WO2014059980A1 - Ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltrieb einer brennkraftmaschine Download PDF

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    • F01L13/0036—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 the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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Definitions

  • the invention relates to a valve train of a combustion engine, comprising:
  • An adjuster connects to an actuating pin that can be coupled into the Axlalkulsse to move the Nookenstyeks;
  • Such a valve train is known for example from DE 10 2004 008 670 AI.
  • the relatively stable, axially actuated slotted member intervenes in the rotating x axis, the axis of which causes the nook stub to shift to the carrier white.
  • the displacement of the squat between m & liter axial positions must be within the range of the camshaft in which all noecenser screens are free of hudges, i. timely within the common circling phase of teasing.
  • AI shows a 5 such Axiaikulisse, with a successful ⁇ ETSChiebevorgang the cam piece whose participatede Assertrlgheit and Gralieh - with additional consideration of the friction - a sufficiently high dynamic corresponding to a Nockenstehrt the camshaft presupposes ö Wi previously explained, the Axialhubverlauf the Axia lk mute ulisse, 4, whose kinematics are such that the ockenstöck is displaced in time as far as possible and sufficiently white between the axlial sites in as large a rotation.
  • the kinematic design of the axiomatic devices are crucial importance for the kinematic design of the axiomatic devices are the steering forces, friction forces, friction forces, and the sum of the bucklers.
  • the present invention has for its object to train a valve train of the type mentioned so that the kinematics of ⁇ xialkuliss also Heights Nookenwellendrebzabien and / or in short Orundkrelsphasen u moderate ontaktkraften ti chen the Betat Trentsstiff and the groove edges of the ⁇ xialkulisse, ö Zy ammenfae yng the invention
  • the axial distance between the stabilized axial positions of the piece on the support shaft is ordered by the invention in the ever-overlapping siege times of the diaphragm and in concrete terms : that at least one shoulder of the neck opens the gas valve to a tipping angle still within: the ⁇ xialhisbphase of versebleben- to the cam piece is: this kinematic configuration enables over known Aus colbrungem substantially reduce the displacement of the ⁇ xlalkulisee, wherein the Versehlehekraft, di erfer- for the remaining ⁇ xlalhub s is sary is applied by the Rasflerverhehfung itself This remaining axial stroke is traversed over one or more subsequent phases of the circle until the mastic block in the second Asdalposifie is stably set.
  • This stable state is typically by dipping a spring-loaded by the carrier shaft detent ball I a Rasfkontur In cam-. reached, weaves an axial end stop for the; Neckenstöok may be formed by the Rastkon ur alieine or in common with surrounding building elements such as belspietswek se the faces of the ZyHnderkop tageretelen.
  • the reduced displacement can be used to reduce the axial acceleration of the air gap when the ignition circuit is invariably long, or to shorten the radial displacement and thus to extend the gas cylinder valve lift. Kinematically intervening designs are also possible. Short Baschreibursg of Zalschuricfeii
  • FIG. 1 shows a diagrammatic Hobdiagra rsrn of a cam piece according to the invention
  • FIG. 2 shows a hubvafia len valve drive a Srennkraltrnasehlne.
  • the basic functional principle of this known valve train can be summarized to the effect that a conventionally rigid camshaft is replaced by a cam lobe 1 with a suspending bearing 2 and a cam lobe 3 rotatably and longitudinally displaceable by means of internal expansion iwel groups axi l immediately adjacent Necken 4 and 5, the difference liehe Hubverlaufe means Noeksndecier, here medium roller drag lever 6 are selectively picked up and transferred to gas exchange valves 7.
  • the diagram shown in FIG. I illustrates the relative axial movement of the nose 3 with respect to the carrier and the actuating pin 9.
  • the simplest of the simplified diagram of the diagram is that the teasing piece ajdai is stationary, and the relative movement is on the operating position and the cam photographer is in the form of the cams roller 6 is projected
  • the current versoMebeweg h ⁇ are the mocking piece, and : de Hubveriaui v the gas echsetvenfile depending on the Moekenweliendreb inkeis ay-
  • Di Nookenrolle is represented by a continuous line in the two stable xlp positions of the nookstop and with a 5 dotted line in the cam axis of rotation in a cz position, in this intermediate position ends the free base circle OK of the two cams, and the Noeken roller starts to move
  • the locking lever 3 which stabilizes the lever piece 3 in its two axial positions comprises a spring-loaded detent ball 10, which is mounted in the support shaft and in the inner locking grooves 11 and 12 of FIG Noekenstüeks snaps, is shown Depending Eils the stable state of the latching ball to the deepest sparked the catch troughs uni, Mai hr ⁇ : 'reference for the current Versehlebe eg spaced: h ⁇ of Noekenstöcks is that stable ⁇ säalpesifL on ⁇ da Nockansfück just has left, hereafter referred to as first ⁇ lalpositicn.
  • Noekenwellendreb inkel u is now always valid for the current accidental path: h ⁇ C «v ⁇ ao) ⁇ ha
  • the dynamic displacement of the oekenstOck st, caused by acceleration, inertia and frictional forces, is just beginning valve huh hy ⁇ $ Always smaller than the axial distance h & the stabilized axial positions.
  • the Rasfkugel is 10 m of its stable position at the lowest point of the detent recess 11 and the Nookenrele 8 is substantially axialsymmetnscb for teasing A
  • the hlockeostuek 3 completely in the z ei The axial position of the cone is due to the elasticity of the spring force, and the noctenectivity is due to one or more disturbances of the ground. This is why this stable Axial oslio & hi

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Ein auf einer Trägerwelle (2) zwischen zwei Axialpositionen verschiebbares Nockenstück (3) umfasst eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken (4, 5), eine nutförmige Axialkulisse (8) und eine Rastiervorrichtung (10, 11, 12), die die Axialpositionen des Nockenstücks auf der Trägerwelle stabilisiert. Erfindungsgemäß sollen sich die Steuerzeiten der Axialkulisse und des Gaswechselventils (7) stets überlappen, so dass zumindest eine der Nockenerhebungen das Gaswechselventil zu einem Nockenwellenwinke! (αν0) Öffnet, der noch innerhalb der Axialhubphase des sieh verschiebeneden Nockenstücks liegt.

Description

Ventil iefe e frier reiin raftroa efel 118
Ose Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkr masehine, umfassend:
- e ne Nockenwelle mit einer Trägerwelle und einem Nookenstück, das auf der I'rigerwelle drehfest und zwischen zumindest ei Axialpositionen versohieh- bar angeordnet Ist ynd. d s eins Neekeogfuppe unmittelbar benachbarter o-> oken mit voneinander verschiedenen Erhebungen vrnä eine nutfömtige Axiaiku- lisse aufweist, sowie rnlt einer Rastiervörnehtüng, die die Adalpositlonen des ockenstücks auf der Irägerwelie stabilisiert;
~ einen Äkfuator nlt einem in die Äxlalkulsse einkoppelbaien Betitigungsstift zum Verschieben des Nookenstyeks;
- und einen öckenföfger, der die Erhebungen selektiv abgreift und auf ein <3as- WBohseiventll überträgt Hi iersrufid der Erimtag
Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise aus der DE 10 2004 008 670 AI bekannt. Zur Vefeebiehung des Noekenstück greif der relativ dazu axial stiilsteben- de Betätlgungsstlff In die rotierend® Äx alnuf ein, deren Äxlalhuh d s Nookenstöek zwingt, sich au der Trägerweiie zu verschieben. Die Verschiebung de Hocken- stöcks zwischen m&l Axialpositionen rnuss Innerhalb des Wlnkel ereiehs der Nockenwelle erfolgen, in dem alle Noekeneriiebungen hudfrei sind, d.h. rechtzeitig innerhalb der gemeinsamen C3rundkrelspha$e alier Necken. Anderenfalls Orde der Nöckenfolger, typischerweise di Neekenrolle eines Schlepphebels, während de darauf folgenden Erhebungsphase von zwei Nocken des noch nicht ausreichend we t verschobenen Nockenstöoks simultan betätigt werden und im Werst Case den Sehleppbehel von seinem Schwenklager herunter kippen.
Aufgrund der umfangreichen Bauteilfoleranzketie im Veniltrle Ist der Eingriff des Betätigungssflfts in die Axlalnui stets mit Axialsplei behaftet, so dass die Verschiebung des Nockenstucks nicht nur aus der gegenseitiger? Z^angef br ng von etatlgungsstlff und Axialnut sondern auch aus tragheifshebingten Freiflcgpha« sen des nlockensfiioks relativ zum Befati ungsstlff resultiert. Die fVlassenträgibeit des sich verschiebenden ^ekenstu ks wird in besonder m usmaß bei Axialku- to e mit sieh k euzend n Kullssenbahnec genu , die vor ihrem reuznngs- pnnkt lediglich eine beschleunigende: utfianke und nach dem reu ungspuokt lediglich eine verzögernd ■ Hutflanke haben. Die DE 101 48 17? AI zeigt eine 5 derartige Axiaikulisse, wobei ein erfolgreicher ¥eTSChiebevorgang des Nocken- Stück dessen auereichende assentrlgheit und folglieh - unter zusätzliche Berücksichtigung der Reibung - ein ausreichend hohe Dynamik entsprechend einer indestdrehzäht der Nockenwelle voraussetzt ö Wi zuvor erläutert, mute der Äxialhubverlauf de r Axia lk ulisse , 4 , deren Kinematik so beschaffen sein, dass das ockenstöck in einem möglichst großen: Dreh« ablbereieh rechtzeitig und ausreichend weif zwischen den Axlaipositlonen verschoben wird. aßgeblic entscheidend für die kinematisch Gestaltung der Äxi- aikuiisse sind die betrieblich auf das IMockensfüek wirkenden Bescbleunigungs-,5 Tfägheüs- und Reibungskräft sowie die Summe der Bautelltölerainzem Umgekehrt bat die Kinematik der Axlatkelisse direkten Einiuss auf die Kentaktkräfte zwischen dem Betätigungsstift, und den ufflanken, wobei diese Konfaktkrafte auch bei hohen Axlalhesehieunigungen des ockenslüc e, d,h, bei hohen Nocken weliendmbzablen oder hei einer kurzen Grundkreisphase der Moekenerhe- bungen erträglich bleiben müssen,
Äwfgabe der Eflndtirtg
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrie der ein-5 gangs genannten Art so fortzubilden, dass die Kinematik der Äxialkuliss auch Des höhen Nookenwellendrebzabien und/oder bei kurzen Orundkrelsphasen u moderate ontaktkraften ti chen dem Betatigungsstiff und den Nutflanken der Äxialkulisse führt, ö Zy ammenfae yng der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass beim dynamischen Verschieben des Nockenstücks von der ersten In die zweite Axialposition stets die folgen» de Beziehung g lt
Figure imgf000005_0001
Dabeisind;
uy™ Drehwinkel der Nockenwelle;
«v - Drehwinkel der Nockenwelle,, bei- dem der Neokenfotger beg erit, das öas- wechselvenfll mit der In der weite Axialposltfon übertragenen Erhebung zu öffnen;
i ~ momentaner Verschiebeweg des Nockenst eks bezüglich der ersten Asdal- position:
riR « axialer Abstand de stabilisierten Axialpositlonen des oekenstücks auf der Trägerwelle, in Werten ausgedrückt, bestellt die Erfindung in den sieb stets überlappenden Sieuerzeiten der ÄMialkulisse md des Gasweehselventiis und konkret dari : dass zumindest eine de Neckenerhebungen das Gaswecbselventil zu einem Necken- w'eilenwinkel öffnet der noch Innerhalb: der Äxialhisbphase des sich versebleben- den Nockenstücks liegt: Dies kinematisch Ausgestaltung ermöglicht es gegenüber bekannten Ausfübrungem den Verschiebeweg der Äxlalkulisee wesentlich zu verringern, wobei die Versehlehekraft, di für den verbleibenden Äxlalhub erfer- derlich ists durch die Rasflerverhehfung selbst aufgebracht wird Dieser verbleibende Äxlalhub wird Im Laufe einer oder mehrerer nachfolgender ©ryndkreispha- sen zurückgelegt, bis das rMockenstöck in der zweiten Asdalposifien stabil einge- rä tet ist. Dieser stabile Zustand wird typischerweise durch Eintauchen einer seitens der Tragerwelle federbelasteten Rastkugel I eine Rasfkontur Im Nocken-. stück erreicht, webet ein axialer Endanschlag für das; Neckenstöok durch die Rastkon ur alieine oder in gemeinsam mit Umgebungsbautellem wie belspietswek se den Stirnflächen der ZyHnderkop tageretelen gebildet sein kann.
Der verringerte Verschiebeweg kann bei unveränder langer Qr ndkreiephase dazu genutzt werden, die Äxlalbeschleunigung der A lalkulisse abzusenken, oder hei unverändert beber Axlalbesehleunlgung dazu, di 8runäkre!spbase zu verkürzen und folglich die GaswecNselventllerhebung zu verlängern, Kinematisch dazwischen liegende Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. K rze Baschreibursg der Zalchrsuricfeii
Weilers Merkmale der Eritndung ergeben sieh aof der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, In denen ein erindungsgema&er Ventilfrieh erläutert ist Sofern nich nders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktfensglelche erkmale oder Bauteile mit gleichen ßezygszahlen versehen. Es zeigen;
Figur 1 ei scherriafisehe Hobdiagra rsrn eines erfindungsgemiilen Nocken-- stücks;
Figur 2 einen Ausschnitt eines an sich bekannten Ve tiltriebs in Seitenansicht,
Detaillierte Beschreibu g <ö Zeiehmiiigeri
Die Erfindung sei ausgehend von Figur 2 erliutert, die einen hubvafia len Ventil- trieb einer Srennkraltrnasehlne zeigt. Das grundlegende Funktlonsprin^lp dieses an sich bekannten Ventiltrie s läset sich dahingehend zusammenfassen, daas eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine Nockenweile 1 mit einer aufen^er ahnten Tragerweile 2 und darauf mittels Innenveföahnung drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstücken 3 ersetzt ist, Jedes Nocke nstüok weist iwel Gruppen axi l unmittelbar benachbarter Necken 4 und 5 auf, deren unterschied liehe Hubverlaufe mittels Noeksnfolger, hier mittel Rollen- schlepphebel 6 selektiv abgegriffen und auf Gaswechselventile 7 übertragen wer- den.
Die -zur betriebspunkfahhängigen Aktivierung des Jeweiligen Nockens 4 oder 5 erforderliche Verschiebung des ockensfücks 3 auf der Trägerwelle 2 erfolgt über nutfdrmige Axialkulissen 8 ani Nockenstöek, die sich entsprechend der Versehie» behorstung in Ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Axialposltlon de Nockenstücks : jeweils ein ßetatigongsstlft 9: eines elektromagnetischen Äkti atcrs (nicht dargestellt) elngekoppeit wird. Zur Stabilisierung des Nockenstücks in den beiden Äxiaiposiiionen dient eine Rastlervorrlehtung, die (hier nic t erkennbar) m: Inneren der Tragefweiie verläuft und in das Innere des Nockenstücks einrastet
Das n Figur i dargestellte Diagramm verdeutlicht die axiale Relativbewe ng des $ Nöckensfücks 3 gegenüber der Tr gerweffe und dem Betätigungsstift 9. Zugensten der vereinfachten Leebarkelt des Diagramms Ist das Neckenstück äjdai stillstehend, und die Relativbewegung Ist auf den Betatigungsstt tund den Nockenfotger in Form der Nocken rolle 6 projiziert Aufgetragen sind der momentane VersoMebeweg h§ des Mockenstück ;und: de Hubveriaui v der Gas echsetvenfile in Abhängigkeit§ des Moekenweliendreb inkeis ay- Das Nockenstüek ist du ch die beiden Nocken 4 und § symbolisier!, wobei der mit durchgelesener Linie dargestellte V nfifhub hv d rch de grelleren Hocken 4 und der mit gestrichelte Linie dargestellte V nÜhub ys durch den kleineren Nocken 5 erzeugt wird. Di Nookenrolle ist mit durchgehe- gener Linie in den beiden stabilen xlalposltlonen des Nookenstöoks und mit ge~5 punkteter Linie beim Nocken ellendrehwinkei m In einer Z ischenposition dargestellt, in diese Zwischenposition endet der erbeeyngsfreie Grundkreis OK der beiden Nocken, und die Noekenrolle beginnt, den Ventithuh Ii* s f das easwechsel- ventli zu übertragen, 0 Die das Nöckenstüek 3 in dessen beiden Axlalpoeitionen stabilisierende Rastie n or- ricbtueg umfasst eine federbelastete Rastkugel 10, die In der Tragerweiie gelagert ist und in den xialposlionen: in Innere Rastmuiden 11 und 12 des Noekenstüeks einrastet, Je eils dargestellt ist der stabile Zustand der Rastkugel an den tiefste Funkten der Rastmulden, die uni das Mai hr~: beabstandet sind, Referenz für den momentanen Versehlebe eg: h§ des Noekenstöcks Ist diejenige stabile ÄsäalpesifL on< die da Nockansfück gerade verlassen hat, nachfolgend als erste Ä lalpositicn bezeichnet.
Die in der Axialkulisse i elngeüelohnefen Kreise symbolisieren di Position des dar- in elngekoppelle etitigyngssfifts i zu verschiedenen Noeken eitendrehwlokeln
Die Sequenz de dynamischen Verschiebung des Nockenstuoks 3 im Ein elnen von ks nach recht ;: a) Radiales Eintauchen; des Betatigungssfifts B in die Axialkulisse 8, ohne die Nut- flanken 3 und 14 m berühren. ) Emtkon akt das Betiiigungsstäf s mit der Bess leynigurigstlanke 13, d) Versehleben des Nookenstöcks n Riehtyng der zweiten A}dalpösifion aufgrund der ZWangsfuhrung der Bese eunlgungsianke am Sefätigungsstift. d)
Figure imgf000008_0001
14 den Betttigungssttff S; diese mit gepunkteter L ie dargestellte Position des Betätigu gsstift korrespondiert mit der Zwischenposition &o der ockenre-lie 6 beim Yerstilöff nungswinkel «y», öle mit gepunkteter Linie dargestellte Noeteoroife verlauft I dieser Grenzposition gerade noch bündig zum Nachbarnoeken S: oh mit diesem während des nun beginnenden Ventlhubs v zu kollidieren. For den momentanen Versehiebeweg heim Noekenwellendreb inkel u gilt nun stets: h §C«v ~ a o) < ha In Worten ausgedruckt: der dynamische, d,b, durch Baschleunigung », Träghells- und Reibungskräfte bedingte Verschiebeweg des oekenstOcks st hei gerade beginnendem Ventilhuh hy<$ Immer kleiner als der a- xiale Abstand h& der stabilisierten Äxlalposltlonen. Dementsprechend befindet sieb die Rastkugef 0 in dieser Zwischenpositiön noch vor dem stabilen, d.h. tiefsten Punkt der Rastmylde 11.. ) Äustauehen des Betafigungsstlits auf de radial ansteigenden Ausfall rrampe (n ht dargestellt) der Axialkuiisse, Eine Verschiebung des infolge der YentJheti- figungskrifte mit hohen axialen Pelbkraften belasteten Nückenstöeks erfolgt während der Übertragung der ¥entilhOhe bv niobt oder allenfalls in einem nicht nennenswerte Umfang,
In der zweiten Axlalpcsition befindet sich die Rasfkugel 10 m ihrer stabilen Position am tiefsten Punkt der Rastmulde 11 und die Nookenrele 8 verläuft im wesentlichen axialsymmetnscb zum Necken A Die das hlockeostuek 3 vollständig In die z ei ÄxialpositJon ver&c etertde raft resuifet su der Federkraft dar R stfer^orrsc - tung, cfe das Noctenstöek wihrand einer oder mehrerer heastungefrese Grund- kmisph sen OK in Richtyrig dieser stabile« Axial oslio &hi
Liste
1 Meokenweiie
%>? Tr gerweite
3 ockenstück
4 Nocken
■ . Nocken
8 Noetenlolfjer / N ckenro!fe
? GasweehseJvenf
8 Äxialkulisse
9 eetitigungssrift
11 Rastmukte
12 Rastmu e
13 B scMeu n igungsfanke
14 Ver^dgeryngsfianke

Claims

aterstar^B fMe » Ventilfrieb einer S ennk ateiasehluOi umfassend:
-· eine Nockenwelle (1) mi einer Trägerwelle (2) und einem Noekenstück (3)s das auf der Iragerwele (2) drehfesi und ansehen- zumindest zwei Äx alpo« sifionen versehie baf angeordnet ist und das ei e ookengruppe unmittelbar benachbarter Nocken (4, 5} mit
Figure imgf000010_0001
Erhebungen und eine nutfürmige Äsdalkpllsse |8) aufweist, sowie: m t einer Rastier- rri tu g (1Ö.: 11 >: 12j; di die Axlalposifisnen des Noekenstöcks (3) auf der Trägerwelle (2) stabilisiert;
- einen Äktuater mit einem i di Axiafkulisse (8) elnkoppelbaren Setati- gungsstlft zum Versehieben des ockensfüsks (3):
- und einen Noekenfolger iß), der di Erhebungen selektiv abgreift und auf ein öa wechsefveotil (?) übertragt;
d^d.urch geke nzeic net» dass beim dynamischen; Verschieben des Mo- e ensiücks (3) von der ersten in die z i e Axialposltion stets di folgende Beziehung !
sf y ~ ® ) pi
v Ä Drehwtnkel der Nockenwelle (1);
<xvo- Drehwinkel der Nockenwelle (1), bei dem der Nookenfelger (6) beginnt, das Gaswechselventii (?) mit de in der zweiten Asdalpositlon übertragenen Erhebun zu öffnen:
i « momentaner Verschiebeweg de Nockenstücks 13) bezüglic der ersten Äxialpositlon;
b >™ axialer Abstand der stabilisierten Axlalpesltlonen des eckensfücks (3) auf der Trägerwell (2).
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