EP1522683A1 - Ventiltrieb - Google Patents

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EP1522683A1
EP1522683A1 EP03103691A EP03103691A EP1522683A1 EP 1522683 A1 EP1522683 A1 EP 1522683A1 EP 03103691 A EP03103691 A EP 03103691A EP 03103691 A EP03103691 A EP 03103691A EP 1522683 A1 EP1522683 A1 EP 1522683A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cam follower
valve
face
central axis
control element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03103691A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1522683B1 (de
Inventor
Michael Georg Figura
Torsten Kluge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP20030103691 priority Critical patent/EP1522683B1/de
Priority to DE50309328T priority patent/DE50309328D1/de
Publication of EP1522683A1 publication Critical patent/EP1522683A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1522683B1 publication Critical patent/EP1522683B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14—Tappets; Push rods
    • F01L1/143—Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a valve train with a valve, which is a cam follower with associated with a profiled end face, wherein at least one control acts on the profiled end face such that the cam follower along a Center axis is movable.
  • the invention also relates to a method for Operating a valve train with a valve, the cam follower with profiled Face is associated with at least one control on the profiled Surface acts so that the cam follower moves along a central axis becomes.
  • valve trains are known.
  • the individual valves at low engine speeds with short opening time, little overlap and small stroke open.
  • the individual valves with long opening times, high overlap and large stroke open is done by means of a camshaft are arranged on the cam, which cooperate with a cam follower reached.
  • EP 0 292 185 B1 discloses a cam mechanism with a cam.
  • the cam is basically round in shape and has a projection.
  • the projection extends radially outward along a part of its circumference.
  • the Camming mechanism also has a cam follower for a back and forth Moving movement along a perpendicular to the axis of rotation of the cam Axis is arranged.
  • the cam acts on an end face of the cam follower. By abutment of the projection is a movement of the cam follower caused.
  • the end face of the cam follower is profiled.
  • a facility is provided to axially rotate the cam follower to the angular orientation of the profiled end face with respect to the axis of rotation of the cam to change the To adjust angular positions in which the projection engages the end face and separates from her. This will determine the duration of movement of the cam follower set.
  • the end face of the cam follower has a pair of flat surfaces which follow are inclined outside against the cam.
  • the flat surfaces are smooth with each other connected, wherein a transition is designed arcuate.
  • the cam follower is by means of a rack, which is mounted transversely to the cam follower and on it formed teeth engages rotatable by an angular amount.
  • the invention has for its object to provide an improved valve train for To provide, with a structurally simple design a large Variation width of the valve lift and or to achieve the valve timing.
  • the invention is based on the finding that a rotational movement in a translational movement is converted. This is conventionally done by two Elements that reaches the camshaft and the cam follower. In contrast to the invention combines both movements in one element, the cam follower.
  • the cam follower performs a rotary motion about its translatory Motion axis off. This can be dispensed with a camshaft.
  • the cam follower advantageously has a encircling sprocket in which a rotary drive engages.
  • the rotary drive can be designed as an example worm drive or spur gear. So the Valve lift can be performed during the rotational movement, it is useful if the end face has a wave profile.
  • the end face is hereby alternating with Elevations and depressions provided, which are connected by flanks.
  • Cheap Within the meaning of the invention if the end face with its elevations also in such a way is designed that in the zenith of the elevation a kind of inclined surface with a Tilt towards the central axis arises.
  • the control is on the one hand the profiled face and on the other hand on an abutment.
  • the control In the Rotary movement of the cam follower passes the control alternately in one Deepening and on a subsequent survey, so that a lift curve for the Valve is created.
  • the control In the simplest case, the control is stationary, so that a simple stroke curve is traversed.
  • the control can be z.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the control in Circumferential direction of the cam follower is rotatably mounted.
  • a Rotational movement of the control in the counterclockwise or counterclockwise direction the center axis of the cam follower adjusted by a certain angle so the Lifting curve of the respective valve relative to the angular position of a crankshaft Internal combustion engine and the same specific angle.
  • a timing shift of the valves relative to the crankshaft be achieved.
  • the control in the direction of Center axis and away from it is movable.
  • the stroke of the cam follower and thus the valve adjustable is the control at a maximum distance to the central axis. In this position turns the Face with highest elevations and deepest depressions under the Control.
  • the valve can with a maximum stroke along its Center axis to be moved back and forth. At lower speeds, that moves Control towards the center axis. The stroke of the cam follower and thus of the valve is thereby reduced.
  • control of the control in the respective position is by means of a achieved appropriate control mechanism.
  • This can z. B. hydraulic, pneumatic or operated servo-electrically.
  • the control can be configured as a bearing, for example as a support bearing.
  • a roller is arranged in a roller bearing. That's what it stands for with its role Control in conjunction with the profiled end face, wherein the roller bearing rests against the counter bearing. As the cam follower rotates, the roller rolls up whose profiled face off. Because the roller bearing rests against the counter bearing, a translational movement of the cam follower is obtained because the roller alternately the collection and depression in the circumferential direction of the cam follower passes.
  • the control is non-positively on the one hand with the end face and on the other hand connected to the counter bearing. This is done by means of a valve spring reached. It is also possible that the bearing is designed as a sliding bearing.
  • the control can also be designed as a disk.
  • the disc points prefers a profiling complementary to the wave profile.
  • the Disc rotationally fixed and be adjusted by certain phase angle. But it is also possible that the disc in opposite directions to the direction of rotation of Cam follower turns.
  • By using a disc is advantageous one Line contact with the face in front.
  • the drive of the cam follower can also z. B. by the teeth of the Cam follower, wherein a first toothing of a first cam follower in a second toothing of a second cam follower engages, etc.
  • z. B. only the first cam follower of a valve series z. B. via a worm wheel are driven.
  • combinations of worm wheel shaft and one another driven cam followers are conceivable.
  • an improved valve train which with a structurally simple design a wide range of variation of the valve lift, the Opening time and the control times reached.
  • valve trains with multiple cam followers and / or Slices be provided. Although it can be dispensed with a camshaft is It is possible to combine a camshaft with a cam follower to provide, which rotates about its central axis.
  • the invention relates to processes that are suitable to those previously execute described valve trains.
  • FIG. 1 shows a valve drive 1 with a valve 2.
  • the valve 2 is in a bore 3 a cylinder head 4 of an internal combustion engine added. To the special Design of the bore 3 will be discussed below.
  • the valve 2 protrudes a spring plate 5 in the bore 3 inside. With its valve plate 6, the valve is the second arranged within a combustion chamber.
  • the valve plate 6 is connected to a Inlet or outlet channel 7 adapted.
  • the valve 2 is in a conventional manner a Associated valve spring 8.
  • the valve 2 is assigned a cam follower 9.
  • the cam follower 9 is as one-sided open rotationally symmetrical hollow body with a front plate 11 and a cylindrical wall 12 is formed.
  • the cylindrical wall 12 is also known as a pestle shirt.
  • the end plate 11 has a profiled end face 13 on. With an opposite to the profiled face 13 levels Contact surface is the cam follower 9 on the spring plate 5 or on the Valve stem preferably rotatable.
  • a circumferential Sprocket 14 On the cylindrical wall 12 is on the outside of a circumferential Sprocket 14 arranged.
  • the rotary drive 16 is exemplified as Worm drive with a shaft 18 and a toothed ring 19 configured, wherein the Tooth ring 19 driven by the shaft 18 engages in the ring gear 14.
  • the Cam follower 9 in spite of the engagement of the toothed ring 19 in the ring gear 14 a Can perform lifting movement along its central axis Y-Y, the toothed ring 19 on its inner side facing the ring gear 14 preferably one Straight toothing, which is complementary to the toothing of the ring gear 14 is designed.
  • the Tooth ring 19 On its opposite side to the inside, the Tooth ring 19 a complementary to the shaft 18 helical toothing, in which the Shaft 18 engages with their teeth.
  • the rotary drive 16 also have a spur gear which engages directly in the ring gear 14, wherein appropriate teeth are provided.
  • the Cam follower 9 by means of a rotary driven roller with corresponding Toothing is turned.
  • at least one correspondingly toothed support roller for guiding the cam follower 9 be provided, which exemplarily diametrically opposite to rotationally driven roller would be arranged.
  • the rotary driven roller and the Support roller would be stored in a conventional manner.
  • This can be the Turn cam follower 9 about its center axis Y-Y.
  • the center axis Y-Y is preferably congruent to a central axis of the valve 2.
  • the bore 3 is formed stepwise with several sections.
  • a Base portion 21 is the bore 3 to the outer diameter of the cam follower 9, wherein a gap 22 between the outside of the cam follower 9 and the bore wall is formed.
  • the base section 21 is followed Sprocket section 23 on.
  • the sprocket portion 23 has a larger one Diameter than the base portion 22.
  • the sprocket portion 23 is connected to the Outer diameter of the ring gear 14 adapted.
  • the sprocket section 23 goes in a toothed ring section 24 via.
  • the toothed ring section 24 has a larger one Diameter on than the sprocket portion 23, and is on the toothed ring 19th customized.
  • the diameter of the toothed ring portion 24 is the largest Bore diameter dar.
  • a fastener 26 is arranged in the bore 3.
  • the Fastener 26 is configured as a sleeve 27 with a support flange 28. With its support flange 28, the fastener 26 with a Attachment side 29 attached to the cylinder head 4.
  • the sleeve 27 protrudes into the Bore 3 in and is essentially free of play on the bore wall.
  • the sleeve 27 has an inner diameter that of the base portion 21st the hole 3 corresponds.
  • An opposite to the support flange 28 End portion 31 of the sleeve 27 has a step 32, so that a Hubausappelung 33 is formed for the ring gear 14.
  • the Hubausnaturalung 33 has a to Sprocket section 23 corresponding diameter. Advantages of this Embodiment will be explained below.
  • the End portion 31 adapted to the rotary drive 16, preferably rounded.
  • anvil 34 is attached at the opposite side to the mounting side 29 of the support flange 28 .
  • the counter-bearing 34 is shown in the Embodiment designed as a cover plate and closes the bore. 3
  • a force-locking threaded connection is preferably selected become.
  • a continuous screw be selected so that the anvil 34 and the fastener 26th be attached to the cylinder head 4 at the same time.
  • control element 36 On the end face 13, at least one control element 36 is arranged. in the illustrated embodiment, two controls 36 on the end face 13 arranged. Since both controls 36 are configured the same is only one described.
  • the control 36 is as a support bearing with a roller 37 and a Roller bearing 38 configured.
  • the roller 37 is rotatable from the roller bearing 38 added. With its role 37, the control 36 is located on the profiled Face 13 on. With its roller bearing 39, the control 36 is located on the Counter bearing 34 on.
  • the control element 36 is associated with a control mechanism, not shown and on the one hand in the direction of the central axis Y-Y and the other of this directed away steplessly movable. This is illustrated by means of the double arrow 41. In Circumferential direction of the cam follower 9, the controls 36 are preferably rotation. The benefits are described below.
  • FIG. 2 shows an exemplary profiling of the end face 13.
  • the End face 13 has a wave profile with elevations 42 and recesses 43.
  • the Elevations 42 go over rounded edges 44 in the recesses 43 and vice versa.
  • the flanks 44 each have a concave and a convex Section on which smoothly merge.
  • According to the illustration in Figure 1 are each two diametrically opposed elevations 42 and Recesses 43 shown.
  • more surveys 42 and Recesses 43 are provided.
  • there could be more controls 36 are provided.
  • For an even number of controls 36 is preferably an even number of surveys 42 and recesses 43rd selected.
  • the control 36 is always non-positively connected to the end face 13 and the anvil 34.
  • the Hubausappelung 33 is of its design to the maximum stroke adjusted, so that an undisturbed lifting movement of the cam follower 9 despite the Sprocket 14 is possible.
  • Control mechanism a stepless displacement of the controls 36 from the in Figure 1 shown position in the direction of the central axis Y-Y.
  • Exemplary here is the Lift curve 48 as the average lift curve and the lift curve 49 as a low lift curve shown.
  • the controls 36 are synchronous with each other Position displaced, so that there are a variety of lifting curves, the For reasons of clarity, but not shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltrieb und ein Verfahren zur Ventiltrieb mit einem Ventil (2). Dem Ventil (2) ist ein Nockenstößel (9) mit einer profilierten Stirnfläche (13) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement (36) derart auf die profilierte Stirnfläche (13) einwirkt, daß der Nockenstößel (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegbar ist bzw. bewegt wird. Der Nockenstößel (9) ist bzw. wird vol lumfänglich um seine Mittelachse (Y-Y) drehbar bzw. gedreht, wobei sich der Nockenstößel (9) gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltrieb mit einem Ventil, dem ein Nockenstößel mit einer profilierten Stirnfläche zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement derart auf die profilierte Stirnfläche einwirkt, daß der Nockenstößel entlang einer Mittelachse bewegbar ist. Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs mit einem Ventil, dem ein Nockenstößel mit profilierter Stirnfläche zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement auf die profilierte Oberfläche einwirkt, so daß der Nockenstößel entlang einer Mittelachse bewegt wird.
Derartige Ventiltriebe sind bekannt. Insbesondere in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sollen sich die einzelnen Ventile bei geringen Motordrehzahlen mit kurzer Öffnungszeit, wenig Überschneidung und geringem Hub öffnen. Bei hohen Motordrehzahlen dagegen sollen sich die einzelnen Ventile mit langer Öffnungszeit, hoher Überschneidung und großem Hub öffnen. Dies wird mittels einer Nockenwelle an der Nocken angeordnet sind, die mit einem Nockenstößel zusammenwirken erreicht.
In der EP 0 292 185 B1 ist ein Nockenmechanismus mit einem Nocken offenbart. Der Nocken ist von grundsätzlich runder Form und weist einen Vorsprung auf. Der Vorsprung erstreckt sich radial nach außen entlang eines Teils seines Umfangs. Der Nockenmechanismus weist auch einen Nockenstößel auf, der für eine hin- und hergehende Bewegung entlang einer zur Drehachse des Nockens senkrechten Achse angeordnet ist. Der Nocken wirkt auf eine Stirnfläche des Nockenstößels. Durch Anlage des Vorsprungs wird eine Bewegung des Nockenstößels hervorgerufen. Die Stirnfläche des Nockenstößels ist profiliert. Eine Einrichtung ist vorgesehen, um den Nockenstößel axial zu drehen, um die Winkelorientierung der profilierten Stirnfläche bezüglich der Drehachse des Nockens zu verändern, um die Winkelstellungen einzustellen, in denen der Vorsprung an der Stirnfläche angreift und sich von ihr trennt. Damit wird die Dauer der Bewegung des Nockenstößels eingestellt.
Die Stirnfläche des Nockenstößels weist ein Paar ebene Flächen auf, die nach außen gegen den Nocken geneigt sind. Die ebenen Flächen sind glatt miteinander verbunden, wobei ein Übergang bogenförmig ausgestaltet ist. Der Nockenstößel ist mittels einer Zahnstange, die quer zum Nockenstößel angebracht ist und an darauf gebildeten Zähnen eingreift, um einen Winkelbetrag verdrehbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Ventiltrieb zur Verfügung zu stellen, der mit einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung eine große Variationsbreite des Ventilhubs und oder der Ventilsteuerzeiten zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der Nockenstößel vollumfänglich um die Mittelachse drehbar ist bzw. gedreht wird, wobei sich der Nockenstößel gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse bewegt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Dies wird herkömmlich durch zwei Elemente, die Nockenwelle und den Nockenstößel erreicht. Im Gegensatz dazu verbindet die Erfindung beide Bewegungen in einem Element, dem Nockenstößel. Der Nockenstößel führt eine Drehbewegung um seine translatorische Bewegungsachse aus. Damit kann auf eine Nockenwelle verzichtet werden.
Zur Erzeugung der Drehbewegung weist der Nockenstößel vorteilhaft einen umlaufenden Zahnkranz auf, in dem ein Drehantrieb eingreift. Der Drehantrieb kann beispielhaft als Schneckentrieb oder Stirnradantrieb ausgestaltet sein. Damit der Ventilhub bei der Drehbewegung ausgeführt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Stirnfläche ein Wellenprofil aufweist. Die Stirnfläche ist hierbei alternierend mit Erhebungen und Vertiefungen versehen, die mittels Flanken verbunden sind. Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Stirnfläche mit ihren Erhebungen zudem derart ausgestaltet ist, daß im Zenit der Erhebung eine Art geneigte Fläche mit einer Neigung in Richtung zur Mittelachse entsteht. Das Steuerelement liegt einerseits an der profilierten Stirnfläche und andererseits an einem Gegenlager an. Bei der Drehbewegung des Nockenstößels gelangt das Steuerelement abwechselnd in eine Vertiefung und auf eine darauf folgende Erhebung, so daß eine Hubkurve für das Ventil entsteht. Im einfachsten Fall ist das Steuerelement ortsfest ausgebildet, so daß eine einfache Hubkurve abgefahren wird. Das Steuerelement kann dabei z. B. aus mindestens einem Wälzkörper, mindestens einem Gleitkörper, einem Gleitlager oder Wälzkörperlager bestehen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Steuerelement in Umfangsrichtung des Nockenstößels drehbeweglich gelagert ist. Eine Drehbewegung des Steuerelements im oder gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der Mittelachse des Nockenstößels um einen bestimmten Winkel verstellt so die Hubkurve des jeweiligen Ventils gegenüber der Winkelstellung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und denselben bestimmten Winkel. Somit kann mit einfachen Mitteln eine Steuerzeitenverschiebung der Ventile gegenüber der Kurbelwelle erreicht werden.
Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Steuerelement in Richtung zur Mittelachse und von dieser weggerichtet bewegbar ist. Durch die unterschiedliche Höhe der Erhebung und Tiefe der Vertiefung ist der Hub des Nockenstößels und damit des Ventils einstellbar. Für große Ventilhübe befindet sich das Steuerelement in einem maximalen Abstand zur Mittelachse. In dieser Position dreht sich die Stirnfläche mit höchsten Erhebungen und tiefsten Vertiefungen unter dem Steuerelement. Somit kann das Ventil mit einem maximalen Hub entlang seiner Mittelachse hin- und her bewegt werden. Bei geringeren Drehzahlen bewegt sich das Steuerelement in Richtung zur Mittelachse. Der Hub des Nockenstößels und damit des Ventils wird dadurch verringert.
Die Steuerung des Steuerelementes in die jeweilige Position wird mittels eines geeigneten Steuermechanismus erreicht. Dieser kann z. B. hydraulisch, pneumatisch oder servo-elektrisch betrieben sein.
Das Steuerelement kann als Lager, beispielsweise als Stützlager ausgestaltet sein. Hierbei ist eine Rolle in einem Rollenlager angeordnet. Mit seiner Rolle steht das Steuerelement mit der profilierten Stirnfläche in Verbindung, wobei das Rollenlager an dem Gegenlager anliegt. Während sich der Nockenstößel dreht, rollt die Rolle auf dessen profilierter Stirnfläche ab. Weil das Rollenlager an dem Gegenlager anliegt, wird eine translatorische Bewegung des Nockenstößels erwirkt, da die Rolle alternierend die Erhebung und Vertiefung in Umfangsrichtung des Nockenstößels durchläuft. Das Steuerelement ist kraftschlüssig zum einen mit der Stirnfläche und zum anderen mit dem Gegenlager verbunden. Dies wird mittels einer Ventilfeder erreicht. Möglich ist auch, daß das Lager als Gleitlager ausgestaltet ist.
Die translatorische Bewegung des Nockenstößels wird auf das Ventil übertragen.
Das Steuerelement kann aber auch als Scheibe ausgestaltet sein. Die Scheibe weist bevorzugt eine zum Wellenprofil komplementäre Profilierung auf. Hierbei kann die Scheibe drehfest angeordnet sein und um bestimmte Phasenwinkel verstellt werden. Möglich ist aber auch, daß sich die Scheibe gegensinnig zur Drehrichtung des Nockenstößels dreht. Durch den Einsatz einer Scheibe liegt vorteilhaft eine Linienberührung mit der Stirnfläche vor.
Der Antrieb der Nockenstößel kann aber auch z. B. durch die Verzahnung der Nockenstößel erfolgen, wobei eine erste Verzahnung eines ersten Nockenstößels in eine zweite Verzahnung eines zweiten Nockenstößels eingreift, usw. In diesem Falle muß z. B. nur der erste Nockenstößel einer Ventilreihe z. B. über ein Schneckenrad angetrieben werden. Auch Kombinationen aus Schneckenradwelle und untereinander angetriebenen Nockenstößeln sind denkbar.
Damit wird ein verbesserter Ventiltrieb zur Verfügung gestellt, der mit einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung eine große Variationsbreite des Ventilhubs, der Öffnungszeit und der Steuerzeiten erreicht.
Selbstverständlich können auch Ventiltriebe mit mehreren Nockenstößeln und/oder Scheiben vorgesehen sein. Obwohl auf eine Nockenwelle verzichtet werden kann, ist es möglich, eine Kombination einer Nockenwelle mit einem Nockenstößel vorzusehen, der sich um seine Mittelachse dreht.
Des Weiteren sind Konfigurationen von Scheiben und Stößeln möglich, bei denen eine Zwangsführung des Ventils erreicht wird. Dies kann z. B. durch Verwendung von zwei erfindungsgemäßen profilierten Flächen, die mit je einem Steuerelement oder einem Steuerelementensatz in Eingriff befindlich sind, geschehen, wobei sich je eine dieser Einheiten oberhalb bzw. unterhalb des Nockenstößels befindet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren, die geeignet sind, die zuvor beschriebenen Ventiltriebe auszuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
Fig. 1
einen Teil-Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor,
Fig. 2
eine perspektivische Ansicht der profilierten Stirnfläche.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Ventiltrieb 1 mit einem Ventil 2. Das Ventil 2 ist in einer Bohrung 3 eines Zylinderkopfes 4 eines Verbrennungsmotors aufgenommen. Zur besonderen Ausgestaltung der Bohrung 3 wird weiter unten eingegangen. Das Ventil 2 ragt mit einem Federteller 5 in die Bohrung 3 hinein. Mit seinen Ventilteller 6 ist das Ventil 2 innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet. Der Ventilteller 6 ist an einen Einlaß- bzw. Auslaßkanal 7 angepaßt. Dem Ventil 2 ist in herkömmlicher Weise eine Ventilfeder 8 zugeordnet.
Dem Ventil 2 ist ein Nockenstößel 9 zugeordnet. Der Nockenstößel 9 ist als einseitig offener rotationssymmetrischer Hohlkörper mit einer Stirnplatte 11 und einer zylinderförmigen Wandung 12 ausgebildet. Die zylinderförmige Wandung 12 wird auch als Stößelhemd bezeichnet. Die Stirnplatte 11 weist eine profilierte Stirnfläche 13 auf. Mit einer zur profilierten Stirnfläche 13 gegenüberliegenden ebenen Auflagefläche liegt der Nockenstößel 9 an dem Federteller 5 oder an dem Ventilschaftende vorzugsweise drehbar auf.
An der zylinderförmigen Wandung 12 ist an deren Außenseite ein umlaufender Zahnkranz 14 angeordnet. In den Zahnkranz 14 greift ein Drehantrieb 16 ein, der in dem Zylinderkopf 4 angeordnet ist. Der Drehantrieb 16 ist beispielhaft als Schneckentrieb mit einer Welle 18 und einem Zahnring 19 ausgestaltet, wobei der Zahnring 19 von der Welle 18 angetrieben in den Zahnkranz 14 eingreift. Damit der Nockenstößel 9 trotz des Eingriffs des Zahnrings 19 in den Zahnkranz 14 eine Hubbewegung entlang seiner Mittelachse Y-Y ausführen kann, weist der Zahnring 19 auf seiner zum Zahnkranz 14 weisenden Innenseite bevorzugt eine Geradverzahnung auf, die zu der Verzahnung des Zahnkranzes 14 komplementär ausgestaltet ist. Auf seiner zur Innenseite gegenüberliegenden Außenseite weist der Zahnring 19 eine zur Welle 18 komplementäre Schrägverzahnung auf, in welche die Welle 18 mit ihrer Verzahnung eingreift. Selbstverständlich kann der Drehantrieb 16 auch ein Stirnrad aufweisen, das direkt in den Zahnkranz 14 eingreift, wobei entsprechende Verzahnungen vorzusehen sind. Möglich ist aber auch, daß der Nockenstößel 9 mittels einer drehangetriebenen Rolle mit entsprechender Verzahnung gedreht wird. Bei dieser Ausgestaltung könnte zweckmäßiger Weise zumindest eine entsprechend_verzahnte Stützrolle zur Führung des Nockenstößels 9 vorgesehen werden, die beispielhaft diametral gegenüberliegend zur drehangetriebenen Rolle angeordnet wäre. Selbstverständlich ist auch eine Ausgestaltung mit mehreren Stützrollen denkbar, die umfangsmäßig um den Nockenstößel 9 verteilt anzuordnen wären. Die drehangetriebene Rolle und die Stützrolle wären in herkömmlicher Weise gelagert. Damit kann sich der Nockenstößel 9 um seine Mittelachse Y-Y drehen. Die Mittelachse Y-Y ist vorzugsweise kongruent zu einer Mittelachse des Ventils 2.
Die Bohrung 3 ist stufenförmig mit mehreren Abschnitten ausgebildet. Mit einem Grundabschnitt 21 ist die Bohrung 3 an den Außendurchmesser des Nockenstößels 9 angepaßt, wobei ein Spalt 22 zwischen der Außenseite des Nockenstößels 9 und der Bohrungswandung gebildet ist. An den Grundabschnitt 21 schließt sich ein Zahnkranzabschnitt 23 an. Der Zahnkranzabschnitt 23 weist einen größeren Durchmesser auf als der Grundabschnitt 22. Der Zahnkranzabschnitt 23 ist an den Außendurchmesser des Zahnkranzes 14 angepaßt. Der Zahnkranzabschnitt 23 geht in einen Zahnringabschnitt 24 über. Der Zahnringabschnitt 24 weist einen größeren Durchmesser auf als der Zahnkranzabschnitt 23, und ist an den Zahnring 19 angepaßt. Der Durchmesser des Zahnringabschnitts 24 stellt den größten Bohrungsdurchmesser dar.
In der Bohrung 3 ist ein Befestigungselement 26 angeordnet. Das Befestigungselement 26 ist als Hülse 27 mit einem Auflageflansch 28 ausgestaltet. Mit seinem Auflageflansch 28 ist das Befestigungselement 26 mit einer Befestigungsseite 29 an dem Zylinderkopf 4 befestigt. Die Hülse 27 ragt in die Bohrung 3 hinein und liegt im wesentlichen spielfrei an der Bohrungswandung an. Die Hülse 27 weist einen Innendurchmesser auf, der dem des Grundabschnitts 21 der Bohrung 3 entspricht. Ein zum Auflageflansch 28 gegenüberliegender Endbereich 31 der Hülse 27 weist eine Stufe 32 auf, so daß eine Hubausnehmung 33 für den Zahnkranz 14 gebildet ist. Die Hubausnehmung 33 weist einen zum Zahnkranzabschnitt 23 entsprechenden Durchmesser auf. Vorteile dieser Ausgestaltung werden weiter unten erläutert. Im Bereich des Drehantriebs 16 ist der Endbereich 31 dem Drehantrieb 16 angepaßt, vorzugsweise verrundet.
An der zur Befestigungsseite 29 des Auflageflansches 28 gegenüberliegenden Seite ist ein Gegenlager 34 befestigt. Das Gegenlager 34 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Abdeckplatte ausgestaltet und verschließt die Bohrung 3. Zur Befestigung des Gegenlagers 34 an dem Befestigungselement 26 kann beispielsweise bevorzugt eine kraftformschlüssige Schraubverbindung gewählt werden. Selbstverständlich kann auch eine durchgehende Schraubverbindung gewählt werden, so daß das Gegenlager 34 und das Befestigungselement 26 gleichzeitig an dem Zylinderkopf 4 befestigt werden.
Auf der Stirnfläche 13 ist zumindest ein Steuerelement 36 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Steuerelemente 36 auf der Stirnfläche 13 angeordnet. Da beide Steuerelemente 36 gleich ausgestaltet sind wird nur eines beschrieben. Das Steuerelement 36 ist als Stützlager mit einer Rolle 37 und einem Rollenlager 38 ausgestaltet. Die Rolle 37 ist von dem Rollenlager 38 drehbar aufgenommen. Mit seiner Rolle 37 liegt das Steuerelement 36 auf der profilierten Stirnfläche 13 auf. Mit seinem Rollenlager 39 liegt das Steuerelement 36 an dem Gegenlager 34 an.
Das Steuerelement 36 ist einem nicht dargestellten Steuermechanismus zugeordnet und zum einen in Richtung zur Mittelachse Y-Y und zum anderen von dieser weggerichtet stufenlos bewegbar. Dies ist mittels des Doppelpfeils 41 dargestellt. In Umfangsrichtung des Nockenstößels 9 sind die Steuerelemente 36 vorzugsweise drehfest. Die Vorteile hierzu werden weiter unten beschrieben.
In Figur 2 ist eine beispielhafte Profilierung der Stirnfläche 13 dargestellt. Die Stirnfläche 13 weist ein Wellenprofil mit Erhebungen 42 und Vertiefungen 43 auf. Die Erhebungen 42 gehen über verrundete Flanken 44 in die Vertiefungen 43 und umgekehrt über. Die Flanken 44 weisen jeweils einen konkaven und einen konvexen Abschnitt auf, die glatt ineinander übergehen. Entsprechend zu der Darstellung in Figur 1 sind jeweils zwei diametral gegenüberliegende Erhebungen 42 und Vertiefungen 43 gezeigt. Selbstverständlich können auch mehr Erhebungen 42 und Vertiefungen 43 vorgesehen werden. Zusätzlich könnten auch mehr Steuerelemente 36 vorgesehen werden. Bei einer geradzahligen Anzahl von Steuerelementen 36 wird bevorzugt eine geradzahlige Anzahl von Erhebungen 42 und Vertiefungen 43 gewählt.
Wie Figur 2 zeigt, ändert sich Profilierung der Stirnfläche 13 mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse Y-Y. In Richtung zur Mittelachse Y-Y werden die Erhebungen 42 im Querschnitt gesehen kleiner, so daß in deren Zenit 46 eine Art geneigte Ebene gebildet ist, die sich in Richtung zur Mittelachse Y-Y neigt (Figur 1). Die Vertiefungen 43 werden von der Mittelachse Y-Y weggerichtet dementsprechend größer. Damit ist einer größten Erhebung 42 eine größte Vertiefung 43 und einer kleinsten Erhebung 42 eine kleinste Vertiefung 43 zugeordnet. Entsprechend ist einer mittleren Erhebung 42 eine mittlere Vertiefung 43 zugeordnet. Dies ist in der Figur 2 mittels beispielhafter Hubkurven 47,48,49 dargestellt.
In Figur 1 liegen die Steuerelemente 36 an einer größten Erhebung 42 an. In dieser Position ist der Abstand zur Mittelachse Y-Y maximal. Dreht sich nun der Nockenstößel 9 um seine Mittelachse Y-Y bewirkt die Drehbewegung ein Öffnen und Schließen des Ventils 2, indem die Rolle 37 alternierend die Erhebungen 42 und Vertiefungen 43 durchläuft. Dabei dreht sich die profilierte Stirnfläche 13 unter dem in Umfangsrichtung des Nockenstößels 9 drehfesten Steuerelement 36. Dies ist in Figur 2 mittels der Hubkurve 47 dargestellt, die eine maximale Hubkurve darstellt. Damit wird eine rotatorische Bewegung des Nockenstößels 9 in eine translatorische Bewegung des Nockenstößels 9 umgewandelt. Die translatorische Bewegung wird auf das Ventil 2 übertragen. Bei der maximalen Hubkurve weist das Ventil 2 den maximalen Hub auf. Mittels der Ventilfeder 8 ist das Steuerelement 36 stets kraftschlüssig mit der Stirnfläche 13 und dem Gegenlager 34 verbunden. Die Hubausnehmung 33 ist von ihrer Ausgestaltung her an den maximalen Hub angepaßt, so daß eine ungestörte Hubbewegung des Nockenstößels 9 trotz des Zahnkranzes 14 möglich ist.
Wird der Verbrennungsmotor nun mit geringeren Drehzahlen betrieben, bewirkt der Steuermechanismus eine stufenlose Verschiebung der Steuerelemente 36 aus der in Figur 1 gezeigten Position in Richtung zur Mittelachse Y-Y. Beispielhaft ist hierbei die Hubkurve 48 als mittlere Hubkurve und die Hubkurve 49 als niedrige Hubkurve gezeigt. Selbstverständlich sind die Steuerelemente 36 synchron zueinander in jede Position verschiebbar, so daß sich eine Vielzahl von Hubkurven ergibt, die aus Übersichtsgründen aber nicht dargestellt sind.
Bezugszeichenliste
1.
Ventiltrieb
2.
Ventil
3.
Bohrung
4.
Zylinderkopf
5.
Federteller
6.
Ventilteller
7.
Einlaß- Auslaßkanal
8.
Ventilfeder
9.
Nockenstößel
10. 11.
Stirnplatte
12.
Wandung
13.
Stirnfläche
14.
Zahnkranz
15. 16.
Drehantrieb
17. 18.
Welle
19.
Zahnring
20. 21.
Grundabschnitt
22.
Spalt
23.
Zahnkranzabschnitt
24.
Zahnringabschnitt
25. 26.
Befestigungselement
27.
Hülse
28.
Auflageflansch
29.
Befestigungsseite
30. 31.
Endbereich
32.
Stufe
33.
Hubausnehmung
34.
Gegenlager
35. 36.
Steuerelement
37.
Rolle
38.
Rollenlager
39. 40. 41.
Doppelpfeil
42.
Erhebung
43.
Vertiefung
44.
Flanke
45. 46.
Zenit
47.
Hubkurve (maximal)
48.
Hubkurve (mittel)
49.
Hubkurve (niedrig)

Claims (15)

  1. Ventiltrieb mit einem Ventil (2), dem ein Nockenstößel (9) mit einer profilierten Stirnfläche (13) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement (36) derart auf die profilierte Stirnfläche (13) einwirkt, daß der Nockenstößel (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Nockenstößel (9) vollumfänglich um seine Mittelachse (Y-Y) drehbar ist, wobei sich der Nockenstößel (9) gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Nockenstößel (9) einen Zahnkranz (14) aufweist, in dem ein Drehantrieb (16) eingreift.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       die Stirnfläche (13) ein Wellenprofil mit alternierenden Erhebungen (42) und Vertiefungen (43) aufweist.
  4. Ventiltrieb nach Anspruch 1,2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Steuerelement (36) ortsfest ist und/oder mit dem Zylinderkopf (4) oder mit einem mit dem Zylinderkopf (4) verbundenen Teil einstückig verbunden ist.
  5. Ventiltrieb nach mindesten einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Steuerelement (36) drehbeweglich gelagert ist und/oder gegenüber der Mittelachse des Nockenstößels im oder gegen den Uhrzeigersinn drehbeweglich verstellbar ist.
  6. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       sich die Profilierung der Stirnfläche (13) mit zunehmenden Abstand zur Mittelachse (Y-Y) ändert, wobei die Erhebungen (42) in Richtung zur Mittelachse (Y-Y) im Querschnitt gesehen kleiner werden, so daß in deren Zenit (46) eine Art geneigte Ebene gebildet ist, die sich in Richtung zur Mittelachse (Y-Y) neigt, und wobei die Vertiefungen (43) von der Mittelachse (Y-Y) weggerichtet größer werden.
  7. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       Steuerelement (36) einerseits an der profilierten Stirnfläche (13) und andererseits an einem Gegenlager (34) anliegt.
  8. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Steuerelement (36) in Richtung zur Mittelachse (Y-Y) und von dieser weggerichtet stufenlos bewegbar ist und in Umfangsrichtung des Nockenstößels (9) starr ist.
  9. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Steuerelement (3) als Lager ausgestaltet ist.
  10. Ventiltrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       das Steuerelement (3) als Scheibe ausgestaltet ist, die eine zur profilierten Stirnfläche (13) komplementäre Profilierung aufweist.
  11. Ventiltrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       sich mindestens ein Nockenstößel (9) über einen Zahnkranz (14) mit einem Zahnkranz (14) eines mindestens zweiten Nockenstößels (9) in Eingriff befindet.
  12. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Nockenstößel (9) mehr als eine profilierte Stirnfläche (13) aufweist.
  13. Ventiltrieb nach Anspruche 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Nockenstößel (9) mittels eines zweiten Steuerelementes (36) in Drehachsenrichtung zwangsgeführt wird.
  14. Verfahren zur Ventiltrieb insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Ventil (2) dem ein Nockenstößel (9) mit einer profilierten Stirnfläche (13) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement (36) auf die profilierte Stirnfläche (13) einwirkt, so daß der Nockenstößel (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       der Nockenstößel (9) vollumfänglich um seine Mittelachse (Y-Y) gedreht wird, wobei sich der Nockenstößel (9) gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       sich die Stirnfläche (13) unter dem Steuerelement (36) dreht, wobei das Steuerelement (36) alternierend mit Erhebungen (42) und Vertiefungen (43) der Stirnfläche (13) in Kontakt steht, und wobei das Steuerelement (36) kraftschlüssig zum einen an der Stirnfläche (13) und zum anderen an einem Gegenlager (34) anliegt, so daß mittels der alternierenden Erhebungen (42) und Vertiefungen (43) eine Hubbewegung des Nockenstößels (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) erzeugt wird, die auf das Ventil (2) übertragen wird.
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