EP1387928B1 - Ventiltrieb-vorrichtung zur variablen hubverstellung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltrieb-vorrichtung zur variablen hubverstellung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1387928B1
EP1387928B1 EP02750861A EP02750861A EP1387928B1 EP 1387928 B1 EP1387928 B1 EP 1387928B1 EP 02750861 A EP02750861 A EP 02750861A EP 02750861 A EP02750861 A EP 02750861A EP 1387928 B1 EP1387928 B1 EP 1387928B1
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valve
roller
stroke
rocking lever
track
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Rudolf Flierl
Michael Allgeier
Harald Dr. Unger
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • 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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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L2013/0068—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 with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type
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    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/13—Throttleless

Definitions

  • the invention relates to a valve train device for variable stroke adjustment of a gas exchange valve of an internal combustion engine, in which the gas exchange valve with the interposition of a transmission element with a rotatable about a rotation axis roller is in operative connection with a Leerhubkurve and a lift curve comprehensive control path in an end region for a lifting operation the gas exchange valve of a cam of a camshaft controlled pivot lever, wherein the spring-loaded via a cam track associated with the cam pivot lever is supported on the other hand for variable stroke adjustment via a controlled by means of an adjustment position adjustable and fixable swing fulcrum along a circular path.
  • Such a valve train device is known from DE 197 08 484 A1, wherein the pivot lever in its ponderebahnfemen end portion has a circular arc-shaped toothing for engagement in a toothing of a control shaft which serves as adjusting means for changing the specific stroke of the gas exchange valve associated pivot position.
  • the swinging fulcrum of the pivoting lever results here in the contact point of the pitch circles.
  • the action of the cam of an adjacent camshaft on the pivot lever causes it to be in the toothing the stationary control shaft rolls and in addition to a pivoting movement or a rotational movement with respect to the role of the transmission element and a translational component of motion occurs with the fact of a relation to the intended stroke changed stroke of the gas exchange valve.
  • valve train device is also known from DE 42 23 172 C1, wherein the purpose of achieving a variable stroke - zero stroke to full stroke - pivoted by the cam of a camshaft pivot lever in its free end of the lever adjacent the line contact with one of Hub adjustment serving cam is guided over a slot on a fixed housing bolt. Also in this guide, the pivot lever is subject to a lifting operation of the gas exchange valve in its oscillating fulcrum of a rotary and a translational motion component, the translational component of movement corresponds to the function of a cam or a ramp, but otherwise precludes an increase in the dynamics of the valve train.
  • the invention is based on the object kinematically develop a pivot lever for the generic valve train device such that this allows for a pure rotational movement or pivotal movement increased valve train dynamics.
  • the advantage is achieved that the oscillating pivot point of the pivot lever forms an invariable instantaneous pole during the lifting operation for a set valve stroke and thus a translational movement component is advantageously avoided.
  • the Control time are shortened at stroke change of the gas exchange valve to a much greater extent, with delayed opening and closing sections omitted in partial strokes substantially.
  • the invention provides a valve drive device of high rigidity, which is further advantageous for increased valve acceleration.
  • the valve train device according to the invention allows an actual zero stroke and at the Volliast by a maximum opening gas exchange valve an increased torque associated with a high speed resistance.
  • the pivot lever is supported at its end remote from the control rod via a rotatable about an axis roller against the housing side circular path or backdrop and by means of the adjustment in each case fixed such that controlled along an equidistant to the circular path displaceable axis the role of the respective variable stroke adjustment serving swing pivot point of the pivot lever forms.
  • a valve drive results with the instantaneous pole or oscillating pivot point displaced according to the invention into the axis of the circular path roller of the pivot lever Device of reduced wear at much lower friction and high functional accuracy, further wherein the energy for the adjustment is reduced in an advantageous manner.
  • a roller cam follower supported on the housing side via a hydraulic valve play compensation device is provided as the transfer element, the ramp provided for replacing the lost translational movement component being designed for a substantially constant stroke speed with a maximum stroke exceeding the maximum valve clearance.
  • a valve train device 1 is used for variable stroke adjustment of a gas exchange valve 2 of an internal combustion engine, not shown, wherein the gas exchange valve 2 is one of a plurality of identical intake valves of a cylinder of the internal combustion engine, not shown.
  • the gas exchange valve 2 with the interposition of a transmission element 3 with a movable about a rotation axis 4 roller 5 in operative connection with a Leerhubkurve 6 'and a lift curve 6 "comprehensive control path 6, in an end region of a lifting operation of the gas exchange valve 2 of a cam 7 'of a camshaft 7 controlled pivot lever 8.
  • the pivotally 8 by means of a spring 10 via a roller 10 the cam 7' assigned pivoting lever 8 is the other for variable stroke adjustment of the gas exchange valve 2 via a controlled by means of an adjustment 11 positionally adjustable and fixable Vibration pivot point 12 supported along a circular path.
  • the spring-loaded pivot lever 8 is supported at its ponderebahnfemen end via a rotatable about an axis 16 roller 17 against the housing side circular path 14 or backdrop 15 and by means of a cam 18 of the adjusting device 11 under the action of the spring 9 each fixed such that along a Equidistant 19 to the circular path 14 or backdrop 15 controlled displaceable axis 16 of the backdrop-side roller 17 serving in the respective variable stroke adjustment swing pivot point 12 of the pivot lever 8 forms.
  • the oscillating pivot point 12 of the pivot lever 8 forms an unchangeable instantaneous pole for a set, reduced stroke or for each stroke during the respective lifting operation.
  • an actual zero stroke of the gas exchange valve 2 can be realized, further results in a greater shortening of the control time at a stroke change of the gas exchange valve 2, delayed opening and closing courses accounted for partial strokes or reduce considerably, so that a greater maximum valve acceleration is advantageously achieved.
  • Next also results in an improved and increased torque curve at the full load of the internal combustion engine.
  • the link or circular path roller 17 of the pivot lever 8 is needle-mounted or roller-mounted on a rotatably connected to the pivot lever 8 pin 21.
  • cam roller 10 of the pivot lever 8 is also needle bearing, the same applies to the roller 5 of the transmission element. 3
  • a transmission element 3 a housing-side supported via a hydraulic valve clearance compensation device 22 roller cam follower 23 is provided, the role of which 5 with a control track 6 of the Swing lever 8 cooperates, which has a substantially designed for a constant lifting speed ramp 20 with a maximum valve clearance exceeding maximum stroke.
  • a tappet with a roller is also conceivable, and also a rocker arm with mechanically adjusted valve clearance.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei der das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse drehbaren Rolle in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventiles von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels, wobei der federbelastet über eine Kurvenbahn dem Nocken zugeordnete Schwenkhebel andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt ist.
  • Eine derartige Ventiltrieb-Vorrichtung ist aus der DE 197 08 484 A1 bekannt, wobei der Schwenkhebel in seinem steuerbahnfemen Endbereich eine kreisbogenförmige Verzahnung aufweist zum Eingriff in eine Verzahnung einer Steuerwelle, die als Verstelleinrichtung zur Änderung der einem bestimmten Hub des Gaswechselventils zugeordneten Schwenklage dient. Der Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels ergibt sich hierbei im Berührungspunkt der Teilkreise.
  • Mit dieser Anordnung wird beim Einwirken des Nockens einer benachbarten Nockenwelle auf den Schwenkhebel bewirkt, dass dieser sich in der Verzahnung der stillstehenden Steuerwelle abwälzt und dabei neben einer Schwenkbewegung bzw. einer rotatorischen Bewegung in Bezug auf die Rolle des Übertragungselementes auch eine translatorische Bewegungskomponente auftritt mit dem Umstand eines gegenüber dem beabsichtigten Hub veränderten Hubes des Gaswechselventils.
  • Eine weitere, ähnliche Ventiltrieb-Vorrichtung ist ferner aus der DE 42 23 172 C1 bekannt, wobei der zur Erzielung eines variablen Hubes - Null-Hub bis Voll-Hub - vom Nocken einer Nockenwelle verschwenkte Schwenkhebel in seinem freien Hebelende benachbart der Linienberührung mit einer der Hubeinstellung dienenden Kurvenscheibe über ein Langloch an einem gehäusefesten Bolzen geführt ist. Auch bei dieser Führung unterliegt der Schwenkhebel bei einer Hubbetätigung des Gaswechselventils in seinem Schwingdrehpunkt einer rotatorischen sowie einer translatorischen Bewegungskomponente, wobei die translatorische Bewegungskomponente der Funktion eines Vomockens bzw. einer Rampe entspricht, ansonsten aber einer Steigerung der Dynamik des Ventiltriebes entgegensteht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße Ventiltrieb-Vorrichtung einen Schwenkhebel kinematisch derart weiterzubilden, dass dieser bei einer reinen rotatorischen Bewegung bzw. Schwenkbewegung eine gesteigerte Ventiltrieb-Dynamik ermöglicht.
  • Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass eine an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius "R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels dient, wobei die Steuerbahn des Schwenkhebels im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve und Hubkurve mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung abgestellten Rampe ausgebildet ist.
  • Mit der Erfindung ist der Vorteil erreicht, dass der Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels während der Hubbetätigung für einen eingestellten Ventil-Hub einen unveränderlichen Momentanpol bildet und somit eine translatorische Bewegungskomponente vorteilhafterweise vermieden ist. Auf dieser Basis der Erfindung kann die Steuerzeit bei Hubänderung des Gaswechselventils in wesentlich größerem Umfang verkürzt werden, wobei verschleppte Öffnungs- und Schließabschnitte bei Teilhüben im wesentlichen entfallen. Weiter ergibt die Erfindung eine Ventiltrieb-Vorrichtung von hoher Steifigkeit, die des Weiteren für eine erhöhte Ventilbeschleunigung vorteilhaft ist. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Ventiltrieb-Vorrichtung einen tatsächlichen Nullhub und an der Volliast durch ein maximal öffnendes Gaswechselventil ein gesteigertes Drehmoment verbunden mit einer hohen Drehzahlfestigkeit.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, dass der Schwenkhebel an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse drehbewegliche Rolle gegen die gehäuseseitige Kreisbahn bzw. Kulisse abgestützt und mittels der Verstelleinrichtung jeweils derart fixierbar ist, dass die längs einer Äquidistanten zur Kreisbahn gesteuert verlagerbare Achse der Rolle den der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels bildet.
  • In Verbindung mit einem weiteren Vorschlag, wonach die Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels auf einem mit dem Schwenkhebel drehfest verbundenen Zapfen nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist, ergibt sich mit dem erfindungsgemäß in die Achse der Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels verlagerten Momentanpol bzw. Schwingdrehpunkt eine Ventiltrieb-Vorrichtung von verringerten Verschleiß bei wesentlich geringerer Reibung und hoher Funktionsgenauigkeit, wobei ferner die Energie für die Verstelleinrichtung in vorteilhafter Weise reduziert ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist als Übertragungselement ein über eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel vorgesehen, wobei die zum Ersatz der entfallenen translatorischen Bewegungskomponente vorgesehene Rampe auf eine im wesentliche konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegt ist mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub.
  • Weitere Möglichkeiten zur Gestaltung des Übertragungselementes sind die Ausbildung als ein Tassenstößel mit einer Rolle oder die Ausbildung als ein Schwinghebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels beschrieben.
  • Eine Ventiltrieb-Vorrichtung 1 gemäß der einzigen Figur dient zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, wobei das Gaswechselventil 2 eines von mehreren, gleichartigen Einlassventilen eines Zylinders der nicht gezeigten Brennkraftmaschine ist. Bei der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 steht das Gaswechselventil 2 unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes 3 mit einer um eine Drehachse 4 beweglichen Rolle 5 in Wirkverbindung mit einer eine Leerhubkurve 6' und eine Hubkurve 6" umfassenden Steuerbahn 6, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils 2 von einem Nocken 7' einer Nockenwelle 7 gesteuerten Schwenkhebels 8 angeordnet ist. Der mittels einer Feder 9 über eine Rolle 10 dem Nocken 7' spielfrei zugeordnete Schwenkhebel 8 ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils 2 über einen mittels einer Verstelleinrichtung 11 gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt 12 längs einer Kreisbahn abgestützt.
  • Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels 8 um seinen Schwingdrehpunkt 12 bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils 2 ist erfindungsgemäß eine an einem Gehäuseteil 13 der nicht gezeigten Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn 14 als Kulisse 15 mit einem Radius "R" um die Drehachse 4 der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 zur gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels 8 vorgesehen. Vorzugsweise ist der federbelastete Schwenkhebel 8 an seinem steuerbahnfemen Ende über eine um eine Achse 16 drehbewegliche Rolle 17 gegen die gehäuseseitige Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 abgestützt und mittels einer Kurvenscheibe 18 der Verstelleinrichtung 11 unter Einwirkung der Feder 9 jeweils derart fixierbar, dass die längs einer Äquidistanten 19 zur Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 gesteuert verlagerbare Achse 16 der kulissenseitigen Rolle 17 den in der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 bildet.
  • Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 für einen eingestellten, reduzierten Hub bzw. für jeden Hub während der jeweiligen Hubbetätigung einen unveränderbaren Momentanpol bildet.
  • Mit dem erfindungsgemäß unveränderbaren Momentanpol bzw. Schwingdrehpunkt 12 entfallen die in der Beschreibungseinleitung erwähnten translatorischen Bewegungskomponenten des Schwinghebels 8. Um hierbei einen aus einem Ventilspiel der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 herrührenden Stoß beim Übergang der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 von der Leerhubkurve 6' zur Hubkurve 6" der Steuerbahn 6 während eines Hubes sicher zu vermeiden, ist die Steuerbahn 6 des Schwenkhebels 8 erfindungsgemäß im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve 6' und Hubkurve 6" mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 abgestellten Rampe 20 ausgebildet.
  • Mit dieser erfindungsgemäß kinematisch durchgebildeten Ventiltrieb-Vorrichtung 1 kann ein tatsächlicher Nullhub des Gaswechselventils 2 verwirklicht werden, weiter ergibt sich eine stärkere Verkürzung der Steuerzeit bei einer Hubänderung des Gaswechselventils 2, verschleppte Öffnungs- und Schließverläufe bei Teilhüben entfallen bzw. reduzieren sich erheblich, so dass eine größere maximale Ventilbeschleunigung vorteilhaft erzielbar ist. Weiter ergibt sich auch ein verbesserter sowie erhöhter Drehmomentverlauf an der Volllast der Brennkraftmaschine.
  • Zur Reduzierung des Verschleißes in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 ist weiter vorgesehen, dass die Kulissen- bzw. Kreisbahn-Rolle 17 des Schwenkhebels 8 auf einem mit dem Schwenkhebel 8 drehfest verbundenen Zapfen 21 nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist.
  • Wie aus der einzigen Figur ersichtlich, ist ferner die Nocken-Rolle 10 des Schwenkhebels 8 ebenfalls nadelgelagert, gleiches gilt für die Rolle 5 des Übertragungselementes 3.
  • Wie aus der einzigen Figur weiter ersichtlich, ist als Übertragungselement 3 ein über eine hydraulische Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung 22 gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel 23 vorgesehen, dessen Rolle 5 mit einer Steuerbahn 6 des Schwenkhebels 8 zusammenwirkt, die eine im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe 20 mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
  • Als Übertragungselement 3 ist auch ein Tassenstößel mit einer Rolle denkbar, ferner auch ein Schwinghebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel.

Claims (6)

  1. Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,
    - bei der das Gaswechselventil (2) unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes (3) mit einer um eine Drehachse (4) beweglichen Rolle (5) in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve (6') und eine Hubkurve (6") umfassenden Steuerbahn (6) in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils (2) von einem Nocken (7') einer Nockenwelle (7) gesteuerten Schwenkhebels (8), wobei
    - der federbelastet über eine Kurvenbahn (Nocken-Rolle 10) dem Nocken (7') zugeordnete Schwenkhebel (8) andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung (11) gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt (12) längs einer Kreisbahn abgestützt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass eine an einem Gehäuseteil (13) der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn (14) als Kulisse (15) mit einem Radius (R) um die Drehachse (4) der Rolle (5) des Übertragungselementes (3) der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels (8) dient, wobei
    - die Steuerbahn (6) des Schwenkhebels (8) im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve (6') und Hubkurve (6") mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung (1) abgestellten Rampe (20) ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass der federbelastete Schwenkhebel (8) an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse (16) drehbewegliche Rolle (17) gegen die gehäuseseitige Kreisbahn (14) bzw. Kulisse (15) abgestützt und
    - mittels der Verstelleinrichtung (11) jeweils derart fixierbar ist, dass
    - die längs einer Äquidistanten (19) zur Kreisbahn (14) gesteuert verlagerbare Achse (16) der kulissenseitigen Rolle (17) den der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt (12) des Schwenkhebels (8) bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissen- bzw. Kreisbahn-Rolle (17) des Schwenkhebels (8) auf einem mit dem Schwenkhebel (8) drehfest verbundenen Zapfen (21) nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass als Übertragungselement (3) ein über eine hydraulische Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung (22) gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel (23) vorgesehen ist, und
    - dass die im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe (20) der Steuerbahn (6) einen das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungselement (3) ein Tassenstößel mit einer Rolle dient.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungselement (3) ein Ventilhebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel dient.
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