EP1891306B1

EP1891306B1 - Ventiltrieb für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1891306B1
Application number: EP06722534A
Authority: EP
Inventors: Markus Meyer; Erik Schneider; Lutz Stiegler; Andreas Werler; Jörg Wutzler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: US20080017146A1; KR20080020589A; EP1891306A1; US7748356B2; WO2006136125A1; KR101221111B1; ATE405728T1; DE502006001406D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit einer Nockenwelle mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Vorbekannt aus der DE 22 56 185 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einem Zwischenhebel, der an einer am Zylinderkopf schwenkbar angelenkten, unter Einwirkung einer Feder stehenden Führungsschwinge angelenkt ist. Dieses Zwischenelement schwenkt um seine Anlenkachse an der Führungsschwinge zwischen einem schwenkbar gelagerten, mit seiner Schwenkstellung die Hubgröße bestimmenden Stützkörper und der Stirnfläche des Schaftes eines zu betätigenden Ventils, welches unter Einwirkung einer Feder in Schließlage gehalten oder durch den Zwischenhebel geöffnet wird.
Weiterhin vorbekannt aus der DE 100 31 783 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einer indirekt von einem Nocken über einen am Zylinderkopf direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel bewegten Ventilanordnung, die ein oder mehrere unter Einwirkung einer Feder schließende Ventile aufweist. Der Schwing- oder Kipphebel steht mit einem schwingbeweglich geführten Zwischenhebel im Eingriff, wobei dieser Zwischenhebel weiterhin einerseits mit dem Nocken einer Nockenwelle und andererseits mit einer Steuerkurve eines am Zylinderkopf direkt oder indirekt drehbar gelagerten Stützkörpers gleitend oder wälzend im Eingriff steht. Der Stützkörper bestimmt mit seiner Stellung und dem damit wirksamen Bereich einer Steuerkurve die Größe des Ventilhubes, wobei mittels einer geeigneten Steuerung und eines entsprechenden Aktuators die Winkelstellung des Stützkörpers eingestellt werden kann.
Vorbekannt sind ebenfalls durch die Schrift US 4 572 118 variable Ventiltriebe für Verbrennungsmotoren mit einem an einer Kurbel angelenkten Zwischenhebel. Dieser Zwischenhebel wird zwischen einen schwenkbar gelagerten, mit seiner Schwenkstellung die Hubgröße bestimmenden Stützkörper und einen am Zylinderkopf direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing- oder Kipphebel geschoben. Dabei öffnet der Schwing- oder Kipphebel ein oder mehrere durch Federkraft schließende Ventile. Der Zwischenhebel steht dabei jeweils mit einer Kreisbogenkontur, mit dem Stützkörper und dem Schwing- oder Kipphebel im Eingriff. Die Besonderheit ist, dass beide Kreisbogenkonturen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. Aus insbesondere der Figur 20 ist ein Ventiltrieb zur Betätigung der Ventile mit veränderlicher Ventilerhebungskurve zu entnehmen, bei dem der Schwing- oder Kipphebel kraftschlüssig mit einem am Zylinderkopf geführten Zwischenhebel im Eingriff steht, der weiterhin mit dem Nocken einer Nockenwelle und mit einer Steuerkurve eines am Zylinderkopf direkt oder indirekt drehbar gelagerten Stützkörpers gleitend oder wälzend im Eingriff gehalten ist.
Vorbekannt ist aus der Schrift DE 100 61 618 B4 eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken. Diese ist in einem Zylinderkopf mit einer ortsfest gelagerten Nockenwelle, mit durch Federkraft schließenden Ventilen und zusammen mit jeweils einer jedem der Ventile zugeordneten, lagefest im Zylinderkopf geführten Hubübertragungsanordnung angeordnet. Ein zur Ventilhubeinstellung verstellbares Element ist im Zylinderkopf ortsfest, jedoch schwenkbar gelagert angeordnet. Es weist in einer axialen Ebene nacheinander verlaufend je eine Stützkurve und eine Steuerkurve auf. Ein Zwischenglied ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element sowohl an dessen Stütz- als auch an dessen Steuerkurve unter Kraftschluss prismatisch abgestützt und während der Hubbewegung schwenkend und dabei auf den beiden Kurven gleitend geführt. Weiterhin steht das Zwischenglied mit einem der Nocken der Nockenwelle sowie einer Hubübertragungsanordnung für ein Ventil im Eingriff. Die Steuerkurve bestimmt in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des veränderlichen Elementes während des Hubes des Nockens die Bewegungsbahn des Zwischengliedes und damit die Größe des von der Hubübertragungsanordnung am Ventil bewirkten Hubes.
In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2004 043 110.8-11 ist ein variabler Ventiltrieb beschrieben, dessen Nockenwelle im V-Winkel von Zylinderbänken bzw. in beiderseits der Kurbelwellenachse angeordneten Zylinderbänken angeordnet ist. Dabei wird zur Einstellung des Ventilhubes bei gleichzeitiger Vor- oder Rückverlagerung des Ventilöffnungsbereiches dem Ventiltriebsmechanismus für die linke Zylinderbank die am Zwischenhebel schwenkbar angelenkte Führungsschwinge an einem mit dem Stützkörper gekoppelten Stellarm angelenkt. Dabei ist dieser Stellarm zur Seite des Nockens gerichtet angeordnet. Eine jeweils gleichsinnige Verstellung wird in einfacher Weise beim jeweiligen Ventiltriebsmechanismus für die weitere Zylinderbank mittels eines ebenfalls um die Achse des Stützkörpers schwenkbar gelagerten Stellarmes erzielt, welcher jedoch mittels eines in der Anlenkachse der Führungsschwinge angelenkten Koppelbügels mit dem Anlenkpunkt der Führungsschwinge an dem anderen mit einem Stützkörper verbundenen Stellarm gekoppelt ist.
Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist der komplizierte und aufwendige Aufbau des Verstellmechanismus zur Hubveränderung des Ventilöffnungsbereiches. Mit dem beschriebenen Stand der Technik kann, außer mit der DE 10 2004 043 110.8-11 , keine gleichzeitige Verstellung des Ventilhubes und des Ventilöffnungsbereiches durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem sicher und bei geringem technischen Aufwand ein Verstellen des Ventilöffnungs- und/oder Ventilschließzeitpunktes in Richtung früh oder spät erfolgt, wobei gleichzeitig ein Verstellen der Ventilhubhöhe erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Ein Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Nockenwelle und im Zylinderkopf angeordneten Ventilbetätigungselementen weist Ventilbetätigungselemente für ein oder mehrere Ventile eines jeden Zylinders auf. Die Ventilbetätigungselemente sind jeweils über einen direkt oder indirekt ortsfest im Zylinderblock oder Zylinderkopf gelagerten Schwenkhebel jeweils über ein an einem Stützkörper geführtes Übertragungsglied betätigbar und stehen mittelbar mit einem Nocken form- bzw. kraftschlüssig im Eingriff. Zum Verändern der Ventilhubkurve ist der Berührungspunkt zwischen dem Übertragungsglied und dem Nocken entlang des Umfanges des Nockens und gleichzeitig der Berührungspunkt zwischen dem Übertragungsglied und einer Steuerkurve des Stützkörpers durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung verstellbar. Das Übertragungsglied ist dabei nockenseitig zwangsgeführt. Die nockenseitige Zwangsführung des Übertragungsgliedes erfolgt gemäß einer ersten Variante durch eine entsprechend ausgebildete Führung, die gleichzeitig als Verstelleinrichtung fungiert. Durch Verschwenken der Führung um die Nockenwelle wird die Lage der Zwangsführung des mit dem Nocken in Wirkverbindung stehenden Teils des Übertragungsgliedes verändert. Hierfür ist um die Nockenwelle eine verschwenkbare Kulisse angeordnet, welche die Führung trägt, wobei die Führung vorzugsweise als längsbewegliche Aufnahme für einen fest mit dem Übertragungsglied verbundenen Bolzen, eine Rolle oder einen Gleitstein ausgeführt ist.
Gemäß einer zweiten Variante erfolgt die nockenseitige Zwangsführung des Über tragungsgliedes durch eine mit dem Übertragungsglied schwenkbar verbundene Führungsschwinge, die über eine daran angeordnete Verstelleinrichtung, beispielsweise einen Exzenter, einen verschiebbaren Bolzen oder dergleichen, verstellt wird. Durch Verschieben der Führungsschwinge durch die Verstelleinrichtung wird die Lage des Übertragungsgliedes gegenüber dem Stützkörper und dem Nocken der Nockenwelle gleichzeitig verstellt, so dass beim Verändern des Ventilhubes ebenfalls, wie mit der Variante eins, eine automatische Vor- bzw. Rückverlagerung des Ventilöffnungsbereiches erfolgt. Die Verstellung der Verstelleinrichtung erfolgt über eine Stelleinrichtung.
Durch die nockenseitige Zwangsführung des Übertragungsgliedes durch Anordnung der um die Nockenwelle verschwenkbaren Kulisse oder durch die am Übertragungsglied angeordnete verstellbare Führungsschwinge wird einerseits der Berührungspunkt und somit der Eingriffspunkt zwischen dem Übertragungsglied und dem Nocken entlang des Umfanges der Nockenkontur verschoben und andererseits wird das Übertragungsglied in axialer Richtung zur Nockenwelle zwangsgeführt, so dass der Eingriffspunkt zwischen dem Übertragungsglied und der Steuerkurve des Stützkörpers verschoben wird. Die Steuerkurve am Stützkörper, welche die Ventilöffnung mitbestimmt, kann dabei so ausgelegt sein, dass durch das Verlagern der Führungsbahn gleichzeitig eine Veränderung der Hubhöhe und der Lage der Ventilöffnungsund/oder -schließzeit erfolgt.
Der Vorteil der Lösung besteht darin, dass mit dem Verschwenken der Kulisse oder dem Verstellen der Führungsschwinge und der damit verbundenen Zwangsführung des Übertragungsgliedes die Ventilöffnungs- und/oder -schließzeit verstellbar ist und gleichzeitig die Ventilhubhöhe variabel eingestellt werden kann. Mit dem Verschwenken der Kulisse oder dem Verstellen der Führungsschwinge wird gleichzeitig zur Bewegung entlang der Nockenkontur die Lage der Führung zum Nocken und zur Stützkurve verändert. Durch die Führung bzw. die Führungsschwinge wird die Bewegungsbahn des nockenseitigen Endes des Übertragungsgliedes bestimmt. Somit wird durch ein Verstellen der Kulisse oder der Führungsschwinge gleichzeitig die Übertragung der Hubbewegung des Nockens auf das Ventil verändert. Damit ist eine Verstellung des Ventilhubs in seiner Höhe und bezüglich der Öffnungs- und Schließzeit des Ventils mit einer Verstellbewegung realisierbar. Die beiden dargelegten Varianten zeichnen sich außerdem durch ihre einfache Gestaltung, einen geringen Platzbedarf und durch eine sichere Verstellmöglichkeit aus.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass der Ventilöffnungszeitpunkt nahezu konstant gehalten werden kann, während der Schließzeitpunkt zwischen früh und spät verstellbar ist. Die Hubhöhe der Ventilerhebungskurve ist dabei ebenfalls veränderbar, wobei eine nahezu konstante Ventilhubhöhe ebenfalls realisierbar ist. Dies ist insbesondere für die Anwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs für ein Einlassventil vorteilhaft. In einer Anwendung als Trieb für ein Auslassventil ist es beispielsweise vorteilhaft, die Schließzeit des Auslassventils nahezu konstant zu lassen, während die Öffnungszeit des Auslassventils nach früh oder spät verstellt wird. Hierbei kann ebenfalls eine Variation des Ventilhubes erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auflagefläche des Schwenkhebels, auf welchem sich die mit der Steuerkurve in Eingriff stehende Rolle abstützt, in ihrem Verlauf als Radius um die Verstellachse des Stützkörpers ausgestaltet. Hierdurch wird eine harmonische Formung der Ventilerhebungskurven über den gesamten Verstellbereich gesichert.
Gemäß der Variante eins kann die Verstellung der Kulisse über einen separaten Antrieb oder in Kopplung mit dem Stützkörper durch dessen Verschwenken erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Stützkörper fest im Gehäuse angeordnet, so dass die Hubverstellung ausschließlich durch ein Verlagern der Kulisse und damit der Führung erfolgt.
In einer weiteren Ausführung ist der Stützkörper gleichzeitig unabhängig von der Kulisse verschwenkbar, wodurch die Ventilhubkurve bezüglich Hubhöhe und Öffnungsund/oder Schließzeit sehr flexibel einstellbar ist.
In einer weiteren Ausführung erfolgt die Verstellung der Lage der nockenseitigen Führung des Übertragungsgliedes und der Stützkurve gekoppelt, so dass mit einer Verstellbewegung beide die Ventilhubkurve bestimmenden Parameter verstellt werden können. Der Antrieb der Verstellbewegung kann dabei sowohl von der die Führungen tragenden Kulisse als auch vom Stützkörper ausgehen.
Gemäß der Variante zwei ist der Stützkörper fest am Zylinderblock angeordnet. Dadurch entfällt eine aufwendige Lagerung und die dazugehörige Verstelleinrichtung für den Stützkörper. Zur Verstellung der Ventilerhebung brauchen, durch beispielsweise eine Exzenterverstellung, nicht so viel Kräfte aufgebracht werden, wie bei einer Verstellung des Stützkörpers. Ein weiterer Vorteil ist eine Reduzierung des Bauaufwandes und der benötigten Bauteile für einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes mit oberhalb eines Schwenkhebels liegender Nockenwelle gemäß einer ersten Variante,
Fig. 2:: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes gemäß der ersten Variante,
Fig. 3:: eine zweite Variante eines variablen Ventiltriebs in schematisierter Darstellung, bei dem die maximale Ventilerhebung beim Durchlauf des Nockens erzielt wird und
Fig. 4:: eine Ausführungsform zu der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Ventiltriebs in stark schematisierter Darstellung zur Vor- bzw. Rückverlagerung des Ventilöffnens bei geringer Ventilerhebung.

In den Figuren 1 und 2 ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb gemäß einer ersten Variante und in den Figuren 3 und 4 gemäß einer zweiten Variante dargestellt. Bei den beiden unterschiedlichen Varianten wurden für gleiche Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet.
In der Figur 1 ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb zur Betätigung insbesondere der Einlassventile einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch einsetzbar für die Auslassventile einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb weist eine Nockenwelle 2 mit einem Nocken 15 auf, der unter Zwischenschaltung eines Übertragungsmechanismus einen Schwenkhebel 1 und damit ein Ventil bewegt, welches mittels Federkraft verschließbar ist und geschlossen gehalten wird. In der Figur 3 ist schematisch mit 17 der Ventilbetätigungsmechanismus, der über eine Stößelstange 3 mit dem Schwenkhebel 1 in Wirkverbindung steht, dargestellt. Aus der Figur 3 ist ebenfalls die Anordnung einer Feder 18 zu entnehmen, mit der das Ventil des Ventilbetätigungsmechanismus 17 verschließbar ist und geschlossen gehalten wird.
Gemäß der Figur 1 ist die Nockenwelle 2 oberhalb des in einem Stützlager 21 gelagerten Schwenkhebels 1 angeordnet. In der Figur 2 ist ein Ventiltrieb für zwei zu betätigende Ventile dargestellt, wobei die Anordnung des Übertragungsmechanismus des zweiten Ventils analog dem ersten entspricht und nicht mit dargestellt wurde.
Der mit dem Nocken 15 und dem Schwenkhebel 1 in Wirkverbindung stehende Übertragungsmechanismus besteht bei beiden Varianten aus einem Übertragungsglied 6, das mit dem einen Ende über eine Rolle 12 mit dem Nocken 15 der Nockenwelle 2 und mit dem anderen Ende über eine Rolle 5 mit einer Steuerkurve 11 des am Zylinderkopf angeordneten Stützkörpers 7 und mit dem Schwenkhebel 1 in Eingriff steht. Dabei ist die in den Figuren dargestellte Rolle 5 abgesetzt, wobei der größere Durchmesser der Rolle 5 mit dem Schwenkhebel 1 und der kleinere Durchmesser mit der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 7 in Wirkverbindung steht. Es besteht auch die Möglichkeit, zwei unterschiedlich große Rollen am Übertragungsglied 6 anzuordnen, die entsprechend mit dem Schwenkhebel 1 und der Steuerkurve 11 in Eingriff stehen. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung betätigt die Rolle 5 zwei nebeneinander liegende Schwenkhebel 1 für ein weiteres Ventil, beispielsweise bei einer Anwendung für einen Zylinder mit zwei Einlassventilen.
Die Auflagefläche 16 auf dem Schwenkhebel 1 entspricht in ihrem Verlauf vorzugsweise einem Radius R um die Verstellachse des Stützkörpers 7.
Zum Verändern der Ventilhubkurve, bei der gleichzeitig die Ventilöffnungs- und/oder -schließzeit automatisch verlagert wird, wird der Berührungspunkt der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 mit dem Nocken 15 entlang des Umfanges des Nockens 15 verstellt, wobei gleichzeitig eine Zwangsführung des nockenseitigen Teiles des Übertragungsgliedes 6 erfolgt, das über die Rolle 12 mit dem Nocken 15 in Wirkverbindung steht. Der Berührungspunkt zwischen Nocken 15 und Rolle 12 wird dabei durch Verschwenken um die Nockenwelle 2 verstellt. Durch die Verlagerung des Übertragungsgliedes 6 wird gleichzeitig dazu der Berührungspunkt zwischen der Rolle 5 und der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 7 verschoben. Somit wird durch eine Verstelleinrichtung und durch eine Verstellbewegung gleichzeitig der Berührungspunkt zwischen der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 und dem Nocken 15 entlang des Umfanges des Nockens 15 und Berührungspunkt zwischen der Rolle 5 des Übertragungsgliedes 6 und der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 7 verschoben.
Als Verstelleinrichtung zur Verlagerung des Übertragungsgliedes 6 ist gemäß Variante eins um die Nockenwelle 2 eine verschwenkbare Kulisse 4 angeordnet, die mit einer Führung 9 zur Zwangsführung des nockenseitigen Endes des Übertragungsgliedes 6 versehen ist. An dem Übertragungsglied 6 ist im Bereich des Eingriffes mit dem Nocken 15 ein Bolzen 8 (eine Rolle oder ein Gleitstein - nicht dargestellt -) fest angeordnet, der längsbeweglich in der als Langloch ausgebildeten Führung 9 geführt wird.
Zur Sicherung eines ständigen Kontakts der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 mit der Kontur des Nockens 15 ist an dem Übertragungsglied 6 eine Feder 10 angeordnet, die als Druckfeder ausgeführt ist, sich an der Kulisse 4 abstützt und auf den Bolzen 8 wirkt.
Das Verschwenken der auf der Nockenwelle 2 gelagerten Kulisse 4 zum Verändern der Ventilhubkurve erfolgt entweder durch einen nicht dargestellten, separaten Antrieb, dessen Ritzel mit einer am Umfang der Kulisse 4 angeordneten Verzahnung in Eingriff steht oder durch die Kopplung der Kulisse 4 mit einem an dem Zylinderkopf angeordneten, verschwenkbaren Stützkörper 7. Dabei ist der verschwenkbare Stützkörper 7 über einen Hebel 13 und ein Zwischenglied 14 mit der Kulisse 4 verbunden, wobei der Hebel 13 fest mit der Kulisse 4 verbunden ist und die Verbindung zwischen dem Hebel 13 und dem Zwischenglied 14 sowie die Verbindung zwischen Zwischenglied 14 und Kulisse 4 gelenkig zueinander ausgeführt ist.
Durch Verschwenken des in Figur 1 dargestellten Stützkörpers 7 in Uhrzeigerrichtung wird die Kulisse 4 über den Hebel 13 und das Zwischenglied 14 entgegen der Uhrzeigerrichtung verschwenkt, wodurch der Ventilhub in Richtung maximaler Hubhöhe verstellt wird. Durch die Zwangsführung des Übertragungsgliedes 6 in der Führung 9 durch den Bolzen 8 erfolgt bei der Verstellung von einem minimalen zu einem maximalen Hub eine automatische Verlagerung des Ventilschließzeitpunktes zu einer späteren Lage. Die Drehrichtung DR2 der Nockenwelle 2 ist dabei in Figur 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Verstellung von einem maximalen zu einem minimalen Hub erfolgt analog, wobei der Stützkörper 7 entgegen der Uhrzeigerrichtung verschwenkt wird. Gleichzeitig wird auch ein früheres Auslassschließen vorgenommen. Die Phasenlage des Ventilhubmaximums wird somit gekoppelt mit der Veränderung der Ventilschließzeit und der Ventilhubhöhe verstellt.
Die Lagerung der Kulisse 4 erfolgt entweder direkt auf der Nockenwelle 2 oder separat im Gehäuse des Zylinderkopfs oder -blocks ZB.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes für die Auslassventile einer Brennkraftmaschine erfolgt bei einer Verstellung in Richtung eines größeren Ventilhubes ein zeitigeres Öffnen des Auslassventils.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass die Kulisse 4 wie oben beschrieben durch einen separaten Antrieb verstellt werden kann. Dabei kann der Stützkörper 7 mit der Steuerkurve 11 fest an dem Zylinderkopf angeordnet sein. Eine Verbindung des Stützkörpers 7 mit dem Übertragungsglied 6 über den Hebel 13 und das Zwischenglied 14 erfolgt dabei nicht. Die Steuerkurve 11 kann so gestaltet sein, dass sich bei feststehender Steuerkurve 11 und einem Verschwenken der Kulisse 4 sowohl eine Veränderung der Hubhöhe als auch der Ventilöffnungs- und/oder Schließzeiten einstellt.
Bei einer weiteren Variante ist es auch möglich, dass bei einer separaten Verstellung der Kulisse 4 durch den Antrieb auch der Stützkörper 7 verschwenkbar an dem Zylinderkopf angeordnet ist, wodurch der Eingriff der Rolle 5 mit der Steuerkurve 11 verändert und damit ebenfalls die Ventilhubkurve änderbar ist. Die Verstellung des Stützkörpers 7 kann dabei unabhängig von der Verlagerung der Kulisse 4 um die Nockenwelle 2 erfolgen.
In der Figur 2 ist eine Kulisse 4 für einen doppelseitig wirkenden Schwenkhebel 1, bei dem zwei Ventile auf verschiedenen Seiten der Nockenwelle 2 betätigt werden, dargestellt. Dabei ist zur Vereinfachung nur die Führung 9 der Kulisse 4 dargestellt. Die Nockenwelle 2 ist dabei mit zwei Nocken 15 versehen (zweiter Nocken nicht dargestellt), wobei jeweils ein Nocken 15 mit jeweils einer Rolle 12 des jeweiligen Übertragungsgliedes 6 in Wirkverbindung steht. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kontur der beiden Nocken 15 unterschiedlich zu gestalten, so dass verschiedene Hubkurven für die jeweiligen Ventile wirksam werden. Möglich ist beispielsweise die gekoppelte Verstellung eines Einlassventils und eines Auslassventils, wobei vorzugsweise Einlassschließzeit und Auslassöffnung gekoppelt verstellt werden.
In der Figur 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Der Stützkörper 7 mit der daran befindlichen Steuerkurve 11 ist dabei fest am Zylinderblock ZB angeordnet. Die Führung und Verlagerung des Übertragungsgliedes 6 erfolgt über eine fest am Zylinderblock ZB angeordnete Verstelleinrichtung 20, die von einer Stelleinrichtung 22 verstellt wird. Durch die Verstelleinrichtung 20, die beispielsweise als ein Exzenter, ein verschiebbarer Bolzen oder dergleichen ausgebildet ist, wird im Zusammenwirken mit einer Führungsschwinge 19, die die Verstelleinrichtung 20 mit dem Übertragungsglied 6 verbindet, das Übertragungsglied 6 verlagert.
Durch die Verstellung mittels der Verstelleinrichtung 20, bei der über die Führungsschwinge 19 das Übertragungsglied 6 und somit die Berührungslinie zwischen Nocken 15 und der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 um den Winkel α entgegen der Drehrichtung DR2 der Nockenwelle 2 verlagert wird, erfolgt, wie bereits oben zu Figur 1 beschrieben, eine Verringerung der Ventilerhebung bei einer Vorverlagerung des Ventilerhebungsbereiches. Wird durch Verstellung mittels der Verstelleinrichtung 20 die Berührungslinie zwischen Nocken 15 und der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 um den Winkel α in Drehrichtung DR2 der Nockenwelle 2 verlagert, erfolgt bei einer geringen Ventilerhebung eine Rückverlagerung des Ventilöffnungsbereiches. In beiden Fällen steht die Rolle 5 nach Beginn der Nockenerhebung über einen größeren Bereich mit dem vorderen Teil der Steuerkurve 11 im Eingriff, in der das Ventil nicht öffnet. In der Figur 3 ist aber der Fall dargestellt, bei dem eine maximale Ventilerhebung beim Durchlauf des 15 erzielt wird. Die Verstellmöglichkeit des Berührungspunkts der Rolle 12 gegenüber der Nockenwelle 2 um den Winkel α ist in Figur 3 schematisch dargestellt.
Zur Sicherung eines ständigen Kontakts der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 mit der Kontur des Nockens 15 ist hierbei die Feder 10 an der Führungsschwinge 19 angeordnet. Die Feder 10 ist ebenfalls als Druckfeder ausgebildet und stützt sich an dem Zylinderblock ZB ab.
Der Schwenkhebel 1 gemäß der Variante zwei kann auch ein- oder doppelseitig wirkend ausgebildet sein, wobei bei einem doppelseitig wirkenden Schwenkhebel 1 jede Schwenkhebelseite über jeweils eine Rolle 5 mit dem zugehörigen Übertragungsglied 6 und der Steuerkurve 11 und über die Führungsschwinge 19 mit einer Verstelleinrichtung 20 in Wirkverbindung steht.
In der Figur 4 ist eine Ausführungsform zu der Variante zwei des erfindungsgemäßen Ventiltriebes für Brennkraftmaschinen mit in V-Form angeordneten Zylinderbänken und im V-Winkel der Zylinderbänke angeordneter Nockenwelle 2 in stark schematisierter Darstellung dargestellt, bei der der auf der rechten und linken Seite der Nockenwelle 2 angeordnete Mechanismus MR und ML völlig der Ausführung von Figur 3 entspricht.
Die Stützkörper 7 sind fest am Zylinderblock ZB angeordnet und jeweils mit einer Steuerkurve 11 zur Einstellung der Ventilerhebung versehen. Die Verstellung der Ventilerhebung mit einer automatischen Vor- oder Rückverlagerung des Ventilöffnungsbereiches erfolgt über eine Verstelleinrichtung 20, die jeweils an den beiden Führungsschwingen 19 angeordnet ist. Die Verstellung mittels der Verstelleinrichtung 20 beider Seiten erfolgt von der jeweils zugeordneten Stelleinrichtung 22 in ihrer Stellbewegung gegenläufig, jedoch dabei immer hinsichtlich der Verstellung zu maximalem oder minimalem Ventilöffnungsbereich synchron. Über einen Koppelbügel 23 sind die beiden Führungsschwingen 19 der rechten und der linken Seite miteinander verbunden.
Es ist aber auch denkbar, dass zur Hubeinstellung bei gleichzeitiger automatischer Verlagerung des Ventilöffnungsbereiches nur an einer Seite der Nockenwelle 2 eine Verstelleinrichtung 20 mit einer dazugehörigen Stelleinrichtung 22 an einer Führungsschwinge 19 angeordnet ist. Die Verstellung der anderen Seite erfolgt über den Koppelbügel 23. Die Verstelleinrichtung 20 kann dabei ein Exzenter, ein verschiebbarer Bolzen oder dergleichen sein.
Durch die Verschiebung der Führungsschwingen 19 mittels der Verstelleinrichtung 20 erfolgt, wie bereits dargelegt, eine Verlagerung des Angriffspunktes der Rolle 12 des Übertragungsgliedes 6 gegenüber dem Nocken 15 der Nockenwelle 2 und eine Verlagerung des Angriffspunktes der Rolle 5 gegenüber der Stützkurve bzw. der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 7. Durch diese Verlagerung erfolgt eine Änderung der Ventilerhebung (Hubgröße) bei einer gleichzeitigen automatischen Verlagerung des Ventilöffnungsbereiches.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1: Schwenkhebel
2: Nockenwelle
3: Stößelstange
4: Kulisse
5: Rolle
6: Übertragungsglied
7: Stützkörper
8: Bolzen
9: Führung
10: Feder
11: Steuerkurve
12: Rolle
13: Hebel
14: Zwischenglied
15: Nocken
16: Auflagefläche
17: Ventilbetätigungsmechanismus, schematisch als Einheit dargestellt
18: Feder
19: Führungsschwinge
20: Verstelleinrichtung
21: Stützlager
22: Stelleinrichtung
23: Koppelbügel
DR2: Drehrichtung von 2
MR: Mechanismus, auf der rechten Seite der Nockenwelle 2 angeordnet
ML: Mechanismus, auf der linken Seite der Nockenwelle 2 angeordnet
R: Radius
ZB: Zylinderblock
α: Winkel der Verlagerung

Claims

Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Nockenwelle und im Zylinderkopf angeordneten Ventilbetätigungselementen für ein oder mehrere Ventile eines jeden Zylinders, wobei die Ventilbetätigungselemente über einen direkt oder indirekt ortsfest im Zylinderblock oder Zylinderkopf gelagerten Schwenkhebel jeweils über ein an einem Stützkörper geführtes Übertragungsglied mittelbar mit einem Nocken form- und/oder kraftschlüssig im Eingriff stehen, wobei das Übertragungsglied nockenseitig geführt ist,
gekennzeichnet dadurch, dass
zum Verändern der Ventilhubkurve der Berührungspunkt zwischen dem Übertragungsglied (6) und dem Nocken (15) entlang des Umfanges des Nockens (15) und der Berührungspunkt zwischen dem Übertragungsglied (6) und einer Steuerkurve (11) des Stützkörpers (7) bei gleichzeitiger Zwangsführung des mit den Nocken (15) in Wirkverbindung stehenden Teils des Übertragungsgliedes (6) durch Verlagern des Übertragungsgliedes (6) gegenüber der Nockenwelle (2) verstellbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Berührungspunkt zwischen der Kontur des Nockens (15) und dem Übertragungsglied (6) um die Nockenwelle (2) verschwenkbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Übertragungsglied (6) über eine Rolle (12) in Wirkverbindung mit der Kontur des Nockens (15) steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Übertragungsglied (6) über eine Rolle (5) mit einer an einem Stützkörper (7) angeordneten Steuerkurve (11) und mit dem Schwenkhebel (1) im Eingriff steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwenkhebel (1) eine Auflagefläche (16) für die Rolle (5) des Übertragungsgliedes (6) aufweist, welche mit der an einem Stützkörper (7) angeordneten Steuerkurve (11) und mit der Auflagefläche (16) des Schwenkhebels (1) im Eingriff steht, wobei die Auflagefläche (16) in ihrem Verlauf als Radius (R) um den Drehpunkt des Stützkörpers (7) ausgestaltet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nockenwelle (2) ober- oder unterhalb des Schwenkhebels (1) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verlagern des Übertragungsglieds (6) eine nockenseitige Führung (9) des Übertragungsgliedes (6) gegenüber der Nockenwelle (2) verstellbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führung (9) des Übertragungsgliedes (6) um die Nockenwelle (2) verschwenkbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass um die Nockenwelle (2) eine verschwenkbare Kulisse (4) angeordnet ist, die mit wenigstens einer Führung (9) zur längsbeweglichen Aufnahme eines fest mit dem Übertragungsglied (6) verbundenen Bolzens (8), einer Rolle oder eines Gleitsteines versehen ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führung (9) in der Kulisse (4) zur Aufnahme des fest mit dem Übertragungsglied (6) verbundenen Bolzens (8) als Langloch ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwenkhebel (1) ein- oder doppelseitig wirkend ausgebildet ist, wobei bei einem doppelseitig wirkenden Schwenkhebel (1) jede Schwenkhebelseite über jeweils eine Rolle (5) mit dem zugehörigen Übertragungsglied (6) und der Steuerkurve (11) und über den Bolzen (8) mit jeweils einer Führung (9) der Kulisse (4) in Wirkverbindung stehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stützkörper (7) fest oder verschwenkbar mit dem Zylinderblock (ZB) oder Zylinderkopf verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kulisse (4) auf der Nockenwelle (2) oder im Gehäuse des Zylinderkopfs oder -blocks (ZB) gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kulisse (4) eine zweite Führung (9) für ein weiteres Übertragungsglied (6) zum Betätigen eines weiteren Ventils aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kulisse (4) und der verschwenkbare Stützkörper (7) über einen Hebel (13) und ein Zwischenglied (14) gelenkig miteinander verbunden sind, wobei entweder der Hebel (13) am Stützkörper (7) oder das Zwischenglied (14) an der Kulisse (4) fest angeordnet sind, während die anderen Verbindungspunkte gelenkig zueinander gehalten sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verschwenken der Kulisse (4) ein separater Antrieb angeordnet ist, dessen Ritzel mit einer am Umfang der Kulisse (4) angeordneten Verzahnung im Eingriff steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verlagern des Übertragungsgliedes (6) gegenüber der Nockenwelle (2) eine ortsfest verstellbare Verstelleinrichtung (20) angeordnet ist, die über eine Führungsschwinge (19) mit dem Übertragungsglied (6) verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) fest am Zylinderblock (ZB) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 17 und 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstelleinrichtung (20) als ein Exzenter, ein verschiebbarer Bolzen oder dergleichen ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verstellen die Verstelleinrichtung (20) mit einer Stelleinrichtung (22) verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schwenkhebel (1) ein- oder doppelseitig wirkend ausgebildet ist, wobei bei einem doppelseitig wirkenden Schwenkhebel (1) jede Schwenkhebelseite über jeweils eine Rolle (5) mit dem zugehörigen Übertragungsglied (6) und der Steuerkurve (11) und über die Führungsschwinge (19) mit einer Verstelleinrichtung (20) in Wirkverbindung steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungsschwinge (19) der einen Seite über einen Koppelbügel (23) mit der Führungsschwinge (19) der anderen Seite gekoppelt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 21 und 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
dass nur an einer Seite der Nockenwelle (2) an einer Führungsschwinge (19) eine Verstelleinrichtung (20) mit einer Stelleinrichtung (22) angeordnet ist.