DE102004057439A1

DE102004057439A1 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004057439A1
Application number: DE102004057439A
Authority: DE
Inventors: Armin Grabmaier; Matthias Söngen
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2004-11-27
Publication date: 2006-06-01
Also published as: KR20060059817A; FI20051195L; JP2006153008A; CN1782333A; FI20051195A7; CN100582443C; FI20051195A0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine.
Der Ventiltrieb weist mindestens einen Kipphebel auf, wobei der oder jeder Kipphebel mit einem ersten Ende auf jeweils mindestens ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stoßstange gelenkig verbunden ist, wobei die oder jede Stoßstange mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist und wobei die Stelleinrichtung je Stoßstange einen verstellbaren Schwinghebel aufweist, der einerseits mit einer Exzenterwelle und andererseits mit einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden und zumindest teilweise kreisbahnartig ausgebildeten Oberfläche zusammenwirkt.
Erfindungsgemäß ist der verstellbare Schwinghebel über einen nicht-verstellbaren Schwinghebel, der an einem ersten Ende auf der dem verstellbaren Schwinghebel zugekehrten Fläche eine kreisbogenartige Gleitbahn aufweist, die zumindest teilweise zum Grundkreis des Nockens konzentrisch bzw. koaxial korrespondierend ausgeführt ist, mit der Stoßstange verbunden, so dass der nicht verstellbare Schwinghebel in Richtung des Grundkreises des Nockens über die kreisbogenartige Oberfläche einer Rolle des verstellbaren Schwinghebels verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 43 30 913 A1 ist ein Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt. So umfasst der Ventiltrieb gemäß der DE 43 30 913 A1 im wesentlichen einen Kipphebel, der mit einem Hebelarm auf ein Ventil einwirkt und der mit einem anderen Hebelarm mit einer Stoßstange gelenkig verbunden ist, wobei die Stoßstange mit einer Stelleinrichtung in Wirkverbindung gebracht ist. Die Stelleinrichtung gemäß der DE 43 30 913 A1 umfasst je Ventil einen auf einem Exzenter schwingenden Schwinghebel, welcher eine Verbindung zwischen einer auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle und einer Exzenterwelle derart herstellt, dass durch ein Verdrehen der Exzenterwelle eine veränderliche Position der Rolle auf dem Nockengrundkreis erzielbar ist, was zu veränderlichen Steuerzeiten führt, so dass zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung, beispielsweise eines Dieselmotors an unterschiedliche Lastzustände sowohl an einen schadstoffarmen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb möglich wird.

Der Ventiltrieb gemäß der DE 43 30 913 A1 hat jedoch den Nachteil, dass sich bei einer Veränderung der Ventilsteuerzeiten mit Hilfe der dort offenbarten Stelleinrichtung Ventilspieländerungen nur unzureichend kompensieren lassen, so dass der Ventiltrieb gemäß der DE 43 30 913 A1 lediglich in zwei extremen Einstellungen der Exzenterwellen arbeitet. Zwischen den beiden Extrempositionen des Exzenters ergibt sich bei dem Ventiltrieb gemäß der DE 43 30 913 A1 entweder eine Restöffnung der Ventile oder ein vergrößertes Ventilspiel, so dass eine Verstellung des Exzenters zumindest von einer extremen Einstellung zur anderen extremen Einstellung während des Motorlaufs ohne Kolbenbeschädigung nicht ohne weiteres möglich ist.

Zur Bereitstellung eines Ventiltriebes, bei welchem eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahlunabhängig und lastunabhängig über den gesamten Verstellbereich während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist, wird bereits in der DE 100 41 466 A1 vorgeschlagen, zur Kompensation der Ventilspieländerung mind. ein elastisches, hydraulisches Längenänderungsausgleichsglied zu verwenden. Der in der DE 100 41 466 A1 offenbarte Ventiltrieb ermöglicht bereits eine stufenlose, drehzahlunabhängige sowie lastunabhängige Phasenverschiebung bzw. Verstellung der Ventilsteuerzeiten während des Motorslaufs.

Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem ebenfalls eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten stufenlos, drehzahl- und lastunabhängig ohne Ventilspieländerung möglich ist, jedoch ein elastischer bzw. hydraulischer Ventilspielausgleich nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der eingangs genannte Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.

Erfindungsgemäß ist der verstellbare Schwinghebel an einem ersten mit einer Rolle versehen, die auf dem Grundkreis des Nockens abrollen kann und über einen nicht-verstellbaren Schwinghebel, der an einem ersten Ende auf der dem verstellbaren Schwinghebel zugekehrten Fläche eine kreisbogenartige Gleitfläche aufweist, die zumindest teilweise gegenüber dem Grundkreis des Nockens konzentrisch bzw. koaxial korrespondierend ausgeführt ist, eben auf die Stoßstange einwirkt, derart, dass der nicht-verstellbare Schwinghebel in Richtung des Grund kreises des Nockens über die kreisbogenartige Oberfläche des verstellbaren Schwinghebels verschiebbar ist.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird also ein Ventiltrieb vorgeschlagen, der ebenfalls eine stufenlose, drehzahlunabhängige sowie lastunabhängige Verstellung bzw. Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten und eine Ventilhuberstellung während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung ermöglicht, der jedoch ohne elastische bzw. hydraulische Längenänderungsausgleichsglieder auskommt. Der Ventiltrieb der hier vorliegenden Erfindung ist demnach konstruktiv einfacher und damit kostengünstiger ausführbar.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

So ist in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Kontaktfläche zwischen der kreisbogenartigen Oberfläche des verstellbaren Schwinghebels und der kreisbogenartigen Gleitfläche des nicht-verstellbaren Schwinghebels bei geschlossenem Ventil in Abhängigkeit eines in gewünschter Weise veränderlichen Ventilhubs über den Verstellbereich des Exzenters auf der Exzenterwelle angeordnet ist, wobei der Ventilhub durch das Zusammenwirken des verstellbaren Schwinghebels mit dem nicht-verstellbaren Schwinghebel variierbar ist. In diesem Zusammenhang kann auch das Zusammenspiel der beteiligten Gleitflächen so optimiert werden, dass ein etwaiger Verschleiß minimierbar ist. Insbesondere ist durch die Wahl der Anordnung oben beschriebener Kontaktfläche der Einfluss der Phasenverschiebung mittels der Stelleinrichtung auf die Hubbewegung der Stoßstange einstellbar.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel besteht allerdings darin, dass das erste Ende des nicht-verstellbaren Schwinghebels, an diesem die kreisbogenartige Gleitbahn angeordnet ist, als klauenartige Auslängung ausgeführt ist, derart, dass die Auslängung die kreisbogenartige Oberfläche des verstellbaren Schwing hebels teilweise konzentrisch umgreift, so dass die Kontaktfläche zwischen der kreisbogenartigen Oberfläche und der kreisbogenartigen Gleitfläche bei geschlossenem Ventil vergleichsweise weit über den Umfang des Grundkreises des Nockens vom Stützpunkt der Stoßstange auf dem nicht-verstellbaren Schwinghebel entfernt ist und mit seinem anderen Ende direkt an der Exzenterwelle angelenkt ist. Damit wird sichergestellt, dass keine bzw. schlimmstenfalls eine minimale Ventilhubänderung über den Verstellbereich des Exzenters auf der Exzenterwelle auftreten kann, da die jeweiligen Hebelverhältnisse sich über die klauenartige Auslängung und durch das Abrücken der Kontaktfläche vom Stützpunkt der Stoßstange in günstiger Weise so einstellen, dass die Phasenverschiebung der Stelleinrichtung keinen oder nur minimalen Einfluss auf die Hubbewegung der Stoßstange hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine,

2: eine perspektivische Detailansicht der Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten der 1 und

3: eine Seitenansicht des Teils der Anordnung gemäß 2 in einer Position des erfindungsgemäßen Ventiltriebes, bei der das anzusteuernde Ventil geschlossen ist, sich jedoch gerade zu öffnen beginnt.

1 zeigt einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 zusammen mit einem Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors.

Der Ventiltrieb 10 gemäß der 1 verfügt über einen Kipphebel 12, wobei der Kipphebel 12 mit einem ersten Ende auf ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit einer Stoßstange 13 gelenkig verbunden ist. Die Stoßstange 13 ist mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht. Die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten umfasst eine Nockenwelle mit auf der Nockenwelle positionierten Nocken 14, eine Exzenterwelle 16 sowie einen verstellbaren Schwinghebel 17. Der verstellbare Schwinghebel 17 stellt eine Verbindung zwischen einer auf dem Nocken 14 laufenden Rolle 34 des verstellbaren Schwinghebels 17 und der Exzenterwelle 16 her, so dass durch Verdrehen der Exzenterwelle 16 die kreisbogenartige Oberfläche 18 der Rolle 34 auf dem Grundkreis 19 des Nockens 14 eine veränderliche Position einnimmt und so veränderliche Steuerzeiten erzielt werden können.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist der verstellbare Schwinghebel 17 an einem ersten Ende 22 mit einer Rolle 34 versehen, die auf dem Grundkreis 19 des Nockens 14 abrollen kann und über einen nicht-verstellbaren Schwinghebel 27, der an einem ersten Ende 28 auf der dem verstellbaren Schwinghebel 17 zugekehrten Fläche eine kreisbogenartige Gleitfläche 20 aufweist, die zumindest teilweise zum Grundkreis 19 des Nockens 14 konzentrisch bzw. koaxial korrespondierend in Form einer Zylindersegmentfläche ausgeführt ist. Der verstellbare Schwinghebel 17 wirkt auf die Stoßstange 13 derart ein, dass der nicht verstellbare Schwinghebel 27 über die Gleitfläche 20 in Richtung des Grundkreises 19 des Nockens 14 über die kreisbogenartige Oberfläche 18 des verstellbaren Schwinghebels 17 verschiebbar ist. Wie den 1 bis 3 weiterhin entnommen werden kann, ist das zweite Ende 23 des verstellbaren Schwinghebels 17 an den Exzenter der Exzenterwelle 16 gelenkt.

Beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 wird die Verbindung zwischen der auf dem Nocken 14 der Nockenwelle laufenden Rolle 34 und der Exzenterwelle 16 demnach durch den verstellbaren Schwinghebel 17 allein hergestellt. Dies ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, selbstverständlich muss die Kontaktfläche 33 zwischen der kreisbogenartigen Oberfläche 18 der Rolle 34 und der kreisbogenartigen Gleitfläche 20 des nicht-verstellbaren Schwinghebels 27 nicht zwingend am Ende 28 des nicht-verstellbaren Schwinghebels 27 ausgebildet sein, sondern kann wie voran beschrieben eben auch an anderer Stelle des Schwinghebels 27 anliegend sein.

Die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeit umfasst neben der Nockenwelle, der Exzenterwelle 16, dem verstellbaren Schwinghebel 17 wie voran beschrieben also zusätzlich noch einen nicht-verstellbaren Schwinghebel 27. Der nicht verstellbare Schwinghebel 27 ist mit einem Ende 28 am ersten Ende 22 des verstellbaren Schwinghebels 17 in Wirkverbindung gebracht und mit einem anderen Ende 29 an der Exzenterwelle 16 befestigt. Die Anbindung des nichtverstellbaren Schwinghebels 27 an den verstellbaren Schwinghebel ist dabei relativ zueinander verschiebbar, derart, dass der verstellbare Schwinghebel 17 auf der Rolle 34 einer zum Grundkreis 19 des Nockens 14 koaxial korrespondierende kreisbogenartige Gleitfläche 18 aufweist. Diese Gleitfläche 18 ist in Form einer Zylindersegmentfläche ausgeführt. Auf dieser Gleitbahn 18 ist das Ende 28 des nicht-verstellbaren Schwinghebels 27 in Richtung des Grundkreises des Nockens 14 verschiebbar, derart, dass der Abstand zwischen Mittelpunkt des Grundkreises 19 der Nockenwelle und des Stützpunktes 31 der Stoßstange 13 auf dem Ende 28 des Schwinghebels 27 bezogen auf einen bestimmten Ventilhub über den Verstellbereich der Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung immer bzw. in etwa konstant bleibt.

2 und 3 zeigen den erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10, insbesondere die Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeit des erfindungsgemäßen Ventiltriebs in der Position, bei der das anzusteuernde Ventil geschlossen ist, sich jedoch gerade öffnet. Entsprechend den durch die Verstellung der Ex zenterwelle 16 herrührenden unterschiedlichen Phasenwinkeln verändert sich die Position der Kontaktfläche 33 zwischen verstellbaren und nicht-verstellbaren Schwinghebeln 17,27 entlang der kreisbogenartigen Oberfläche 18 des Schwinghebels 17. Die sich dabei normalerweise einstellende Ventilspieländerung kann mittels der vorgeschlagenen Konstruktion (zum Grundkreis 19 des Nockens 14 koaxial korrespondierende Gleitbahn 20 am nicht-verstellbaren Schwinghebel 27, wenn die Rolle 34 auf dem Nockengrundkreis 19 läuft) vollständig kompensiert werden, so dass ein stufenloses, drehzahlunabhängiges sowie lastenunabhängiges Verstellen bzw. Phasenverschieben der Ventilsteuerzeiten über den gesamten Verstellbereich und eine Ventilhubverstellung während des Motorlaufs ohne Ventilspieländerung möglich ist. Dies wird über die Abstützung des verstellbaren Schwinghebels 17 an der Nockenwelle erreicht. Mit dieser Anordnung wird also eine Veränderung der Relativposition gegenüber der Exzenterwelle 16 ermöglicht. Der nicht verstellbare Schwinghebel 27 dient der Fixierung und verbindet die Exzenterwelle 16 mit der Stoßstange 13.

10: Ventiltrieb
11: Zylinderkopf
12: Kipphebel
13: Stoßstange
14: Nocken mit Nockenwelle
15a,b: Darstellung der Exzentrizität e1 des Exzenters
16: Exzenterwelle
17: verstellbarer Schwinghebel
18: kreisbogenartige Oberfläche
19: Grundkreis des Nockens
20: kreisbogenartige Gleitfläche
22: erstes Ende
23: zweites Ende
27: nicht-verstellbarer Schwinghebel
28: erstes Ende
29: zweites Ende
31: Stützpunkt
32: klauenartige Auslängung
33: Kontaktfläche
34: Rolle

Claims

Ventiltrieb für mind. ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit mind. einem Kipphebel (12), wobei der oder jeder Kipphebel (12) mit einem ersten Ende auf jeweils mind. ein Gaswechselventil einwirkt und mit einem zweiten Ende mit jeweils einer Stoßstange (13) gelenkig verbunden ist, wobei die oder jede Stoßstange (13) mit einer Stelleinrichtung zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist und wobei die Stelleinrichtung je Stoßstange (13) einen verstellbaren Schwinghebel (17) aufweist, der einerseits mit einer Exzenterwelle (16) und andererseits mit einem Nocken (14) einer Nockenwelle zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Schwinghebel (17) an einem ersten Ende (22) mit einer Rolle (34), die auf einem Grundkreis (19) des Nockens (14) abrollen kann, versehen ist, und über einen nicht-verstellbaren Schwinghebel (27), der an einem ersten Ende (28) auf der dem verstellbaren Schwinghebel (17) zugekehrten Fläche eine kreisbogenartige Gleitfläche (20) aufweist, die zumindest teilweise zum Grundkreis (19) des Nockens (14) konzentrisch bzw. koaxial korrespondierend in Form einer Zylindersegmentfläche ausgeführt ist, auf die Stoßstange (13) einwirkt, derart, dass der nicht-verstellbare Schwinghebel (27) in Richtung des Grundkreises (19) des Nockens (14) an seiner kreisbogenartigen Gleitfläche (20) über die kreisbogenartige Oberfläche (18) des verstellbaren Schwinghebels (17) verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (28) des nicht-verstellbaren Schwinghebels (27) als klauenartige Auslängung ausgeführt ist, derart, dass die Auslängung (32) die kreisbogenartige Oberfläche (18) der Rolle (34) am verstellbaren Schwinghebel (17) teilweise konzentrisch umgreift, so dass die Kontaktfläche (33) zwischen der Oberfläche (18) und der Gleitbahn (20) bei geschlossenem Ventil vergleichsweise weit über den Umfang des Grundkreises (19) des Nockens (14) vom Stützpunkt (31) der Stoßstange (13) auf dem nicht-verstellbaren Schwinghebel (27) abgerückt ist, und mit einem anderen Ende (29) direkt an der Exzenterwelle (16) angelenkt ist.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (33) bei geschlossenem Ventil zwischen der kreisbahnartigen Oberfläche (18) des verstellbaren Schwinghebels (17) und der kreisbogenartigen Gleitfläche (20) des nicht-verstellbaren Schwinghebels (27) in Abhängigkeit eines in gewünschter Weise veränderlichen Ventilhubs über den Verstellbereich des Exzenters auf der Exzenterwelle (16) angeordnet ist, der durch das Zusammenwirken des verstellbaren (17) mit dem nichtverstellbaren Schwinghebel (27) variierbar ist.