WO2003071100A1 - Steuereinrichtung für gaswechselventile eines verbrennungsmotors - Google Patents

Steuereinrichtung für gaswechselventile eines verbrennungsmotors Download PDF

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Mahle Ventiltrieb Gmbh
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
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    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
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Definitions

  • the invention relates to a control device for gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of
  • the invention is concerned with the problem of creating a structure of the generic control device, in which simple and rationally manageable manufacturing processes driving an extremely high functional operating accuracy of the control device can be achieved.
  • the invention is based on the general idea that, on the one hand, the different curved paths within the individual curved joints between transmission elements and the housing of the control device can be made as possible on a one-piece component and, on the other hand, that this integral element is stable and exactly on an intended circular path by direct support to be slidably mounted on a compact area of the housing of the control device.
  • the cam track of the cam joint which is adjustably mounted in the housing of the control device, can be adjusted in that the cam track is molded into a link and this link is adjusted, for example, via a gear transmission.
  • the housing of the control device can advantageously have a circular cylindrical recess in which all position-determining components of the control device can be aligned on the cylindrical inner circumference of this recess.
  • This recess can in particular lie in a region of the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the circumferential wall of the circular cylindrical recess is advantageously formed in one piece for reasons of stability and accuracy, it is of course also possible to divide this component through the circular cylindrical recess.
  • a conventional camshaft, an eccentric or a desmodromic drive with complete forced guidance of the transmission element can be used as drive elements.
  • Fig. 1 is a control device with a conventional camshaft and a gas exchange valve actuated by a rocker arm
  • Fig. 2 shows a control device according to Fig. 1, in which the camshaft is replaced by an eccentric drive
  • FIG. 3 shows a control device with a conventional camshaft and a cup tappet as an actuating element of a gas exchange valve instead of the rocker arm according to FIG. 1.
  • a cam 8 driven by the camshaft 1 is connected to a transmission element 9 via a cam joint 10.
  • Bil ⁇ det within the cam joint 10 a rotatably mounted on the transmission element 9 he mounted ⁇ ste roller 11 the local plant area this Kurvengelen- kes 10.
  • the transmission element 9 is connected to the rocker arm 2 via a pivot joint 12.
  • This rocker arm 2 is pivotably supported on a support element 13 at its end remote from the valve 3.
  • This support element 13 is mounted directly on the circular cylindrical inner circumference of the recess 4 via a bearing element 14 cooperating with it and can be combined with a valve lash compensation device or cooperate with one.
  • the axis of rotation of the swivel joint 12 of the swivel lever 2 coincides with the axis of the circular cylindrical recess 4 when the gas exchange valve 3 is closed.
  • the transmission element 9 is connected via a further cam joint 15 to the housing of the control device, that is to say to the cylinder head 5 here.
  • a link 16 on which the cam joint area of the transmission element 9 engages, is displaceably mounted in the circumferential direction of the cylindrical outer surface of the recess 4.
  • the contact area of the cam joint 15 of the transmission element 9 is designed as a second roller 17 rotatably mounted on the transfer element 9, while the contact area on the link 16 is designed as a cam track with a special shape.
  • the special shape of the cam track is that a first area 18 with one to the Circular cylindrical inner surface of the recess 4 concentric surface is provided, which is followed by a second valve stroke area 19 which is decisive for the stroke of the gas exchange valve 3.
  • the maximum possible shift positions are alternatively entered by a representation in solid lines for a maximum stroke length of the gas exchange valve 3 in question and in broken lines for a minimum, for example zero stroke.
  • the control device shown in FIG. 1 is intended for a multi-cylinder internal combustion engine and has an integral backdrop 16 for this.
  • a gear mechanism can be used to move the link 16 within the recess 4, which in the simplest case is a pinion 20 which is rotatably mounted in the cylinder head 5 and which meshes in a toothed outer region 21 of the link 16.
  • the support element 13 for the rocker arm 2 can be combined or equipped with a conventional valve play compensation device.
  • the control device described above works as follows.
  • the camshaft 1 with cam 8 as the drive element acts via the cam joint 10 on the transmission element 9, which is guided over the further cam joint 15 on the link 16 adjustable within the cylinder head 5 and by means of the rocker arm 2 additionally articulated on the transmission element 9, the gas exchange valve 3 actuated.
  • the valve lift depends on the set position of the link 16, wherein a valve lift can only be generated at a position of the link 16 at which the cam joint 15 works effectively within the valve lift area 19 of the link 16.
  • a spring can act on the transmission element 9 for spring-loaded contact of the transmission element 9 with the camshaft 1 and the link 16.
  • a slight play is set by suitable stops for the transmission element 9 between the base circle region of the cam 8 of the camshaft 1 and the first roller 11 on the transmission element 9 in order to reduce the friction losses of the system.
  • a restoring force by, for example, a spring is also required.
  • All components of the position-determining Steuereinrich ⁇ processing namely, the bearing support 7 of the camshaft 1, the bearing Element 14 of the support element 13 and the backdrop 16 with the cam track of the cam joint 15 located thereon are aligned and mounted directly on the cylindrical inner jacket of the recess 4 provided in the cylinder head 5.
  • the link 15 is a component which is stable in itself and is mounted in the cylinder head without deformation.
  • the area of the cylinder head 5 drawn in one piece can be divided in order to simplify the assembly of the control device. It may also be sufficient that the recess 4 is not closed over the entire circumference, that is to say the advantages according to the invention can also be achieved with a circular cylindrical recess which is only restricted to a circumference below 360 °.
  • FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in that an eccentric drive 22 is used instead of a conventional camshaft 1.
  • an eccentric drive 22 is used instead of a conventional camshaft 1.
  • FIG. 2 therefore, only this component is provided with the relevant reference symbol, while all components other than those after the embodiment in FIG. 1 are similarly free of reference symbols.
  • the actuating element for the gas exchange valve 3 is not a rocker arm 2, but rather a cup pusher device 23, which is combined, among other things, with a valve clearance compensation device 24.
  • the articulation of the cup pusher device 23 to the transmission element 9 takes place in an axis of rotation which corresponds to that of the pivoting lever 2 in FIG. 1.
  • no reference numerals are given for the individual components, these generally correspond to those in FIG. 1.

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Abstract

Eine Steuereinrichtung für Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem mehrgliedrigen Getriebe umfassend mindestens ein Antriebselement (1), jeweils ein Gaswechselventil (3) betätigende Betätigungselemente (2), jeweils ein zwischen dem mindestens einen Antriebselement (1) und einem auf jeweils ein Gaswechselventil (3) einwirkenden Betätigungselement (2) angelenktes Übertragungselement (9), jeweils ein Kurvengelenk (15) zwischen den Übertragungselementen (9) und einem Bereich eines Gehäuses (5) der Steuereinrichtung, bei dem ein erster, an dem Übertragungselement (9) befindlicher Anlagebereich und ein zweiter in dem Gehäusebereich vorgesehener Anlagebereich während des Motorbetriebs gegeneinander verstellbar sind, soll auf einfache Weise für einen äußerst genauen Betrieb herstellbar sein. Zu diesem Zweck zeichnet sich eine solche Steuereinrichtung dadurch aus, daß der zweite Anlagebereich des Kurvengelenkes (15) die radiale Innenfläche einer kreisbogenförmig ausgebildeten Kulisse bildet, die mit einer radial außen gelegenen kreiszylindrischen Umfangsfläche in einer komplementär ausgebildeten Führungsfläche des Gehäuses der Steuereinrichtung in Kreisbogenrichtung verschiebbar abgestützt ist.

Description

Steuereinrichtung für Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Gaswech- selventile eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei einer solchen aus DE 38 33 540 C2 bekannten Einrichtung sind bei einem ehrzylindrigen Verbrennungsmotor die einzelnen, verstellbaren Kurvengelenke an den Ubertragungselemen- ten derart ausgebildet, dass die Kurvenbahnen, mit deren Hilfe eine Verstellung möglich ist, an den Ubertragungsele- menten ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass durch eine üblicherweise getrennte Bearbeitung der Ubertragungselemente und damit der Anbringung der Kurvenbahnen an diesen Ubertra- gungselementen bei der fertig montierten Steuereinrichtung durch Herstellungstoleranzen bedingte Betriebsungenauigkei- ten auftreten können.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen Aufbau der gattungsgemaßen Steuereinrichtung zu schaffen, bei dem durch einfache und rationell zu handhabende Fertigungsver- fahren eine äußerst hohe funktionelle Betriebsgenauigkeit der Steuereinrichtung erreicht werden kann.
Gelost wird dieses Problem durch die Ausgestaltung einer gattungsgemaßen Steuereinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einerseits die unterschiedlichen Kurvenbahnen innerhalb der einzelnen Kurvengelenke zwischen Ubertragungselementen und dem Gehäuse der Steuereinrichtung möglichst an einem einstucki- gen Bauteil vornehmen zu können und andererseits darin, dieses emstuckige Bauelement stabil und genau auf einer vorgesehenen Kreisbahn durch direkte Abstutzung an einem kompakten Bereich des Gehäuses der Steuereinrichtung verschiebbar zu lagern.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche .
Danach kann die Verstellung der verstellbar in dem Gehäuse der Steuereinrichtung gelagerten Kurvenbahn des Kurvengelenkes dadurch geschehen, dass die Kurvenbahn in eine Kulisse eingeformt ist und diese Kulisse über beispielsweise ein Zahnradgetriebe verstellt wird.
Das Gehäuse der Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise eine kreiszylindrische Ausnehmung ausweisen, in der sämtliche positionsbestimmende Bauelemente der Steuereinrichtung an dem zylindrischen Innenumfang dieser Ausnehmung ausgerichtet werden können.
Diese Ausnehmung kann dabei insbesondere in einem Bereich des Zylinderkopfes des Verbrennungsmotors liegen.
Obwohl aus Stabilitats- und Genauigkeitsgrunden die Umfangs- wand der kreiszylindrischen Ausnehmung vorteilhafterweise einstuckig ausgebildet ist, ist selbstverständlich auch eine Teilung dieses Bauteiles durch die kreiszylindrische Ausnehmung hindurch möglich.
Als Antriebselemente können eingesetzt werden eine konventionelle Nockenwelle, ein Exzenter- oder auch ein desmodro- mischer Antrieb mit vollständiger Zwangsfuhrung des Ubertra- gungselementes .
Vorteilhafte Ausfuhrungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen in schematischen Darstellungen in jeweils der Form einer Ansicht auf eine in einer kreiszylindrischen Ausnehmung eines Zylinderkopfes montierten Steuereinrichtung
Fig. 1 eine Steuereinrichtung mit einer üblichen Nockenwelle und einem durch einen Schlepphebel betätigten Gaswechselventil, Fig. 2 eine Steuereinrichtung nach Fig. 1, bei der die Nockenwelle durch einen Exzenterantrieb ersetzt
Figure imgf000006_0001
Fig. 3 eine Steuereinrichtung mit einer üblichen Nockenwelle und einem Tassenstoßel als Betatigungselement eines Gaswechselventiles anstelle des Schlepphebels nach Fig. 1.
Die Steuereinrichtung nach Fig. 1 arbeitet mit einer üblichen Nockenwelle 1 als Antriebselement und einem Schlepphebel 2 als Betatigungselement eines Gaswechselventiles 3. Die gesamte Steuereinrichtung ist innerhalb einer kreiszylmdri- schen Ausnehmung 4 eines einstuckig ausgeführten Bereiches eines Zylinderkopfes 5 angeordnet.
Von dem Gaswechselventil 3 ist lediglich der mit dem Schlepphebel 2 direkt in Verbindung stehende Bereich zusammen mit einer Ventilfeder 6 gezeichnet.
Die als Antriebselement dienende Nockenwelle 1 ist über ei¬ nen geteilten Lagerbock 7 auf der inneren kreiszylindrischen Mantelflache der Ausnehmung 4 angeordnet.
Von der Nockenwelle 1 steht ein von dieser angetriebener Nocken 8 mit einem Ubertragungselement 9 über ein Kurvengelenk 10 in Verbindung. Innerhalb des Kurvengelenkes 10 bil¬ det eine an dem Ubertragungselement 9 drehbar gelagerte er¬ ste Rolle 11 den dortigen Anlagebereich dieses Kurvengelen- kes 10. Das Ubertragungselement 9 ist über ein Drehgelenk 12 mit dem Schlepphebel 2 verbunden. Dieser Schlepphebel 2 stutzt sich an seinem von dem Ventil 3 entfernten Ende an einem Abstutzelement 13 schwenkbar ab. Dieses Abstutzelement 13 ist über ein mit diesem zusammenwirkendes Lagerelement 14 direkt am kreiszylindrischen Innenumfang der Ausnehmung 4 gelagert und kann mit einer Ventilspielausgleichsemrichtung kombiniert sein beziehungsweise mit einer solchen zusammenwirken .
Die Drehachse des Drehgelenkes 12 des Schwenkhebels 2 fallt bei geschlossenem Gaswechselventil 3 mit der Achse der kreiszylindrischen Ausnehmung 4 zusammen.
Das Ubertragungselement 9 steht über ein weiteres Kurvengelenk 15 mit dem Gehäuse der Steuereinrichtung, das heißt hier dem Zylinderkopf 5 in Verbindung. Dabei ist an diesem Gehäuse bzw. dem Zylinderkopf 5 an der kreiszylindrischen Mantelflache der Ausnehmung 4 eine Kulisse 16, an dem der Kurvengelenkbereich des Ubertragungselementes 9 angreift, in Umfangsrichtung der Zylindermantelflache der Ausnehmung 4 verschiebbar gelagert.
Der Anlagebereich des Kurvengelenkes 15 des Ubertragungselementes 9 ist als eine am Ubertragungselement 9 drehbar gelagerte zweite Rolle 17 ausgebildet, wahrend der Anlagebereich an der Kulisse 16 als eine Kurvenbahn mit einer besonderen Form ausgestaltet ist. Die besondere Form der Kurvenbahn besteht darin, dass ein erster Bereich 18 mit einer zu der kreiszylindrischen Innenmantelflache der Ausnehmung 4 konzentrischen Mantelflache vorgesehen ist, an den sich ein zweiter für den Hub des Gaswechselventiles 3 maßgeblicher Ventilhubbereich 19 anschließt. In der Zeichnung sind die maximal möglichen Verschiebepositionen alternativ eingetragen durch eine Darstellung in durchgezogenen Linien für eine maximale Hublange des betreffenden Gaswechselventils 3 und in unterbrochenen Linien für einen minimalen, beispielsweise Nullhub. Die in Fig. 1 gezeichnete Steuereinrichtung ist für einen mehrzylindπgen Verbrennungsmotor bestimmt und besitzt hierfür eine emstuckige Kulisse 16.
Durch ein Verschieben der Kulisse 16 in Umfangsrichtung der zylindrischen Mantelflache der Ausnehmung 4 erfolgt eine veränderte Zuordnung der Kurvenbahn mit dem ersten Bereich 18 und dem Ventilhubbereich 19 zu dem Ubertragungselement 9. Dadurch können unterschiedliche Ventilhube zwischen den beiden zuvor beschriebenen Hub-Grenzwerten eingestellt werden.
Für das Verschieben der Kulisse 16 innerhalb der Ausnehmung 4 kann ein Zahnradgetriebe dienen, das im einfachsten Fall ein in dem Zylinderkopf 5 drehbar gelagertes Zahnritzel 20 ist, das in einem verzahnten Außenbereich 21 der Kulisse 16 kämmt .
Das Abstutzelement 13 für den Schlepphebel 2 kann mit einer üblichen Ventilspielausgleichsemrichtung kombiniert bzw. ausgestattet sein. Die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung funktioniert wie folgt.
Die Nockenwelle 1 mit Nocken 8 als Antriebselement wirkt über das Kurvengelenk 10 auf das Ubertragungselement 9 ein, das über das weitere Kurvengelenk 15 an der innerhalb des Zylinderkopfes 5 verstellbaren Kulisse 16 gefuhrt wird und mittels des an dem Ubertragungselement 9 zusatzlich angelenkten Schlepphebels 2 das Gaswechselventil 3 betätigt. Der Ventilhub richtet sich nach der eingestellten Position der Kulisse 16, wobei ein Ventilhub lediglich bei einer Position der Kulisse 16 erzeugt werden kann, bei der das Kurvengelenk 15 innerhalb des Ventilhubbereiches 19 der Kulisse 16 wirksam arbeitet.
Auf das Ubertragungselement 9 kann eine nicht gezeichnete Feder zur federbelasteten Anlage des Ubertragungselementes 9 an die Nockenwelle 1 sowie die Kulisse 16 einwirken.
Ebenso ist denkbar, dass durch geeignete Anschlage für das Ubertragungselement 9 zwischen dem Grundkreisbereich des Nockens 8 der Nockenwelle 1 und der ersten Rolle 11 am Ubertragungselement 9 ein geringfügiges Spiel eingestellt wird, um die Reibungsverluste des Systems zu reduzieren. In diesem Fall ist ebenfalls eine Ruckstellkraft durch beispielsweise eine Feder erforderlich.
Alle positionsbestimmenden Bauelemente der Steuereinrich¬ tung, nämlich der Lagerbock 7 der Nockenwelle 1, das Lager- element 14 des Abstutzelementes 13 sowie die Kulisse 16 mit der an dieser befindlichen Kurvenbahn des Kurvengelenkes 15 sind direkt an dem zylindrischen Innenmantel der in dem Zylinderkopf 5 vorgesehenen Ausnehmung 4 ausgerichtet und gelagert. Insbesondere die Kulisse 15 ist ein in sich stabiles und in dem Zylinderkopf verformungsfrei gelagertes Bauelement. Der einstuckig gezeichnete Bereich des Zylinderkopfes 5 kann zur einfacheren Montage der Steuereinrichtung geteilt ausgeführt sein. Auch kann es ausreichend sein, daß die Ausnehmung 4 nicht über den gesamten Umfang geschlossen ist, das heißt die erfmdungsgemaßen Vorteile können auch bereits mit einer lediglich auf einer unterhalb 360°-Umfang beschrankten kreiszylindrischen Ausnehmung erreicht werden.
Die Ausfuhrung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass anstelle einer üblichen Nockenwelle 1 ein Exzenterantrieb 22 eingesetzt ist. In der Fig. 2 ist daher lediglich dieses Bauteil mit dem betreffenden Bezugszeichen versehen, wahrend alle anderen Bauteile als mit denjenigen nach der Ausfuhrung in Fig. 1 gleichartig bezugszeichenfrei sind.
Bei der Ausfuhrung nach Fig. 3 ist das Betatigungselement für das Gaswechselventil 3 kein Schlepphebel 2, sondern eine Tassenstoßeleinrichtung 23, die unter anderem mit einer Ven- tilspielausgleichsvorπchtung 24 kombiniert ist. Die Anlen- kung der Tassenstoßeleinrichtung 23 an das Ubertragungselement 9 erfolgt in einer Drehachse, die derjenigen des Schwenkhebels 2 in Fig. 1 entspricht. Soweit in Fig. 3 bei den einzelnen Bauteilen keine Bezugszeichen angegeben sind, stimmen diese mit denjenigen in Fig. 1 grundsatzlich uber- ein .

Claims

Ansprüche
1. Steuereinrichtung für Gaswechselventile (3) eines Verbrennungsmotors mit einem mehrgliedrigen Getriebe, umfassend
- mindestens ein Antriebselement (1, 22),
- jeweils ein Gaswechselventil (3) betätigende Betatigungs- elemente (2, 23) ,
- jeweils ein zwischen dem mindestens einen Antriebselement (1, 22) und einem auf jeweils ein Gaswechselventil (3) einwirkenden Betatigungselement (2, 23) angelenktes Ubertragungselement (9),
- jeweils ein Kurvengelenk (15) zwischen den Ubertragungs- elementen (9) und einem Bereich eines Gehäuses (5) der Steuereinrichtung, bei dem ein erster, an dem Ubertragungselement (9) befindlicher Anlagebereich und ein zweiter in dem Gehausebereich vorgesehener Anlagebereich wahrend des Motorbetriebs gegeneinander verstellbar sind, gekennzeichnet durch die Merkmale,
- der an dem Gehäuse (5) gelagerte zweite Anlagebereich des Kurvengelenkes (15) des Ubertragungselementes (9) ist als eine die Bewegungsbahn des Ubertragungselementes (9) beeinflussende verstellbare Kurvenbahn ausgebildet, wahrend der erste an dem Ubertragungselement (9) vorgesehene Anla¬ gebereich keinen veränderbaren Emfluss auf die Bewegungs- bahn des jeweiligen Ubertragungselementes (9) ausüben kann,
- der zweite Anlagebereich des Kurvengelenkes (15) gebildet wird durch die radiale Innenflache einer bogenförmig ausgebildeten Kulisse (16),
- die Kulisse (16) mit einer radial außen gelegenen kreiszy- lindπschen Umfangsflache in einer komplementär ausgebildeten Fuhrungsflache des Gehäuses (5) der Steuereinrichtung in Umfangsrichtung verschiebbar abgestutzt ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung der Kulisse (16) in Kreisbogenrichtung ein in dem Gehäuse (5) gelagertes Zahnritzel (20) mit einer damit an der Kulisse (16) vorgesehenen Verzahnung (21) zusammenwirkt .
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Steuereinrichtung ein Gehäuse (5) mit einer zumindest teilweise kreiszylindrischen Ausnehmung (4) besitzt, an deren Innenumfang die wesentlichen Elemente dieser Steuereinrichtung radial definiert gelagert sind.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wesentlichen Elemente zumindest die Lagerung des Antriebselementes (1, 22), die Abstutzlager (14) für die Be- tatigungselemente (2, 23) sowie die verstellbare Kulisse (16) umfassen.
5. Steuereinrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betätigung mehrere in Reihe liegender Gaswechselventile (3) lediglich eine einstuckig ausgebildete, verstellbare Kulisse vorgesehen ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der Steuereinrichtung ein Bereich des Zylinderkopfes (5) des Verbrennungsmotors ist.
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