DE10006016A1

DE10006016A1 - Variabler Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10006016A1
Application number: DE2000106016
Authority: DE
Inventors: Frank Himsel
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: DE10006016B4

Abstract

Vorgeschlagen ist ein vollvariabler Ventiltrieb (1) zur drosselfreien Laststeuerung einer Brennkraftmaschine. Besonderes Merkmal der Erfindung ist es, dass ein Übertragungsglied (4) für ein Ventilbetätigungsglied (12) vorgesehen ist, das zweigeteilt hergestellt ist. Zum einen besteht es aus einem mit einem Nocken (2) einenends kommunizierenden Schwinghebel (4a) und andererseits aus wenigstens einer Klinke (4b). Die Klinke (4b) ist an einem freien Ende (5) des Schwinghebels (4a) verschwenkbeweglich an diesem befestigt. Sie kommuniziert einerseits mit einem Rastgebirge (14) eines Drehfingers (8a). Andererseits wirkt sie auf das Ventilbetätigungsglied (12) durch eine Verschwenkbewegung ein. Diese kann durch eine Lagezuordnung des Rastgebirges (14) in Bezug auf eine Angriffsfläche (11) der Klinke (4b) beeinflusst werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine, vorzugsweise betrifft die Erfindung einen vollvariablen Ventiltrieb zur drosselfreien Laststeuerung der Brennkraftmaschi ne, welcher Ventiltrieb zwischen einem Nocken einer Nockenwelle und zumin dest einem Einlaßventil angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetäti gungsglied, einem Übertragungsglied und einem Verstellmittel zur Beeinflus sung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes, welches Übertragungsglied trieblich zwischen dem Nocken und dem Ventilbetätigungsglied eingebaut ist und eine erste von dem Nocken beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ven tilbetätigungsglied einwirkende Angriffsfläche hat.

Hintergrund der Erfindung

Die Vorteile der drosselfreien Laststeuerung über vollvariable Ventiltriebe sind der Fachwelt hinreichend bekannt. Durch die Entdrosselung gelingt es, die ansonsten über weite Lastzustände der Brennkraftmaschine auftretenden An saugverluste auszuschalten.

So offenbart die DE 195 09 604 A1 einen vollvariablen Schwinghebeltrieb, dessen als weiterer Schwinghebel ausgebildetes Übertragungsglied von einem Exzenter verstellt werden kann. Das Übertragungsglied ist von einer Torsions schenkelfeder als Lost-Motion-Feder beaufschlagt.

Nachteilig ist es bei dem vorbekannten Ventiltrieb hauptsächlich, dass er durch die aufrechte Lage seines Übertragungsgliedes mit oben liegendem Exzenter unerwünscht hoch baut. Gerade in diesem Zylinderkopfbereich ist in aller Re gel kaum noch Bauraum zur Unterbringung der vorgenannten Bauteile vorhan den. Somit müssen ungünstigstenfalls aufwändige Änderungen am Zylinder kopfdeckel bis hin zur Motorumgebung realisiert werden. Des Weiteren ist fest zustellen, dass der Hebel bei Beaufschlagung und Verstellung einen sehr komplexen Bewegungsablauf durchläuft, der steuerungstechnisch nur schwer zu beherrschen ist.

Sehr oft wird bei den in der Literatur beschriebenen vollvariablen Systemen auch lediglich der Einfass-Schließtzeitpunkt geändert, bei gleichzeitiger Varia tionsmöglichkeit einer Hubhöhe des beaufschlagten Gaswechselventils.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Gat tung zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Übertragungs glied zweigeteilt hergestellt ist und aus einem Schwinghebel mit der ersten Angriffsfläche und zumindest einer Klinke mit der zweiten Angriffsfläche be steht, welche Klinke an einem dem Ventilbetätigungsglied zugewandten freien Ende des Schwinghebels mit ihrem Schwenkzentrum befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche parallel zu einer bzw. in Erstreckungsrichtung einer Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes verläuft, wobei die Klinke eine dritte Angriffsfläche für das Verstellmittel hat, die an einer der zweiten Angriffs fläche abgewandten Seite angeordnet ist, welche dritte Angriffsfläche ein Rastgebirge des Verstellmittels bei Nockenhub abgreift, dessen Erhebung sich in Öffnungsrichtung des Einlaßventils erstreckt und wobei das Rastgebirge relativ zur dritten Angriffsfläche verlagerbar ist.

Hierdurch ist ein vorzugsweise vollvariabler Ventiltrieb geschaffen, der eine deutlich geringere Bauhöhe gegenüber dem beschreibungseinleitend zitierten Ventiltrieb hat. Somit wird die Bauhöhe im Zylinderkopfbereich nicht bzw. nur minimal erhöht, so dass aufwändige Änderungen an Umgebungskonstruktionen der Brennkraftmaschine nicht notwendig sind. Höchstliegendes Bauteil ist vor zugsweise der Drehfinger als Verstellmittel, wobei der Nocken bevorzugt seit lich angeordnet ist. Hierdurch ist ein sehr kompakt bauender Ventiltrieb ge schaffen.

Des Weiteren ist festzustellen, dass der Ventiltrieb einfacher als der im gat tungsbildenden Dokument beschriebene aufgebaut ist, mit einem deutlich sim plifizierten Bewegungsablauf bei Verstellung und Nockenhub. Signifikanter Unterschied zu dem gattungsbildenden Stand der Technik ist es, dass durch die spezielle Anordnung des Rastgebirges auf dem Verstellmittel dieses Rastgebirge bei Ventilhub nicht mitbewegt wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich zum einen die Dauer der Öff nung des wenigstens einen beaufschlagten Einlaßventils als auch die Höhe des Ventilhubs stufenlos verstellen. Vorteilhaft gegenüber einigen weiteren im Stand der Technik beschriebenen Systemen ist es zudem, dass auch der Ein laßöffnungszeitpunkt in Richtung spät verlagert werden kann. In diesem Zu sammenhang ist es vorgeschlagen, die Nockenwelle mit einer Vorrichtung zu ihrer Relativverdrehung an sich bekannter Bauart zu versehen. Hierdurch kann auch eine evtl. gewünschte Rückverstellung in Richtung "früh" realisiert wer den.

Die an dem freien (verschwenkenden) Ende des Schwinghebels positionierte Klinke durchfährt bei dessen Verschwenkbewegung durch Nockenhub eine zwischen einer Kontaktfläche des Ventilbetätigungsgliedes und dem Rastge birge der Klinke liegenden Bewegungskanal. Im Nullhubabschnitt vollzieht sie lediglich eine rotatorische Bewegung um die Achse des Schwinghebels. Hierzu ist ihre zweite Angriffsfläche vorteilhafterweise als gedachte Zylinderfläche um die o. g. Achse ausgebildet. In Abhängigkeit einer durch das Rastgebirge er zwungenen Verschwenkbewegung der Klinke im Bewegungskanal in Öffnungs richtung des Einlaßventils vollzieht das Ventilbetätigungsglied und somit das Einlaßventil einen Hub. Der vorgenannten rotatorischen Bewegung um die Achse wird eine Drehbewegung um das Schwenkzentrum der Klinke hinzuge fügt. Durch dieses einstellbare, zwangsweise Verschwenken in die genannte Öffnungsrichtung ist die vollvariable Öffnungsbewegung des Einlaßventils her stellbar.

In vorteilhafter Weise ist der Drehfinger auf einer Achse mit dem Schwinghebel positioniert. Es ist jedoch auch vorgesehen, dem Drehfinger eine separate La gerung zuzuordnen, die unmittelbar in der Nähe der Klinke verläuft. Auch kann er von der Fingerform abweichende Geometrie haben. Wichtig ist es lediglich, dass er eine einstellbare Verschwenkbewegung für die Klinke in Öffnungsrich tung des Einlaßventils erzeugt. Insgesamt gesehen sind zur Erzeugung der variablen Hubbewegung des wenigstens einen Einlaßventils sämtliche Ober flächen des Rastgebirges, der dritten Angriffsfläche, der zweiten Angriffsfläche sowie der Kontaktfläche aufeinander abstimmbar und heranzuziehen.

Zweckmäßigerweise hat der Nullhubabschnitt des Rastgebirges eine solche Bogenlänge bzw. einen derartigen Radius, dass bei entsprechender Positionie rung der Klinke hierzu ein Nullhub bzw. lediglich ein Minimalhub am Einlaß ventil erzeugt ist. Somit kann das gesamte System auch zur Ventil- bzw. Zylin derabschaltung benutzt werden.

Ein höchster Ventilhub am Einlaßventil wird dann erzeugt, wenn der Drehfinger derartig in Bezug auf die dritte Angriffsfläche der Klinke verdreht wird, dass die dritte Angriffsfläche bei Nockenhub eine Maximalerhöhung des Rastgebirges durchfährt. Diese Maximalerhöhung liegt am nockenfernen Abschnitt des Dreh fingers. Eine Verdrehung dieses Drehfingers kann während sämtlicher Noc kenhubphasen realisiert werden.

Gegebenenfalls kann komplett auf den Nocken verzichtet werden. In diesem Fall ist es lediglich wichtig, dass die Klinke die erzwungene Bewegung im Be wegungskanal durch beispielsweise einen Kurbeltrieb o. ä. erfährt.

Erfindungsbestandteil ist es zudem, dass das Ventilbetätigungsglied als Schlepphebel hergestellt sein kann. Mit vom Schutzumfang der Erfindung ein geschlossen sind auch Ventilbetätigungsglieder, die beispielsweise als Kipp- bzw. Schwinghebel oder aber auch als Tassenstößel hergestellt sind. Des Weiteren kann der vorschlagsgemäße variable Ventiltrieb auch in einem Stö ßelstangentrieb appliziert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dann gegeben, wenn beid seitig des Schwinghebels je eine Klinke angeordnet wird. Jede Klinke wirkt dann auf zumindest je ein Einlaßventil über ein Ventilbetätigungsglied ein. Da bei können die zwei notwendigen Verstellmittel zueinander ein unterschiedlich ausgebildetes Rastgebirge aufweisen.

Um eine permanente Anlage des Schwinghebels am Nocken zu erzielen, ist dieser durch ein Lost-Motion-Element wie eine Spiraldrehfeder in Nockenrich tung beaufschlagt. Diese kann auf der Achse für den Schwinghebel verlaufen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur eine schematische Seitenansicht auf den erfin dungsgemäßen Ventiltrieb.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 offenbart einen variablen Ventiltrieb 1. Dieser dient zur drosselfreien Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine und ist vorzugswei se vollvariabel ausgebildet. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einem seitlich positio nierten Nocken 2 einer Nockenwelle 3. Dabei ist der Nocken 2 in seinem Grundkreiskontakt zu einem Übertragungsglied 4 dargestellt. Das Übertra gungsglied 4 ist zweigeteilt ausgebildet und besteht zum einen aus einem Schwinghebel 4a und zum anderen aus einer Klinke 4b. Die Klinke 4b ist am freien Ende 5 des Schwinghebels 4a mit ihrem Schwenkzentrum 6 befestigt. Es können jedoch auch zwei Klinken 4b vorgesehen sein, welche den Schwinghe bel 4a einschließen (siehe Vorteilsangaben).

Ein Schwenkzentrum des Schwinghebels 4a verläuft auf einer nicht näher zu erläuternden, oben liegenden Achse 7, gemeinsam mit einem Verstellmittel 8. Letzteres ist hier als Drehfinger 8a ausgebildet und erstreckt sich in etwa par allel zur Klinke 4b. Es ist somit das höchstliegende Bauteil im erfindungsgemä ßen Ventiltrieb 1. Dieser baut vorteilhafterweise nicht höher als nichtvariable Ventiltriebe.

Im Bereich des freien Endes 5 hat der Schwinghebel 4a eine erste Angriffsflä che 9. Diese ist für einen Kontakt zum Nocken 2 als wälzgelagerte Rolle her gestellt. Die Klinke 4b verläuft annähernd orthogonal zum Schwinghebel 4a. Sie hat zum einen eine zweite Angriffsfläche 10, der in Richtung zum Drehfin ger 8a eine dritte Angriffsfläche 11 an der Klinke 4b gegenüberliegt. Die zweite Angriffsfläche 10 erstreckt sich in etwa in Längsrichtung eines Ventilbetäti gungsgliedes 12, das hier als Schlepphebel 12a hergestellt ist. Sie ist als gedachte Zylindermantelfläche um die Achse 7 hergestellt. Die zweite Angriffsflä che 10 wirkt somit auf eine Kontaktfläche 13 des Schlepphebels 12a ein. Diese ist hier als Rolle zur Reibungsminderung ausgebildet. Ebenfalls ist die dritte Angriffsfläche 11 als Rolle hergestellt.

Auf der Seite der dritten Angriffsfläche 11 hat der Drehfinger 8a ein Rastgebir ge 14. Dieses besteht aus einem kreisförmigen Nullhubabschnitt 14a, einer sich in nockenferne Richtung anschließenden Anlaufflanke 14b und einem fol genden Hubbereich 14c mit einer Maximalerhöhung 15. Der Hubbereich 14c ist aus der Kreisbahn des Nullhubabschnitts 14a weggeführt und als Keilfläche ausgebildet.

Zu erwähnen ist, dass der Schlepphebel 12a einenends auf einem wahlweise hydraulisch ausgebildeten Abstützelement 16 gelagert ist und anderenends auf ein oder mehrere Einlaßventile 17 einwirkt.

Um eine permanente Anlage am Nocken 2 zu gewährleisten, ist der Schwing hebel 4a von einer zeichnerisch nicht offenbarten Feder wie einer Spiraldreh feder beaufschlagt. Diese kann auf der Achse 7 verlaufen.

Bei der durch Nockenhub erzwungenen Verschwenkbewegung des Schwing hebels 4a mit Klinke 4b wird letzterer eine Bewegung in einem zwischen der Kontaktfläche 13 und dem Rastgebirge 14 liegenden Bewegungskanal 18 auf gezwungen. Diese besteht, bis auf den Nullhubmodus, aus einer Drehbewe gung um die Achse 7 und einer dieser überlagerten Verschwenkbewegung um das Schwenkzentrum 6. Gemäß der hier gezeichneten Verdrehstellung des Drehfingers 8a in Bezug auf die dritte Angriffsfläche 11 wird am Einlaßventil 17 ein Minimalhub erzeugt. Hierfür muß, zweckmäßigerweise im Grundkreis des Nockens 2, die dritte Angriffsfläche 11 der Klinke 4b am entgegen der Uhrzei gerrichtung liegenden Anfang der Anlaufflanke 14b stehen. Mit weiterer Ver schwenkbewegung des Schwinghebels 4a durchläuft die dritte Angriffsfläche 11 weitestgehend lediglich die Kreisbahn des Nullhubabschnitts 14a bis maximal an die Anlaufflanke 14b heran. Das Einlaßventil 17 bleibt geschlossen bzw. öffnet lediglich minimal wie angedeutet.

Ist beispielsweise ein Vollhub des Einlaßventils 17 gewünscht, so wird der Drehfinger 8a über ein nicht näher beschriebenes Beaufschlagungsmittel der art entgegen der Uhrzeigerrichtung verdreht, dass die dritte Angriffsfläche 11 bei Nockenhub bis in einen Bereich der Maximalerhebung 15 des Hubberei ches 14c gelangt. Somit wird der Klinke 4b neben ihrer Drehbewegung um die Achse 7 im Bewegungskanal 18 gleichzeitig eine maximale Verschwenkbewe gung um ihr Schwenkzentrum 6, entgegen der Uhrzeigerrichtung, aufgezwun gen. Das Einlaßventil 17 öffnet vollständig.

Denkbar sind selbstverständlich auch alle Arten von zwischen den vorbe schriebenen Verstellmöglichkeiten liegenden Verstellungen.

Liste der Bezugszahlen

1

Ventiltrieb

2

Nocken

3

Nockenwelle

4

Übertragungsglied

4

a Schwinghebel

4

b Klinke

5

freies Ende

6

Schwenkzentrum

7

Achse

8

Verstellmittel

8

a Drehfinger

9

erste Angriffsfläche

10

zweite Angriffsfläche

11

dritte Angriffsfläche

12

Ventilbetätigungsglied

12

a Schlepphebel

13

Kontaktfläche

14

Rastgebirge

14

a Nullhubabschnitt

14

b Anlaufflanke

14

c Hubbereich

15

Maximalerhöhung

16

Abstützelement

17

Einlaßventil

18

Bewegungskanal

Claims

1. Variabler Ventiltrieb (1) zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brenn kraftmaschine, vorzugsweise vollvariabler Ventiltrieb (1) zur drosselfreien Laststeuerung der Brennkraftmaschine, welcher Ventiltrieb (1) zwischen ei nem Nocken (2) einer Nockenwelle (3) und zumindest einem Einlaßventil (17) angeordnet ist, mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied (12), ei nem Übertragungsglied (4) und einem Verstellmittel (8) zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes (4), welches Übertragungsglied (4) trieblich zwischen dem Nocken (2) und dem Ventilbetätigungsglied (12) eingebaut ist und eine erste von dem Nocken (2) beaufschlagte sowie eine zweite auf das Ventilbetätigungsglied (12) einwirkende Angriffsfläche (9, 10) hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsglied (4) zwei geteilt hergestellt ist und aus einem Schwinghebel (4a) mit der ersten An griffsfläche (9) und zumindest einer Klinke (4b) mit der zweiten Angriffsflä che (10) besteht, welche Klinke (4b) an einem dem Ventilbetätigungsglied (12) zugewandten freien Ende (5) des Schwinghebels (4a) mit ihrem Schwenkzentrum (6) befestigt ist sowie mit ihrer zweiten Angriffsfläche (10) im wesentlichen in Erstreckungsrichtung einer Kontaktfläche (13) des Ven tilbetätigungsgliedes (12) verläuft, wobei die Klinke (4b) eine dritte Angriffs fläche (11) für das Verstellmittel (8) hat, die an einer der zweiten Angriffs fläche (10) abgewandten Seite angeordnet ist, welche dritte Angriffsfläche (11) ein Rastgebirge (14) des Verstellmittels (8) bei Nockenhub abgreift, dessen Erhebung sich in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) erstreckt und wobei das Rastgebirge (14) relativ zur dritten Angriffsfläche (11) verla gerbar ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstell mittel (8) als Drehfinger (8a) ausgebildet ist, an dessen der dritten Angriffs fläche (11) zugewandter Seite das Rastgebirge (14) ausgebildet ist, zwi schen welchem Rastgebirge (14) und der Kontaktfläche (13) ein Bewe gungskanal (18) für die Klinke (4b) bei Nockenhub gebildet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastge birge (14) aus einem kreisbogenförmigen Nullhubabschnitt (14a), einer sich in Bewegungsrichtung der Klinke (4b) bei Nockenhub anschließenden An laufflanke (14b) und einem darauf folgenden keilartigen Hubbereich (14c) besteht.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullhu babschnitt (14a) eine derartige Bogenlänge bzw. Radius hat und so durch den Drehfinger (8a) mit seinem nockenseitigen Anfang gegenüber der drit ten Angriffsfläche (11) positionierbar ist, dass die Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub erzwungenem Durchfahren des Bewegungskanals (18) keine Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) er fährt.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubbe reich (14c) mit seiner nockenfernen Maximalerhöhung (15) so durch den Drehfinger (8a) gegenüber der dritten Angriffsfläche (11) positionierbar ist, dass an der Klinke (4b) bei ihrem durch Nockenhub erzwungenem Durch fahren des Bewegungskanals (18) eine maximale Verschwenkbewegung in Öffnungsrichtung des Einlaßventils (17) erzeugt ist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehfin ger (8a) und der Schwinghebel (4a) auf einer selben Achse (7) gelagert sind.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Elemente erste Angriffsfläche (9), zweite Angriffsfläche (10), dritte Angriffsfläche (11), Kontaktfläche (13) als wahlweise wälzgelagerte Rolle ausgebildet ist.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil betätigungsglied (12) als Schlepp- oder Schwinghebel (12a) hergestellt ist.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwing hebel (4a) des Übertragungsgliedes (4) in Richtung zum Nocken (2) durch wenigstens ein Federmittel wie eine Spiraldrehfeder beaufschlagt ist.

10. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinghebel (4a) so angeordnet ist, dass er im Wesentlichen in Erstrec kungsrichtung des Gaswechselventils (17) verläuft bzw. dass deren ge dachte Verlängerungen sich in einem spitzen Winkel schneiden

11. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken welle (3) mit einer Vorrichtung zur Relativverdrehung in Bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad versehen ist.

12. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Angriffsfläche (10) der Klinke (4b) als gedachte Zylindermantelfläche um ei ne Achse (7) des Schwinghebels (4a) hergestellt ist.