ist es bei entsprechender Ansteuerung auch möglich, einen Bremsbetrieb durchzuführen und zwar in der Weise, daß bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr und abgeschalteter Zündung sowohl beim Kompressionshub als auch beim Ausstoßhub die Gasauslaßventile jeweils nur kurzzeitig vor dem oberen Totpunkt geöffnet wer- den.

Der erfindungsgemäße vollvariable mechanische Ventiltrieb kann auch zur Betätigung zumindest der Ansaugventile eines Kolbenkompressors zur Verdichtung von Gasen eingesetzt wer- den. Zwangsgesteuerte Ventile an einem Kolbenkompressor dienen gegenüber den üblichen, als Rückschlagventil ausgebildeten Plattenventilen eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades. Da bei zwangsgesteuerten Ventile keine Prellvorgänge jeweils beim Schließen der Ventile auftreten, wird we- der beim Übergang zum Kompressionshub Luft in die Ansaugleitung zurückgedrückt, noch kann beim Übergang vom Ausschubhub zum Absaughub komprimiertes Gas in die Zylinder zurückströmen.

Durch einen vollvariablen Ventiltrieb der erfindungsgemäßen

Art zur Betätigung der Ansaugventile kann bei Kolbenkompressoren die Zylinderfüllung und damit auch die Druckerhöhung gezielt verändert werden.

Die Anwendung der beschriebenen Ventiltriebe ist nicht auf Otto-Motore beschränkt sondern kann auch bei Dieselmotoren erfolgen, beispielsweise für den Einsatz als Motorbremse.

Claims

Ansprüche

1. Variabel einstellbarer mechanischer Ventiltrieb für wenigstens ein mit einer Schließfeder (2) versehenes Gaswechsel- ventil (1) an einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem Antriebsmittel (13) zur Erzeugung einer gegen die Kraft der Schließfeder (2) am Gaswechselventil (1) wirkenden Hubewegung und mit einem zwischen dem Antriebsmittel (13) und dem Gaswechselventil (1) angeord- neten Hubübertragungsmittel (4), das auf das Gaswechselventil (1) in Richtung seiner Bewegungsachse (14) einwirkt und dessen Hubweg in Richtung der Bewegungsachse (14) über ein verstellbares Führungselement (11) veränderbar ist und das durch ein Schwenkelement (8) gebildet wird, das mit seinem in Rich- tung der Bewegungsachse (14) wirkenden Ende mit dem Gaswechselventil und mit seinem dem Gaswechselventil (1) abgekehrten Ende mit dem Antriebsmittel (13) in Verbindung steht und auf dem als Steuerkurve (11.1) ausgebildeten Führungselement (11) hin- und herschwenkbar geführt ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Wirkungslinie (W) der Stellkraft des Antriebsmittels (13) unter einem Winkel zur Bewegungsachse (14) des Gaswechselventils (1) einwirkt.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (11) mit einem Stellantrieb in Verbindung steht.

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubübertragungsmittel (4) über einen Schwinghebel (5) mit dem Gaswechselventil (1) in Verbindung steht.

5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Betätigung von wenigstens zwei nebeneinander angeordneten Gaswechselventilen (1.1, 1.2), dadurch gekennzeichnet, daß das Hub- Übertragungsmittel (4) einen gabelförmig ausgebildeten Schwinghebel (5.1) aufweist, dessen Gabelenden jeweils auf ein Gaswechselventil (1.1, 1.2) einwirken.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gabelförmige Schwinghebel )5.1) durch parallel nebeneinander angeordnete Teilhebel gebildet wird, die unabhängig voneinander schwenkbar gelagert sind und daß ein steuerbares, zwischen den Teilhebeln wirksames Verriege- lungsmittel vorgesehen ist, so daß wahlweise beide Gaswechselventile (1.1, 1.2) oder nur ein Gaswechselventil (1.1) durch das Hubüberttragungsmittel (4) betätigbar ist.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Hubübertragungsmittel (4) über eine

Gleitführung (18) mit dem Gaswechselventil (1) in Verbindung steht.

8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Führungselement (11) mit seiner Steuerkurve (11.1) an der Kolbenbrennkraftmaschine um eine quer zur Bewegungsachse (14) des Gaswechselventils (1) ausgerichtete Achse (15) schwenkbar gelagert ist.

9. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (11.1) so ausgebildet ist, daß bei konstanter Hubweite des Antriebsmittels (13) ein Hubweg zwischen einem Null-Hub und einem Maximal-Hub einstellbar ist.

10. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve einen auf die Schwenkachse (15) bezogenen Grundkreis als "Null-Hub-Zone" I und eine daran anschließende Verstellkurve als "Hub-Zone" II aufweist, wobei die Länge des Grundkreises, gemessen in Umfangsrich- tung, mindestens dem der Hubweite des Antriebsmittels (13) entsprechenden Schwenkweg beträgt.

11. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (13) durch einen Kurbeltrieb gebildet wird, der auf das Hubübertragungsmittel ( 4 ) einwirkt .

12. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (13) durch einen Nokkentrieb (13.1) gebildet wird, der auf das Hubübertragungs- mittel (4 ) einwirkt.

13. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (13) durch einen elektromagnetischen oder einen hydraulischen Aktuator gebildet wird.