EP1522683B1 - Ventiltrieb - Google Patents

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Publication number
EP1522683B1
EP1522683B1 EP20030103691 EP03103691A EP1522683B1 EP 1522683 B1 EP1522683 B1 EP 1522683B1 EP 20030103691 EP20030103691 EP 20030103691 EP 03103691 A EP03103691 A EP 03103691A EP 1522683 B1 EP1522683 B1 EP 1522683B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tappet
face
central axis
control element
valve
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP20030103691
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1522683A1 (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 DE50309328T priority Critical patent/DE50309328D1/de
Priority to EP20030103691 priority patent/EP1522683B1/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
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14Tappets; Push rods
    • F01L1/143Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015Modifications 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 n valve train with a valve, which is associated with a plunger with a profiled face, wherein at least one control acts on the profiled end face in such a way that the plunger is movable along a central axis.
  • the invention also relates to a method for operating a valve train with a valve, which is assigned a plunger with profiled end face, wherein at least one control element acts on the profiled surface, so that the plunger is moved along a central axis.
  • valve trains are known.
  • the individual valves should open at low engine speeds with a short opening time, little overlap and low lift.
  • the individual valves should open with a long opening time, high overlap and a large stroke. This is arranged by means of a camshaft on the cam, which interacts with a plunger.
  • a cam mechanism with a cam is disclosed.
  • the cam is basically round in shape and has a projection.
  • the projection extends radially outward along a portion of its circumference.
  • the cam mechanism also includes a cam follower disposed for reciprocal movement along an axis perpendicular to the axis of rotation of the cam.
  • the cam acts on an end face of the cam follower. By abutment of the projection, a movement of the cam follower is caused.
  • the end face of the cam follower is profiled.
  • Means are provided for axially rotating the cam follower to change the angular orientation of the contoured end surface with respect to the axis of rotation of the cam to adjust the angular positions at which the projection engages and separates from the end surface. This sets the duration of the movement of the cam follower.
  • the end face of the cam follower has a pair of flat surfaces inclined outwardly against the cam.
  • the flat surfaces are smooth with each other connected, wherein a transition is designed arcuate.
  • the cam follower is rotatable by an angular amount, by means of a rack mounted transversely to the cam follower and engaging teeth formed thereon.
  • the invention has for its object to provide an improved valve train available to achieve a wide variation in the valve lift and or the valve timing with a structurally simple design.
  • the invention is based on the finding that a rotational movement is converted into a translatory movement. This is conventionally achieved by two elements, the camshaft and the cam follower. In contrast, the invention combines both movements in one element, the ram. The plunger performs a rotational movement about its translational movement axis. This can be dispensed with a camshaft.
  • the plunger advantageously has a circumferential toothed ring, in which a rotary drive engages.
  • the rotary drive can be configured as an example worm drive or spur gear.
  • the end face has a wave profile.
  • the end face is in this case provided alternately with elevations and depressions, which are connected by means of flanks.
  • the end face is also configured with their surveys that arises in the zenith of the survey a kind of inclined surface with an inclination in the direction of the central axis.
  • the control is on the one hand on the profiled end face and on the other hand on an abutment. During the rotational movement of the plunger, the control passes alternately into a recess and on a subsequent survey, so that a lift curve for the valve is formed.
  • control is stationary, so that a simple stroke curve is traversed.
  • the control can be z. B. from at least a rolling element, at least one slider, a plain bearing or rolling element bearings exist.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the control is rotatably mounted in the circumferential direction of the plunger.
  • a rotational movement of the control clockwise or counterclockwise relative to the central axis of the plunger by a certain angle so adjusts the lift curve of the respective valve relative to the angular position of a crankshaft of the internal combustion engine and the same specific angle.
  • the control is movable in the direction of the central axis and away from this. Due to the different height of the survey and depth of the recess of the stroke of the plunger and thus the valve is adjustable.
  • the control is at a maximum distance from the central axis. In this position, the face rotates with highest elevations and deepest depressions under the control.
  • the valve can be reciprocated with a maximum lift along its central axis. At lower speeds, the control moves in the direction of the central axis. The stroke of the plunger and thus of the valve is thereby reduced.
  • control of the control element in the respective position is achieved by means of a suitable control mechanism.
  • This can z. B. hydraulically, pneumatically or servo-electrically operated.
  • the control can be configured as a bearing, for example as a support bearing.
  • a roller is arranged in a roller bearing.
  • the control is in communication with the profiled end face, wherein the roller bearing rests against the counter bearing.
  • the roller bearing rests against the thrust bearing.
  • the Control is non-positively connected on the one hand with the end face and the other with the counter-bearing. This is achieved by means of a valve spring.
  • the bearing is designed as a sliding bearing.
  • the control can also be designed as a disk.
  • the disc preferably has a profiling complementary to the wave profile.
  • the disc can be arranged rotationally fixed and adjusted by certain phase angle. It is also possible that the disc rotates in opposite directions to the direction of rotation of the plunger.
  • the use of a disk is advantageously a line contact with the end face.
  • an improved valve train which achieves a large variation width of the valve lift, the opening time and the control times with a structurally simple design.
  • valve trains can also be provided with a plurality of rams and / or disks. Although it is possible to dispense with a camshaft, it is possible to provide a combination of a camshaft with a ram that rotates about its central axis.
  • the invention relates to methods which are suitable for carrying out the valve drives described above.
  • FIG. 1 shows a valve train 1 with a valve 2.
  • the valve 2 is received in a bore 3 of a cylinder head 4 of an internal combustion engine.
  • the valve 2 protrudes with a spring plate 5 into the bore 3.
  • the valve 2 With its valve disk 6, the valve 2 is disposed within a combustion chamber.
  • the valve disk 6 is adapted to an inlet or outlet channel 7.
  • the valve 2 is associated with a valve spring 8 in a conventional manner.
  • the valve 2 is associated with a plunger 9.
  • the plunger 9 is designed as a one-sided open rotationally symmetrical hollow body with a front plate 11 and a cylindrical wall 12.
  • the cylindrical wall 12 is also referred to as a tappet shirt.
  • the end plate 11 has a profiled end face 13. With a profiled end face 13 opposite planar support surface of the plunger 9 is preferably rotatably on the spring plate 5 or at the valve stem end.
  • a peripheral ring gear 14 is arranged on the outside thereof.
  • a rotary drive 16 which is arranged in the cylinder head 4.
  • the rotary drive 16 is exemplified as a worm drive with a shaft 18 and a toothed ring 19, wherein the toothed ring 19 driven by the shaft 18 engages in the ring gear 14.
  • the plunger 9 despite the engagement of the toothed ring 19 in the ring gear 14 can perform a stroke along its central axis Y-Y, the toothed ring 19 preferably has on its inner side facing the ring gear 14 a straight toothing, which is configured complementary to the teeth of the ring gear 14.
  • the plunger 9 is rotated by means of a rotationally driven roller with corresponding teeth.
  • an embodiment with a plurality of support rollers is conceivable that would be circumferentially distributed around the plunger 9.
  • the rotationally driven roller and the support roller would be stored in a conventional manner.
  • the plunger 9 can rotate about its central axis Y-Y.
  • the center axis Y-Y is preferably congruent to a center axis of the valve 2.
  • the bore 3 is formed stepwise with several sections. With a base portion 21, the bore 3 is adapted to the outer diameter of the plunger 9, wherein a gap 22 between the outside of the plunger 9 and the bore wall is formed. At the base portion 21, a sprocket portion 23 connects. The sprocket portion 23 has a larger diameter than the base portion 22. The sprocket portion 23 is adapted to the outer diameter of the sprocket 14. The sprocket section 23 merges into a toothed ring section 24. The toothed ring section 24 has a larger diameter than the toothed rim section 23, and is connected to the toothed ring 19 customized. The diameter of the toothed ring portion 24 represents the largest bore diameter.
  • a fastener 26 is arranged in the bore 3.
  • the fastening element 26 is designed as a sleeve 27 with a support flange 28. With its bearing flange 28, the fastening element 26 is fastened with a fastening side 29 on the cylinder head 4.
  • the sleeve 27 protrudes into the bore 3 and is substantially free of play on the bore wall.
  • the sleeve 27 has an inner diameter which corresponds to that of the base portion 21 of the bore 3.
  • a support flange 28 opposite end portion 31 of the sleeve 27 has a step 32, so that a Hubaus originallyung 33 is formed for the ring gear 14.
  • the lifting recess 33 has a diameter corresponding to the toothed rim section 23. Advantages of this embodiment will be explained below.
  • the end portion 31 is adapted to the rotary drive 16, preferably rounded.
  • an abutment 34 is attached at the opposite side to the mounting side 29 of the support flange 28, an abutment 34 is attached.
  • the counter-bearing 34 is configured in the illustrated embodiment as a cover plate and closes the bore 3.
  • a kraftformschlüssige screw can be selected.
  • a continuous screw can be selected so that the anvil 34 and the fastener 26 are fastened 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 are arranged on the end face 13. Since both controls 36 are designed equal only one will be described.
  • the control element 36 is designed as a support bearing with a roller 37 and a roller bearing 38.
  • the roller 37 is rotatably received by the roller bearing 38. With its roller 37, the control element 36 rests on the profiled end face 13. With its roller bearing 39, the control element 36 bears against the abutment 34.
  • 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 directed away from this continuously variable. This is illustrated by means of the double arrow 41. In the circumferential direction of the plunger 9, the controls 36 are preferably rotationally fixed. The benefits are described below.
  • FIG. 2 an exemplary profiling of the end face 13 is shown.
  • the end face 13 has a wave profile with elevations 42 and recesses 43.
  • the elevations 42 go over rounded flanks 44 in the recesses 43 and vice versa.
  • the flanks 44 each have a concave and a convex portion, which merge smoothly into each other.
  • each two diametrically opposite elevations 42 and recesses 43 are shown.
  • more surveys 42 and recesses 43 may be provided.
  • more controls 36 could be provided.
  • an even number of elevations 42 and depressions 43 are preferably selected.
  • FIG. 2 shows, profiling of the end surface 13 changes with increasing distance from the central axis YY.
  • the elevations 42 are seen in cross-section smaller, so that in the zenith 46 a kind of inclined plane is formed, which tends in the direction of the central axis YY ( FIG. 1 ).
  • the recesses 43 are directed away from the central axis YY accordingly larger.
  • This is a largest survey 42 a largest recess 43 and a smallest survey 42 assigned a smallest recess 43.
  • a middle elevation 42 is associated with a central depression 43. This is in the FIG. 2 represented by exemplary lifting curves 47,48,49.
  • FIG. 1 the controls 36 are applied to a largest survey 42. In this position, the distance to the central axis YY is maximum. Now rotates the plunger 9 about its central axis YY causes the rotational movement opening and closing of the valve 2, by the roller 37 alternately the elevations 42 and recesses 43rd passes. In this case, the profiled end face 13 rotates below the control member 36, which is fixed in the circumferential direction of the tappet 9 in a rotationally fixed manner FIG. 2 represented by the lift curve 47, which represents a maximum lift curve. In order for a rotational movement of the plunger 9 is converted into a translational movement of the plunger 9. The translational movement is transmitted to the valve 2. At the maximum lift curve, the valve 2 has the maximum lift.
  • the control element 36 is always positively connected to the end face 13 and the anvil 34.
  • the Hubausappelung 33 is adapted by its design to the maximum stroke, so that an undisturbed lifting movement of the plunger 9 despite the ring gear 14 is possible.
  • the control mechanism causes a stepless displacement of the controls 36 from the in FIG. 1 shown position toward the central axis YY.
  • the lift curve 48 is shown here as the average lift curve and the lift curve 49 as the low lift curve.
  • the controls 36 are synchronously displaced in any position, so that there is a large number of lifting curves, which are not shown for reasons of clarity.

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)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine n Ventiltrieb mit einem Ventil, dem ein Stößel mit einer profilierten Stirnfläche zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement derart auf die profilierte Stirnfläche einwirkt, daß der Stößel entlang einer Mittelachse bewegbar ist. Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs mit einem Ventil, dem ein Stößel mit profilierter Stirnfläche zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement auf die profilierte Oberfläche einwirkt, so daß der Stößel 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 Stößel 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 die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • 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 Stößel. Der Stößel führt eine Drehbewegung um seine translatorische Bewegungsachse aus. Damit kann auf eine Nockenwelle verzichtet werden.
  • Zur Erzeugung der Drehbewegung weist der Stößel 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 Stößels 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 Stößels drehbeweglich gelagert ist. Eine Drehbewegung des Steuerelements im oder gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der Mittelachse des Stößels 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 Stößels 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 Stößels 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 Stößel dreht, rollt die Rolle auf dessen profilierter Stirnfläche ab. Weil das Rollenlager an dem Gegenlager anliegt, wird eine translatorische Bewegung des Stößels erwirkt, da die Rolle alternierend die Erhebung und Vertiefung in Umfangsrichtung des Stößels 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 Stößels 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 Stößels dreht. Durch den Einsatz einer Scheibe liegt vorteilhaft eine Linienberührung mit der Stirnfläche vor.
  • Der Antrieb der Stößel kann aber auch z. B. durch die Verzahnung der Stößel erfolgen, wobei eine erste Verzahnung eines ersten Stößels in eine zweite Verzahnung eines zweiten Stößels eingreift, usw. In diesem Falle muß z. B. nur der erste Stößel einer Ventilreihe z. B. über ein Schneckenrad angetrieben werden. Auch Kombinationen aus Schneckenradwelle und untereinander angetriebenen Stößeln 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 Stößeln und/oder Scheiben vorgesehen sein. Obwohl auf eine Nockenwelle verzichtet werden kann, ist es möglich, eine Kombination einer Nockenwelle mit einem Stößel 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 Stößels 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 Stößel 9 zugeordnet. Der Stößel 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 Stößel 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 Stößel 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 Stößel 9 mittels einer drehangetriebenen Rolle mit entsprechender Verzahnung gedreht wird. Bei dieser Ausgestaltung könnte zweckmäßiger Weise zumindest eine entsprechend verzahnte Stützrolle zur Führung des Stößels 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 Stößel 9 verteilt anzuordnen wären. Die drehangetriebene Rolle und die Stützrolle wären in herkömmlicher Weise gelagert. Damit kann sich der Stößel 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 Stößels 9 angepaßt, wobei ein Spalt 22 zwischen der Außenseite des Stößels 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 Stößels 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 Stößel 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 Stößels 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 Stößels 9 in eine translatorische Bewegung des Stößels 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 Stößels 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.
    Stößel
    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 (14)

  1. Ventiltrieb mit einem Ventil (2), dem ein Stößel (9) mit einer profilierten Stirnfläche (13) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement (36) derart auf die profilierte Stirnfläche (13) einwirkt, daß der Stößel (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stößel (9) mittels eines Drehantriebs (16) vollumfänglich um seine Mittelachse (Y-Y) drehbar ist, wobei sich der Stößel (9) gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt, und wobei die Stirnfläche (13) ein Wellenprofil mit alternierenden Erhebungen (42) und Vertiefungen (43) aufweist, die über verrundete Flanken (44) ineinander übergehen.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stößel (9) einen Zahnkranz (14) aufweist, in dem der Drehantrieb (16) eingreift.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2,
    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.
  4. Ventiltrieb nach mindesten einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Steuerelement (36) drehbeweglich gelagert ist und/oder gegenüber der Mittelachse des Stößels im oder gegen den Uhrzeigersinn drehbeweglich verstellbar ist.
  5. 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.
  6. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Steuerelement (36) einerseits an der profilierten Stirnfläche (13) und andererseits an einem Gegenlager (34) anliegt.
  7. 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 Stößels (9) starr ist.
  8. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Steuerelement (36) als Lager ausgestaltet ist.
  9. Ventiltrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Steuerelement (36) als Scheibe ausgestaltet ist, die eine zur profilierten Stirnfläche (13) komplementäre Profilierung aufweist.
  10. Ventiltrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich mindestens ein Stößel (9) über einen Zahnkranz (14) mit einem Zahnkranz (14) eines mindestens zweiten Stößels (9) in Eingriff befindet.
  11. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stößel (9) mehr als eine profilierte Stirnfläche (13) aufweist.
  12. Ventiltrieb nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stößel (9) mittels eines zweiten Steuerelementes (36) in Drehachsenrichtung zwangsgeführt wird.
  13. Verfahren zum Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Ventil (2) dem ein Stößel (9) mit einer profilierten Stirnfläche (13) zugeordnet ist, wobei zumindest ein Steuerelement (36) auf die profilierte Stirnfläche (13) einwirkt, so daß der Stößel (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stößel (9) mittels eines Drehantriebs (16) vollumfänglich um seine Mittelachse (Y-Y) gedreht wird, wobei sich der Stößel (9) gleichzeitig translatorisch entlang seiner Mittelachse (Y-Y) bewegt, und wobei die Stirnfläche (13) ein Wellenprofil mit alternierenden Erhebungen (42) und Vertiefungen (43) aufweist, die über verrundete Flanken (44) ineinander übergehen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    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 Stößels (9) entlang seiner Mittelachse (Y-Y) erzeugt wird, die auf das Ventil (2) übertragen wird.
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