EP1350928A2 - Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1350928A2
EP1350928A2 EP03007234A EP03007234A EP1350928A2 EP 1350928 A2 EP1350928 A2 EP 1350928A2 EP 03007234 A EP03007234 A EP 03007234A EP 03007234 A EP03007234 A EP 03007234A EP 1350928 A2 EP1350928 A2 EP 1350928A2
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EP
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valve
counter
lift
linear cam
sense
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EP1350928A3 (de
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Willi Roth
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/2405—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the cylinder head and rocker arm
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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
    • F01L1/182—Centre pivot rocking arms the rocking arm being pivoted about an individual fulcrum, i.e. not about a common shaft
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0005—Deactivating valves
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a device for variable actuation a lift valve, in particular an inlet and / or outlet valve an internal combustion engine, with one in the drive train between one arranged oscillating actuator device and the lift valve, Floating linear cam, which on the one hand with a stationary counterpart in the sense of the valve lift and on the other hand with a drive that is movable in the sense of the valve lift interacts with the counter valve connected and with at least one lifting movement in the sense of Ventilhubs movable counter-organ accomplishing control curve is provided, the lifting movement by a in the sense of Linocock reciprocating movement taking place Relative movement between the linear cam and at least one a mating member assigned to a control curve can be varied.
  • the linear cam is used as a sliding shoe formed with a sliding surface on a on the globe valve acting actuator rests and one with a associated cam of a camshaft interacting thrust surface and also has a control curve opposite this, the interacts with a feeler roller that is fixed in height and in Direction of the reciprocating movement of the linear cam is adjustable. Precise guidance of the linear cam is only guaranteed here as long as it is with each of its three flanks is in contact with the associated counter element. Otherwise, the linear cam would flutter and with it there is a high level of noise and a risk of malfunction. In the known arrangement, therefore, even when closed Lift valve no play between the linear cam and the assigned Adverse organs are permitted, which is particularly important for Achieving a so-called zero stroke high demands in terms of component accuracy and therefore high production costs caused.
  • the linear cam is here due to its articulation on the Swivel lever reliably guided and secured in any case, see above that when the valve is closed there is also play compared to the stationary one or movable counter organ, what accomplishing an operation from zero stroke to Maximum stroke and vice versa simplified and even at high Speeds ensures high reliability.
  • the adjustability the pivot axis and / or the pivot angle of the Swivel lever and thus the linear cam enables in advantageously one in the sense of the back and forth Movement of the linear cam stationary arrangement of both Counter organs, which results in a simple and compact design and ensures gentle operation.
  • adjustable Pivot angle of the pivot lever can be the pivot axis be arranged stationary.
  • the swivel lever can be advantageous on a rotatable Eccentric shaft can be mounted, for the radial adjustment of the Swivel bearing is rotatable.
  • a rotary movement of the eccentric shaft can be comparatively simple and accurate in an advantageous manner accomplish. At the same time, it is extremely robust.
  • the eccentric shaft can expediently on a motor via the Go through engine length and the stroke valves in the engine longitudinal direction assigned cylinders arranged one behind the other Pick up the swivel lever. This results in a particularly simple and compact design, one with an eccentric shaft and one this associated actuating device manages.
  • rocker arm can be used in a proven meadow be pivotally mounted on a so-called hydraulic base, which in turn is received in a rotatable eccentric bushing.
  • the a control cam in the sense of the valve stroke movable counter-organ assigned to the linear cam.
  • the control curve can expediently move from one to the other Support curve essentially parallel locking section, an adjoining ramp section and one have adjoining lifting section.
  • the rest section is assigned an operating mode with zero stroke.
  • the lifting section accomplishes the stroke of the associated globe valve.
  • the the ramp section provided between them results in a slow Opening and closing movement of the globe valve, so that shocks and Noise and a possible rebound of the lift valve reliably remain under.
  • the stationary counterpart in the sense of the valve lift is expedient a support curve opposite the control curve Assigned linear cam, which is appropriately designed such that it alone does not cause a valve lift and that when the valve is closed
  • Lift valve existing play between the linear cam and the Counter organs in every position of the adjustable swivel bearing the pivot lever is substantially the same. This gives one gentle operation with the required accuracy.
  • Another appropriate measure can be that the Axis of the eccentric shaft in one plane with the axis as Actuator device provided camshaft is arranged.
  • the said plane can be formed as a part of the housing, which facilitates the storage of the eccentric shaft and the camshaft.
  • an adjustable swivel angle of the Swivel lever can be an actuator device with adjustable Stroke, e.g. a linear motor can be provided.
  • a camshaft will can advantageously be dispensed with.
  • the main field of application of the invention is as gasoline engines Trained piston engines, preferably in the form of automotive engines.
  • the basic structure and the mode of operation of such Motors are known per se and therefore need this No more detailed connection.
  • the motor on which FIG. 1 is based has several in series cylinders 1 arranged one behind the other, with inlet and outlet channels 2 are provided, each of which is opened and closed by a globe valve 3 are taxable.
  • the lift valve 3 has one with a valve seat 4 interacting valve plate 5, from which a stem 6 protrudes, which is mounted in a housing-side bearing bush 7 and at the attacks a valve actuating device at the upper end.
  • the Camshaft 8 is appropriately placed so that its axis is coplanar to the axes of the associated valves 3.
  • the Valve actuator also includes a two-armed Swivel lever 10, the one on the camshaft 8 facing here upper end one with the associated cam 9 of Camshaft 8 cooperating feeler roller 11 carries and at the opposite, lower end here a linear cam 12 by means of a pivot bearing is pivotally articulated.
  • the swivel lever 10 is useful an auxiliary spring, not shown here assigned, which touch roller 11 in contact with the assigned Cam 9 of the camshaft 8 holds.
  • the linear cam articulated to the lower end of the pivot lever 10 12 engages with a wedge-like area between two counter organs in the form of a stationary bearing on all sides in the motor housing Roller 13 and one of these opposite, in the sense of the lifting movement of the valve 3 movable roller 14.
  • This is on a rocker arm 15 designed as a one-armed rocker arm rotatably mounted, which in turn at its end remote from the valve is pivotally mounted and with its opposite end region acts on the upper end of the valve stem 6.
  • the oscillating cam 9 of the rotating camshaft 8 causes a pivoting movement of the pivot lever 10, which in turn is a back and forth movement of the linear cam 12 causes.
  • the oscillating cam 9 of the rotating camshaft 8 causes a pivoting movement of the pivot lever 10, which in turn is a back and forth movement of the linear cam 12 causes.
  • There this with its upper flank on the stationary in the housing Roller 13 is supported, is effected between the rollers 13, 14 engaging, wedge-shaped section an evasive movement of on the tiltable rocker arm 15, lower roller 14 and thus a rocking movement of the rocker arm 15, which on the Valve 3 is transmitted and a corresponding valve lift causes.
  • the valve 3 counteracts the force a return spring 16, indicated only schematically, which when the linear cam 12 moves backwards, the valve 3 tracks and closes.
  • variable actuation of the valve 3 that is to say a variable one
  • the linear cam will enable stroke and variable opening times 12 adjusted so that it moves back and forth at a constant stroke going movement with its wedge-shaped area more or less far between the rollers acting as counter organs 13 and 14 is retracted.
  • the Axis of the pivot lever 10 in the radial direction parallel to itself itself shifted, as indicated in Figure 1 at a.
  • the axis of the pivot lever 10 can engage the Linear cam 12 between the associated counter organs too by changing the pivoting angle of the pivoting lever 10 to be changed.
  • a reversing motion executing linear motor for example inform of a hydraulic or pneumatic cylinder or of an electric solenoid etc., the stroke of which is provided, e.g. is changeable depending on the desired filling.
  • camshaft 8 i.e. the axis of the Camshaft 8, similar to the axis of the pivot lever 10 in radial direction to move parallel to itself.
  • the pivot lever 10 is on one Camshaft 8 parallel eccentric shaft 17 mounted to accomplish the desired displacement of the pivot bearing axis of the pivot lever 10 is rotatable.
  • the eccentric shaft 17 goes as can best be seen from FIG. 2, expediently via the Length of the assigned motor and takes all the Lift valves 3 assigned to the cylinders 1 arranged one behind the other Swing lever 10 on.
  • the eccentric shaft 17 is a function of the position Filling control element, for example the accelerator pedal Motor vehicle rotatable.
  • the eccentric shaft 17 provided with a swivel arm 18 on which a by means of the accelerator pedal actuates linkage 19.
  • the eccentric shaft 17 Servo drive in the form of an influence that can be influenced by means of the accelerator pedal etc. Assign control motor.
  • the eccentric shaft 17 and the camshaft 8 are, like the figures 1 and 2 can be seen further, arranged coplanar.
  • the engine case is, as can best be seen from FIG. 1, along this Level divided.
  • the parting line 20 thus formed facilitates the housing side Bearing of the camshaft 8 and the eccentric shaft 17.
  • the one facing the universally stationary, merely rotatable roller 13, upper edge of the linear cam 12 is as a support curve 21 trained in cooperation with the associated role 13th has not yet caused a valve lift.
  • a support curve 21 trained in cooperation with the associated role 13th has not yet caused a valve lift.
  • the Support curve 21 has an upwardly concave contour.
  • the control curve 22 has a downwardly concave contour, being in the front, that is from the linkage to the Swing lever 10 distant area an approximately parallel course of Support curve 21 and control curve 22 can be provided.
  • the control curve 22 contains, as can best be seen from FIG. 3 is three adjoining areas, namely a front, that is, detent section 23 removed from the bearing, one adjoining ramp section 24 and one to this subsequent lifting section 25 facing the bearing
  • latching section 23 has one for the front Area of the opposite support curve 21 approximately parallel or, in contrast, only a slightly divergent course.
  • the support curve 21 opposite the control curve 22 is so trained that, as mentioned above, they alone had no hub of the valve. This simplifies the configuration of the control curve 22.
  • the support curve 21 is expediently designed such that the existing game between the Linear cam 12 and the counter organs assigned to it Rollers 13, 14 in each position of the adjustable Pivot bearing of the pivot lever 10 remains essentially the same.
  • the eccentric shaft 17 rotates in this way, that is, the pivot axis of the pivot lever 10 is moved so that the linear cam 12 with rotating camshaft 8 only with the locking section 23 of the Control curve 22 and the opposite portion of the camber curve 21 gets between the rollers 13, 14, as above has already been mentioned, the valve 3 is not open, that is, it is a zero stroke before. The further the linear cam 12 between the Rollers 13, 14 engages, the more valve 3 is opened.
  • the eccentric shaft 17 that is, by radial Displacement of the pivot axis of the pivot lever 10 can therefore the valve lift and valve opening times can be varied. The same naturally applies to a change in the stroke of the Actuator.
  • the rocker arm 15 consists, as can be seen from FIG. 2, of two parallel side legs 15a, b, as shown in Figure 1, through a rear and front yoke are connected. Between the side legs 15a, b of the linear cam 12 and that as this assigned counter organs acting roles 13, 14 engage what results in a very compact arrangement.
  • the front yoke is like FIG. 1 shows, as an adjoining the upper end of the valve stem 6, convex web 26 formed.
  • the rear yoke is like Figure 1 further shows, formed as a bearing pan 27 with which the rocker arm 15 on the bearing head of a bearing base accommodated in the housing 28 is stored.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils mit einem im Antriebszug zwischen einer oszillierenden Aktuatoreinrichtung (8, 9) und dem Hubventil (3) angeordneten, hin- und herbewegbaren Linearnocken (12) der einerseits mit einem im Sinne des Ventilhubs stationären Gegenorgan (13) und andererseits mit einem im Sinne des Ventilhubs beweglichen, antriebsmäßig mit dem Hubventil (3) verbundenen Gegenorgan (14) zusammenwirkt und mit wenigstens einer eine Hubbewegung des im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgans (14) bewerkstelligenden Steuerkurve (22) versehen ist, wobei die Hubbewegung des Gegenorgans (14) durch eine im Sinne der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens (12) erfolgende Relativbewegung zwischen dem Linearnocken (12) und wenigstens einem einer Steuerkurve (22) des Linearnockens (12) zugeordneten Gegenorgan (14) variierbar ist, lassen sich dadurch ein breites Einsatzfeld und eine hohe Zuverlässigkeit erreichen, dass der Linearnocken (12) schwenkbar an einen seinerseits durch die Aktuatoreinrichtung (8, 9) schwenkbaren Schwenkhebel (10) angelenkt ist, dessen Schwenklager quer zu seiner Achse und/oder dessen Schwenkwinkel verstellbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils, insbesondere eines Ein- und/oder Auslassventils einer Brennkraftmaschine, mit einem im Antriebszug zwischen einer oszillierenden Aktuatoreinrichtung und dem Hubventil angeordneten, hin- und herbewegbaren Linearnocken, der einerseits mit einem im Sinne des Ventilhubs stationären Gegenorgan und andererseits mit einem im Sinne des Ventilhubs beweglichen, antriebsmäßig mit dem Hubventil verbundenen Gegenorgan zusammenwirkt und mit wenigstens einer eine Hubbewegung des im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgans bewerkstelligenden Steuerkurve versehen ist, wobei die Hubbewegung durch eine im Sinne der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens erfolgende Relativbewegung zwischen dem Linearnocken und wenigstens einem einer Steuerkurve zugeordneten Gegenorgan variierbar ist.
Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE 43 13 656 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Linearnocken als Gleitschuh ausgebildet, der mit einer Gleitfläche auf einem auf das Hubventil einwirkenden Betätigungsorgan aufliegt und eine mit einer zugeordneten Nocke einer Nockenwelle zusammenwirkende Anlauffläche sowie eine dieser gegenüberliegende Steuerkurve aufweist, die mit einer Tastrolle zusammenwirkt, die in der Höhe fest und in Richtung der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens verstellbar angeordnet ist. Eine exakte Führung des Linearnockens ist hier nur gewährleistet, solange dieser mit jeder seiner drei Flanken in Berührung am jeweils zugeordneten Gegenelement ist. Ansonsten würde es zu einem Flattern des Linearnockens und damit zu einer hohen Geräuschentwicklung und Störungsgefahr kommen. Bei der bekannten Anordnung kann daher auch bei geschlossenem Hubventil kein Spiel zwischen dem Linearnocken und den zugeordneten Gegenorganen zugelassen werden, was insbesondere zur Bewerkstelligung eines sogenannten Null-Hubs hohe Anforderungen an die Bauteilgenauigkeit stellt und daher hohe Gestehungskosten verursacht.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, dass der Linearnocken die Hubbewegung des Hubventils mitmacht und daher eine vergleichsweise große oszillierende Masse bildet, was insbesondere bei hohen Drehzahlen zu vergleichsweise hohen Massenkräften führen kann, die eine schwere Bauweise erfordern bzw. zu Drehzahlbeschränkungen führen können. Die bekannte Anordnung erweist sich daher auch als nicht drehzahlfest genug. Hinzu kommt, dass im Bereich der Gleitflächen des als Gleitschuh ausgebildeten Linearnockens ein hoher Verschleiß zu befürchten ist, da infolge der Richtungsumkehr der hin- und hergehenden Bewegung der Aufbau eines Schmierfilms insbesondere bei hohen Drehzahlen stark beeinträchtigt ist.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorteile der gattungsgemäßen Anordnung eine derartige Anordnung zu schaffen, die nicht nur eine hohe Drehzahlfestigkeit aufweist, sondern auch eine Betriebsweise von beliebigem Hub bis Null-Hub und umgekehrt ermöglicht und dabei eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lineamocken schwenkbar an einen seinerseits durch die Aktuatoreinrichtung schwenkbaren Schwenkhebel angelenkt ist, dessen Schwenklager quer zu seiner Achse und/oder dessen Schwenkwinkel verstellbar ist.
Der Linearnocken ist hier infolge seiner Anlenkung an den Schwenkhebel in jedem Fall zuverlässig geführt und gesichert, so dass bei geschlossenem Ventil auch Spiel gegenüber dem stationären bzw. beweglichen Gegenorgan zugelassen werden kann, was die Bewerkstelligung einer Betriebsweise von Null-Hub bis Maximalhub und umgekehrt vereinfacht und auch bei hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. Die Verstellbarkeit der Schwenkachse und/oder des Schwenkwinkels des Schwenkhebels und damit des Linearnockens ermöglicht in vorteilhafter Weise eine im Sinne der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens stationäre Anordnung beider Gegenorgane, was eine einfache und kompakte Bauweise ergibt und eine schonende Betriebsweise gewährleistet. Bei verstellbarem Schwenkwinkel des Schwenkhebels kann dessen Schwenkachse stationär angeordnet sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann der Schwenkhebel vorteilhaft auf einer drehbaren Exzenterwelle gelagert sein, die zur radialen Verstellung des Schwenklagers verdrehbar ist. Eine Drehbewegung der Exzenterwelle lässt sich in vorteilhafter Weise vergleichsweise einfach und genau bewerkstelligen. Gleichzeitig ergibt sich eine hohe Robustheit.
Zweckmäßig kann die Exzenterwelle bei einem Motor über die Motorlänge durchgehen und die den Hubventilen der in Motorlängsrichtung hintereinander angeordneten Zylinder zugeordneten Schwenkhebel aufnehmen. Dies ergibt eine besonders einfache und kompakte Bauweise, wobei man mit einer Exzenterwelle und einer dieser zugeordneten Betätigungseinrichtung auskommt.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass das im Sinne des Ventilhubs bewegliche Gegenorgan auf einem mit dem Hubventil zusammenwirkenden, schwenkbar gelagerten Schlepphebel aufgenommen ist. Dies ergibt eine zuverlässige Bewegungsübertragung auf das Hubventil mit bewährten Mitteln. Gleichzeitig ermöglichen diese Maßnahmen einen einfachen Ventilspiel- und Toleranzausgleich. Hierzu kann der Schlepphebel in bewährter Wiese auf einem sogenannten Hydrosockel schwenkbar gelagert sein, der seinerseits in einer drehbaren Exzenterbuchse aufgenommen ist.
In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann dem im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgan eine Steuerkurve des Linearnockens zugeordnet sein. Dies ergibt eine sinnfällige Bauweise. Zweckmäßig kann die Steuerkurve einen zu einer gegenüberliegenden Stützkurve im wesentlichen parallel verlaufenden Rastabschnitt, einen hieran anschließenden Rampenabschnitt und einen hieran anschließenden Hubabschnitt aufweisen. Der Rastabschnitt ist dabei einer Betriebsweise mit Null-Hub zugeordnet. Der Hubabschnitt bewerkstelligt den Hub des zugeordneten Hubventils. Der dazwischen vorgesehene Rampenabschnitt ergibt eine langsame Öffnungs- und Schließbewegung des Hubventils, so dass Stöße und Geräusche und ein eventuelles Zurückprallen des Hubventils zuverlässig unterbleiben.
Dem im Sinne des Ventilhubs stationären Gegenorgan ist zweckmäßig eine der Steuerkurve gegenüberliegende Stützkurve des Linearnockens zugeordnet, die zweckmäßig so ausgebildet ist, dass sie allein keinen Ventilhub bewirkt und dass das bei geschlossenem Hubventil vorhandene Spiel zwischen dem Linearnocken und den Gegenorganen bei jeder Position des verstellbaren Schwenklagers des Schwenkhebels im wesentlichen gleich ist. Dies ergibt eine schonende Betriebsweise mit der erforderlichen Genauigkeit.
Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, dass die Achse der Exzenterwelle in einer Ebene mit der Achse einer als Aktuatoreinrichtung vorgesehenen Nockenwelle angeordnet ist. Die genannte Ebene kann als Teilfuge des Gehäuses ausgebildet sein, was die Lagerung der Exzenterwelle und der Nockenwelle erleichtert.
Zur Bewerkstelligung eines verstellbaren Schwenkwinkels des Schwenkhebels kann eine Aktuatoreinrichtung mit verstellbarem Hub, z.B. ein Linearmotor, vorgesehen sein. Eine Nockenwelle wird dabei in vorteilhafter Weise entbehrlich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine Teilansicht des Zylinderkopfes eines Hubkolbenmotors,
Figur 2
eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 1 in Richtung des Pfeils II in Figur 1 und
Figur 3
eine vergrößerte Darstellung des Linearnockens der Anordnung gemäß Figur 1.
Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind als Ottomotoren ausgebildete Hubkolbenmotoren, vorzugsweise in Form von Kfz-Motoren. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.
Der der Figur 1 zugrundeliegende Motor besitzt mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete Zylinder 1, die mit Ein- und Auslasskanälen 2 versehen sind, die jeweils durch ein Hubventil 3 auf- und absteuerbar sind. Das Hubventil 3 besitzt einen mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkenden Ventilteller 5, von dem ein Schaft 6 absteht, der in einer gehäuseseitigen Lagerbuchse 7 gelagert ist und an dessen oberem Ende eine Ventilbetätigungseinrichtung angreift.
Diese enthält hier eine als Aktuatoreinrichtung fungierende, in bekannter Weise antreibbare Nockenwelle 8, die mit den zu betätigenden Ventilen 3 zugeordneten Nocken 9 versehen ist. Die Nockenwelle 8 ist zweckmäßig so plaziert, dass ihre Achse koplanar zu den Achsen der zugeordneten Ventile 3 ist. Die Ventilbetätigungseinrichtung enthält ferner einen zweiarmigen Schwenkhebel 10, der an seinem der Nockenwelle 8 zugewandten, hier oberen Ende eine mit dem zugeordneten Nocken 9 der Nockenwelle 8 zusammenwirkende Tastrolle 11 trägt und an dessen gegenüberliegendes, hier unteres Ende eine Linearnocke 12 mittels eines Schwenklagers schwenkbar angelenkt ist. Dem Schwenkhebel 10 ist zweckmäßig eine hier nicht näher dargestellte Hilfsfeder zugeordnet, welche die Tastrolle 11 in Anlage an der zugeordneten Nocke 9 der Nockenwelle 8 hält.
Die an das untere Ende des Schwenkhebels 10 angelenkte Linearnocke 12 greift mit einem keilartigen Bereich zwischen zwei Gegenorgane in Form einer im Motorgehäuse allseitig ortsfest gelagerten Rolle 13 und einer dieser gegenüberliegenden, im Sinne der Hubbewegung des Ventils 3 beweglichen Rolle 14 ein. Diese ist auf einem als einarmiger Kipphebel ausgebildeten Schlepphebel 15 drehbar gelagert, der seinerseits an seinem ventilfernen Ende schwenkbar gelagert ist und mit seinem gegenüberliegenden Endbereich auf das obere Ende des Ventilschafts 6 einwirkt.
Der oszillierende Nocken 9 der rotierenden Nockenwelle 8 bewirkt eine Schwenkbewegung des Schwenkhebels 10, der seinerseits eine hin- und hergehende Bewegung des Linearnockens 12 bewirkt. Da dieser mit seiner oberen Flanke an der ortsfest im Gehäuse gelagerten Rolle 13 abgestützt ist, bewirkt sein zwischen die Rollen 13, 14 eingreifender, keilförmiger Abschnitt eine Ausweichbewegung der auf dem kippbaren Schlepphebel 15 gelagerten, unteren Rolle 14 und damit eine Kippbewegung des Schlepphebels 15, die auf das Ventil 3 übertragen wird und einen entsprechenden Ventilhub bewirkt. Im Verlauf der hier nach links gerichteten Vorwärtsbewegung des Linearnockens 12 wird das Ventil 3 entgegen der Kraft einer nur schematisch angedeuteten Rückstellfeder 16 geöffnet, die bei der Rückwärtsbewegung des Linearnockens 12 das Ventil 3 nachführt und schließt.
Um eine variable Betätigung des Ventils 3, das heißt einen variablen Hub und variable Öffnungszeiten, zu ermöglichen, wird der Linearnocken 12 so verstellt, dass er bei der mit konstantem Hub hin- und hergehenden Bewegung mit seinem keilförmigen Bereich mehr oder weniger weit zwischen die als Gegenorgane fungierenden Rollen 13 und 14 eingefahren wird. Hierzu wird im dargestellten Beispiel die Achse des Schwenkhebels 10 in radialer Richtung parallel zu sich selbst verschoben, wie in Figur 1 bei a angedeutet ist.
Zusätzlich oder vorzugsweise alternativ zur radialen Verstellbarkeit der Achse des Schwenkhebels 10 kann der Eingriff des Linearnockens 12 zwischen die zugeordneten Gegenorgane auch durch eine Veränderung des Schwenkwinkels des Schwenkhebels 10 verändert werden. Hierzu kann als Aktuatoreinrichtung ein eine reversierende Bewegung ausführender Linearmotor, beispielsweise inform eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders oder eines elektrischen Hubmagneten etc., vorgesehen sein, dessen Hub, z.B. in Abhängigkeit von der gewünschten Füllung veränderbar ist.
Es wäre aber auch denkbar, die Nockenwelle 8, d.h. die Achse der Nockenwelle 8, ähnlich wie die Achse des Schwenkhebels 10 in radialer Richtung parallel zu sich selbst zu verschieben.
Im dargestellten Beispiel ist der Schwenkhebel 10 auf einer zur Nockenwelle 8 parallelen Exzenterwelle 17 gelagert, die zur Bewerkstelligung der gewünschten Verschiebung der Schwenklagerachse des Schwenkhebels 10 verdrehbar ist. Die Exzenterwelle 17 geht, wie am besten aus Figur 2 entnehmbar ist, zweckmäßig über die Länge des zugeordneten Motors durch und nimmt alle den Hubventilen 3 der hintereinander angeordneten Zylinder 1 zugeordneten Schwenkhebel 10 auf.
Die Exzenterwelle 17 ist in Abhängigkeit von der Stellung eines Füllungssteuerungsorgans, beispielsweise des Gaspedals eines Kraftfahrzeugs verdrehbar. Im dargestellten Beispiel ist die Exzenterwelle 17 hierzu mit einem Schwenkarm 18 versehen, an dem ein mittels des Gaspedals betätigbares Gestänge 19 angreift. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, der Exzenterwelle 17 einen Servoantrieb in Form eines mittels des Gaspedals etc. beeinflussbaren Steuermotors zuzuordnen.
Die Exzenterwelle 17 und die Nockenwelle 8 sind, wie die Figuren 1 und 2 weiter erkennen lassen, koplanar angeordnet. Das Motorgehäuse ist, wie am besten aus Figur 1 erkennbar ist, entlang dieser Ebene geteilt. Die so gebildete Teilfuge 20 erleichtert die gehäuseseitige Lagerung der Nockenwelle 8 und der Exzenterwelle 17.
Die der allseits stationären, lediglich drehbaren Rolle 13 zugewandte, obere Flanke des Linearnockens 12 ist als Stützkurve 21 ausgebildet, die im Zusammenwirken mit der zugeordneten Rolle 13 noch keinen Ventilhub bewirkt. Hierfür ist die der im Sinne des Ventilhubs beweglichen Rolle 14 zugewandte, als Steuerkurve 22 ausgebildete untere Flanke des Linearnockens 12 zuständig. Die Stützkurve 21 besitzt eine nach oben konkav gekrümmte Kontur. Die Steuerkurve 22 besitzt eine nach unten konkav gekrümmte Kontur, wobei im vorderen, das heißt von der Anlenkung an den Schwenkhebel 10 entfernten Bereich ein etwa paralleler Verlauf von Stützkurve 21 und Steuerkurve 22 vorgesehen sein kann.
Die Steuerkurve 22 enthält, wie am besten aus Figur 3 entnehmbar ist, drei aneinander anschließende Bereiche, nämlich einen vorderen, das heißt von der Lagerung entfernten Rastabschnitt 23, einen hieran anschließenden Rampenabschnitt 24 und einen an diesen anschließenden, der Lagerung zugewandten Hubabschnitt 25. Der Rastabschnitt 23 besitzt, wie schon erwähnt, einen zum vorderen Bereich der gegenüberliegenden Stützkurve 21 in etwa parallelen oder hiergegen nur leicht divergierenden Verlauf.
Solange der Linearnocken 12 mit dem Rastabschnitt 23 an der Rolle 14 und mit dem gegenüberliegenden Bereich der Stützkurve 21 an der Rolle 13 anliegt, passiert nichts, das heißt das Ventil 3 ist geschlossen und bleibt geschlossen. Der zwischen Rastabschnitt 23 und Hubabschnitt 25 vorgesehene Rampenabschnitt 24 verläuft gegenüber dem Rastabschnitt 23 leicht ansteigend, das heißt gegenüber der Stützkurve 21 divergierend. Hierdurch wird eine sanfte Öffnungs- und Schließbewegung des Ventils 3 bewirkt. Schläge bzw. ein Zurückprallen des Ventils 3 lassen sich dadurch vermeiden. Der Hubabschnitt 25 verläuft stärker ansteigend, das heißt gegenüber der Stützkurve 21 stärker divergierend und führt zu einem seiner Erhöhung gegenüber dem Rastabschnitt jeweils entsprechenden Hub des Ventils 3.
Die der Steuerkurve 22 gegenüberliegende Stützkurve 21 ist so ausgebildet, dass sie, wie oben schon erwähnt, allein keinen Hub des Ventils bewirkt. Dies erleichtert die Konfiguration der Steuerkurve 22. Zweckmäßig ist die Stützkurve 21 so ausgebildet, dass das bei geschlossenem Hubventil vorhandene Spiel zwischen dem Linearnocken 12 und den als diesem zugeordnete Gegenorgane fungierenden Rollen 13, 14 bei jeder Position des verstellbaren Schwenklagers des Schwenkhebels 10 im Wesentlichen gleich bleibt.
Wenn die Exzenterwelle 17 so verdreht, das heißt die Schwenkachse des Schwenkhebels 10 so verschoben wird, dass der Linearnocken 12 bei rotierender Nockenwelle 8 nur mit dem Rastabschnitt 23 der Steuerkurve 22 und dem gegenüberliegenden Abschnitt der Stürzkurve 21 zwischen die Rollen 13, 14 gelangt, wird, wie weiter oben schon erwähnt wurde, das Ventil 3 nicht geöffnet, das heißt es liegt ein Null-Hub vor. Je weiter der Linearnocken 12 zwischen die Rollen 13, 14 eingreift, um so mehr wird das Ventil 3 geöffnet. Durch Verdrehen der Exzenterwelle 17, das heißt durch radiale Verlagerung der Schwenkachse des Schwenkhebels 10 können daher der Ventilhub und die Ventilöffnungszeiten variiert werden. Dasselbe gilt natürlich für eine Veränderung des Hubs der Aktuatoreinrichtung.
Der Schlepphebel 15 besteht, wie aus Figur 2 erkennbar ist, aus zwei parallelen Seitenschenkeln 15a, b, die, wie Figur 1 zeigt, durch ein hinteres und vorderes Joch verbunden sind. Zwischen die Seitenschenkel 15a, b können der Linearnocken 12 und die als diesem zugeordnete Gegenorgane fungierenden Rollen 13, 14 eingreifen, was eine sehr kompakte Anordnung ergibt. Das vordere Joch ist, wie Figur 1 zeigt, als am oberen Ende des Ventilschafts 6 anliegender, balliger Steg 26 ausgebildet. Das hintere Joch ist, wie Figur 1 weiter zeigt, als Lagerpfanne 27 ausgebildet, mit welcher der Schlepphebel 15 auf dem Lagerkopf eines im Gehäuse aufgenommenen Lagersockels 28 gelagert ist.
Dieser ist zweckmäßig als sogenannter Hydro-Sockel ausgebildet, dessen Lagerkopf in axialer Richtung automatisch soweit verstellt wird, dass ein Ventilspielausgleich erreicht wird. Im dargestellten Beispiel ist der Lagersockel 28 in einer Exzenterbüchse 29 aufgenommen, die eine quer zur Sockelachse verlaufende Verstellung des Lackersockels 28 ermöglicht. Durch Drehen der Exzenterbuchse 29 ist es daher in vorteilhafter Weise möglich, Herstellungstoleranzen der Bauteile der gesamten Ventilbetätigungseinrichtung auszugleichen. Es können daher vorteilhaft vergleichsweise grobe Toleranzen zugelassen werden, was die Herstellung vereinfacht. Wie der Schlepphebel 15 so kann auch der Schwenkhebel 10, wie aus Figur 2 entnehmbar ist, zwei parallele Seitenschenkel 10a, b aufweisen, welche die Tastrolle 11 und den Linearnocken 12 zwischen sich aufnehmen.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils (3) insbesondere eines Ein- und/oder Auslassventils einer Brennkraftmaschine, mit einem im Antriebszug zwischen einer oszillierenden Aktuatoreinrichtung (8, 9) und dem Hubventil (3) angeordneten, hin- und herbewegbaren Linearnocken (12), der einerseits mit einem im Sinne des Ventilhubs stationären Gegenorgan (13) und andererseits mit einem im Sinne des Ventilhubs beweglichen, antriebsmäßig mit dem Hubventil (3) verbundenen Gegenorgan (14) zusammenwirkt und mit wenigstens einer eine Hubbewegung des im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgans (14) bewerkstelligenden Steuerkurve (22) versehen ist, wobei die Hubbewegung des Gegenorgans (14) durch eine im Sinne der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens (12) erfolgende Relativbewegung zwischen dem Linearnocken (12) und wenigstens einem einer Steuerkurve (22) des Linearnockens (12) zugeordneten Gegenorgan (14) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearnocken (12) schwenkbar an einen seinerseits durch die Aktuatoreinrichtung (8, 9) schwenkbaren Schwenkhebel (10) angelenkt ist, dessen Schwenklager quer zu seiner Achse verstellbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (10) auf einer drehbaren Exzenterwelle (17) gelagert ist, die zur Verschiebung des Schwenklagers des Schwenkhebels (10) vorzugsweise in Abhängigkeit von der Stellung eines Füllungssteuerungsorgans verdrehbar ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgan (14) eine Steuerkurve (22) des Linearnockens (12) zugeordnet ist und dass vorzugsweise dem im Sinne des Venitlhubs stationären Gegenorgan (13) eine der Steuerkurve (22) gegenüberliegende Stützkurve (21) des Linearnockens (12) zugeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Sinne des Ventilhubs bewegliche Gegenorgan (14) auf einem mit dem Hubventil (3) zusammenwirkenden, schwenkbar gelagerten Schlepphebel (15) aufgenommen ist und dass vorzugsweise das der Stützkurve (21) zugeordnete Gegenorgan (13) allseitig stationär angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkurve (21) so ausgebildet ist, dass sie keinen Ventilhub bewirkt und dass das bei geschlossenem Hubventil (3) vorhandene Spiel zwischen dem Linearnocken (12) und den Gegenorganen (13, 14) bei jeder Position des verstellbaren Schwenklagers des Schwenkhebels (10) im wesentlichen gleich ist und dass vorzugsweise die Steuerkurve (22) einen zur Stürzkurve (21) im wesentlichen parallel verlaufenden Rastabschnitt (23), einen hieran anschließenden Rampenabschnitt (24) und einen hieran anschließenden Hubabschnitt (25) aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlepphebel (15) durch Joche verbundene Seitenschenkel (15a, 15b) aufweist, zwischen welche der Linearnocken (12) und die diesem zugeordneten, vorzugsweise als drehbar gelagerte Rollen ausgebildete Gegenorgane (13, 14) eingreifen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlepphebel (15) auf einem Lagersockel (28) schwenkbar gelagert ist, der zumindest in Richtung seiner Achse verstellbar und vorzugsweise in einer drehbaren Exzenterbuchse (29) aufgenommen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (17) bei einem Motor über die Motorlänge durchgeht und die den zu betätigenden Hubventilen (3) der in Motorlängsrichtung hintereinander angeordneten Zylinder (1) zugeordneten Schwenkhebel (10) aufnimmt und dass vorzugsweise die Achse der Exzenterwelle (17) in einer Ebene mit der Achse einer die Aktuatoreinrichtung bildenden, über die Motorlänge durchgehenden, mit den zu betätigenden Hubventilen (3) zugeordneten Nocken (9) versehenen Nockenwelle (8) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Schwenkhebel (10) eine am jeweils zugeordneten Nocken (9) der Nockenwelle (8) anliegende Tastrolle (11) aufweist.
  9. Vorrichtung zur variablen Betätigung eines Hubventils (3) insbesondere eines Ein- und/oder Auslassventils einer Brennkraftmaschine, mit einem im Antriebszug zwischen einer oszillierenden Aktuatoreinrichtung (8, 9) und dem Hubventil (3) angeordneten, hin- und herbewegbaren Linearnocken (12), der einerseits mit einem im Sinne des Ventilhubs stationären Gegenorgan (13) und andererseits mit einem im Sinne des Ventilhubs beweglichen, antriebsmäßig mit dem Hubventil (3) verbundenen Gegenorgan (14) zusammenwirkt und mit wenigstens einer eine Hubbewegung des im Sinne des Ventilhubs beweglichen Gegenorgans (14) bewerkstelligenden Steuerkurve (22) versehen ist, wobei die Hubbewegung des Gegenorgans (14) durch eine im Sinne der hin- und hergehenden Bewegung des Linearnockens (12) erfolgende Relativbewegung zwischen dem Linearnocken (12) und wenigstens einem einer Steuerkurve (22) des Linearnockens (12) zugeordneten Gegenorgan (14) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearnocken (12) schwenkbar an einen seinerseits durch die Aktuatoreinrichtung (8, 9) schwenkbaren Schwenkhebel (10) angelenkt ist, dessen Schwenkwinkel verstellbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (8,9) so ausgebildet ist, dass ihr Hub veränderbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch die Merkmale wenigstens eines der vorhergehenden Ansprüche 3, 4, 5, 6, 7.
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