DE10306907B4

DE10306907B4 - Ventiltrieb mit variabel einstellbarem Hub für Ventile von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10306907B4
Application number: DE10306907A
Authority: DE
Inventors: Roger Budde; Andreas Werler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: US20040159294A1; US6807930B2; KR20040074921A; DE10306907A1

Abstract

Ventiltrieb mit variabel einstellbarem Ventilhub für die Betätigung von Ventilen eines Verbrennungsmotors, bei dem
– eine Nockenwelle (1) in einem Zylinderkopf (ZK) des Verbrennungsmotors drehbar gelagert ist und eine feste Lage zu mittels Federkraft schließenden und im Zylinderkopf (ZK) angeordneten Ventilen (2) und zu Hubübertragungsanordnungen (3) aufweist,
– jedem der Ventile (2) jeweils eine der Hubübertragungsanordnungen (3) und jeder Hubübertragungsanordnung (3) einer der Nocken (11) der Nockenwelle (1) zugeordnet ist,
– für jedes Ventil ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) vorgesehen ist, das um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse (A4) schwenkbar angeordnet und am Umfang mit Kurven versehen ist, an denen ein mittels Federkraft im Eingriff gehaltenes Zwischenglied (5) abgestützt und geführt ist,
– das Zwischenglied (5) weiterhin mit dem zugehörigen Nocken (11) der Nockenwelle (1) und zugehörigen Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das in seiner...

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit variabel einstellbarem Hub für Ventile von Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Haupanspruches.
Vorbekannt sind durch die Schrift DE 199 60 742 A1 variable Ventiltriebe für Verbrennungsmotoren, bei denen im Zylinderkopf angeordneten durch Ventilfedern schließenden Ventilen jeweils ein am Zylinderkopf mittelbar, schwenkbar gelagerter Schwenkhebel zugeordnet ist, der mittelbar unter Zwischenschaltung einer Druckrolle mit einem Nocken einer im Zylinderkopf gelagerten Nockenwelle im Eingriff steht. Die Druckrolle wird von einer Schwinge geführt, die an einem um die Nockenwellenachse schwenkbaren Stellsegment schwenkbar gelagert ist.
Der Stelltrieb zum Einstellen des Ventilhubes wird bei diesen Ventiltrieben durch das die Lagerung der Schwinge aufweisende Stellsegment und ein von einem Stellmotor angetriebenes Ritzel gebildet, wobei das Stellsegment eine äußere Verzahnung aufweist, in welche das Ritzel eingreift.
Bei Verstellung des Stellsegmentes wird die Lagerung der die Druckrolle führenden Schwinge verlagert und damit der Eingriffsbereich der Druckrolle am Schwenkhebel und der Ventilhub verändert.
In dieser Druckschrift ist weiterhin eine Ausführung eines Ventiltriebes gezeigt, bei dem eine die Druckrolle führende Schwinge an einem ortsfest geführten, jedoch zu verlagernden Stellschieber angelenkt ist. Ein Verstellmechanismus für den Stellschieber ist jedoch nicht offenbart.
Vorbekannt sind durch die Schrift DE 199 13 742 A1 variable Ventiltriebe mit einem ortsfest gelagerten, jedoch zu verschwenkenden Element, welches mit einer sich nockenförmig erhebenden Außenkontur ein veränderbares Gegenlager für ein von einem Nocken einer Nockenwelle angetriebenes Hubübertragungselement bildet. Durch die einstellbare Winkellage des schwenkbaren Elementes wird die jeweilige Lage des gegengelagerten Hubübertragungselementes und damit die Größe des Ventilhubes bestimmt. Ein Stelltrieb für das schwenkbare Element ist in dieser Schrift nicht offenbart, jedoch in der Veröffentlichung „Variable Ventilsteuerung"; Stefan Pischinger; expert-Verlag 2002; ISBN 3-8169-2119-1; S. 68, Bild 2 für den vorbeschriebenen Ventiltrieb gezeigt.
Eine Stellwelle, auf der das schwenkbare Element befestigt ist, weist ein Zahnsegment auf, in welches ein von einem Elektromotor in beiden Drehrichtungen anzutreibendes Schneckenrad eingreift. Nach Maßgabe des Motorsteuergerätes wird die Stellung des schwenkbaren Elementes und damit die Größe des Ventilhubes eingestellt.
Vorbekannt sind weitere Stelltriebe zur Hubverstellung bei variablen Ventiltrieben aus der vorgenannten Veröffentlichung dargestellt auf S. 84, Bild 6. Diese sind mit einem als Gegenlager für ein Hubübertragungselement wirkenden und dabei schwenkbaren Element, dessen Winkellage den Ventilhub bestimmt, über Kniehebel gekoppelt.
Bei diesen Ausführungen ist jeweils einer der Kniehebel mit dem den Ventilhub bestimmenden Element drehfest und axial geführt verbunden und zusammen mit diesem schwenkbar. Der andere Kniehebel ist schwenkbar an einer axial bewegbaren, jedoch drehfest geführten Stellmutter angelenkt. Die Stellmutter ist auf einer axial fest gelagerten Gewindespindel angeordnet, wobei ein Stellmotor diese Gewindespindel antreibt.
Bei der Ausführung mit quer zur Kurbelwellenachse angeordnetem Stelltrieb sind die Kniehebel über ein Drehgelenk und bei der Ausführung mit parallel zur Kurbelwellenachse angeordnetem Stelltrieb über ein Kugelgelenk gekoppelt.
Durch die Anwendung von zusammenwirkenden Kniehebeln nehmen derartige Stelltriebe einen großen Bauraum im Zylinderkopf ein, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Ventiltriebe mit variabel einstellbarem Hub der vorbeschriebenen Art Stelltriebe zu schaffen, die sich neben den Ventilbetätigungsmechanismen in günstiger Weise in Zylinderköpfen mit üblichen Abmessungen anordnen lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Zum Verstellen des in seiner Winkelstellung veränderlichen Elementes ist es mit einer drehfest gekoppelten Führungsschwinge versehen, die erfindungsgemäß mit einem benachbart angeordneten, im Zylinderkopf verschiebbar geführten Stellschieber im Eingriff steht.
Dieser Stellschieber weist im Bereich des Stellweges einen Stellsteg auf, mit dem ein- oder beidseitig Kontaktflächen des Stellhebels im Eingriff stehen.
Der Stellschieber ist mit einem Stellmotor gekoppelt, der axiale Stellbewegungen gegen Kräfte bewirkt, die über den Stellhebel eingeleitet werden. Der Stellschieber ist vorteilhaft auf der der Nockenwelle entgegengesetzten Seite des Zylinderkopfes angeordnet und fügt sich damit vorteilhaft in die übliche Gestaltung von Zylinderköpfen ein.
Vorteilhaft können die Steuerfläche bzw. Steuerflächen des am Stellschieber vorhandenen Stellsteges in der Weise ausgeführt sein, dass sich bei Verstellung zum maximalen Hub hin die Änderung des Hubes im Verhältnis zum Stellweg verringert. Dadurch ergibt sich einerseits eine feinere Verstellung und andererseits eine höhere Übersetzung für die Verstellung im Bereich hoher wirkender Kräfte bei großem bzw. maximalem Ventilhub.
Vorteilhaft kann die am Zwischenglied angreifende Feder am veränderlichen Element abgestützt sein, wobei deren Kraft ein Dreh- bzw. Stützmoment in Richtung einer Verstellung zu größerem Hub am veränderlichen Element bewirkt. Durch eine solche Anordnung der Feder ist es möglich die notwendigen Stellkräfte zu verringern.
In weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen genannt, die in der Beschreibung im Zusammenhang mit ihren Wirkungen erläutert werden.
Anhand von Darstellungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb zur variablen Betätigung von Ventilen,
2 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb im Querschnitt, zusammen mit seinem Stelltrieb und dessen Stellhebel zum Bewegen eines in seiner Stellung veränderlichen Elementes, welches in dieser Darstellung den maximalen Hub des Ventils bewirkt,
3 den Stelltrieb in einem Längsschnitt, der senkrecht zu den am Stellschieber angeordneten Steuerflächen verläuft, und in einer Stellung für maximalen Hub des Ventils,
4 den Stelltrieb in gleicher Darstellung wie 3, jedoch in einer Stellung für Null- oder quasi Null-Hub des Ventils,
5 Ventiltrieb im Querschnitt ähnlich 2, jedoch mit einer Position des Stellhebels für Null- oder quasi Null-Hub des Ventils.
In 1 ist ein Ventiltrieb zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren dargestellt. Eine von der Kurbelwelle ggf. über eine Winkelverstelleinrichtung angetriebene Nockenwelle 1 ist im Zylinderkopf ZK drehbar mit fester Achslage gelagert und weist eine feste Lage zu einem Ventil 2 und dieser zugeordneten Hubübertragungsanordnung 3 auf. Dem im Zylinderkopf ZK angeordneten, mittels Federkraft schließendem Ventil 2 ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung 3 zugeordnet, die vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement 31 versehen ist.
Ein in seiner Stellung veränderliches Element 4 ist im Zylinderkopf ZK ortsfest, jedoch um die fest positionierte Schwenkachse A4 zur Ventilhubeinstellung schwenkbar, angeordnet.
Ein Zwischenglied 5 ist innen an dem, in seiner Stellung veränderlichen Element 4 über eine an ihm gelagerten Rolle 54 und eine Gleitstütze 55 geführt. Dies ergibt eine prismatische Abstützung des Zwischengliedes 5 in allen Positionen seiner Bewegung.
Außerdem ist das Zwischenglied 5 mit der an ihm gelagerten Rolle 53 mit einem Nocken 11 der im Zylinderkopf ZK gelagerten Nockenwelle 1 und mit seiner Außenkontur 52 mit der dem Ventil 2 zugeordneten Hubübertragungsanordnung 3 über eine Rolle 33 des Rollenhebels 32 im Eingriff.
Das in seiner Stellung veränderliche Element 4 weist nacheinander am Umfang erstreckend eine vorzugsweise durch einen Kreisbogen um die Schwenkachse A4 gebildete Stütz- 41 und eine Steuerkurve 42 auf. Auf diesen Kurven 41; 42 stützt sich das Zwischenglied 5 in bereits beschriebener Weise während der Hubbewegung kraftschlüssig ab.
Das Zwischenglied 5 steht unter der Wirkung einer Feder 6, deren Wirkrichtung das Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 und dem veränderlichen Element 4 im Eingriff hält.
In 2 ist ein mit dem veränderlichen Element 4 auf einer Schwenkachse A4 sitzender und drehfest verbundener Stellhebel 45 dargestellt. Er weist eine Rolle 47 und ein Gegenlagerarm 46 auf und steht mit einem axial verschiebbaren Stellschieber 7 mittels der Rolle 47 und dem Gegenlagerarm 46 im Eingriff. Die Rolle 47 und der Gegenlagerarm 46 stehen mit einem Stellschieber 7 über dessen parallel verlaufende Steuerflächen 74 eines Stellsteges 71 im Kontakt.
Es sei erwähnt, dass auch eine Ausführung mit nur einer Steuerfläche 74, an der die Rolle 47 angreift, möglich ist, weil vom Stellhebel 45 übertragene Kräfte im Prinzip stetig in gleicher Richtung wirken und damit eine kraftschlüssige Anlage der Rolle 47 an der zugeordneten Steuerflächen 74 des Stellsteges 71 gewährleisten.
Der Stellschieber 7 fügt sich vorteilhaft auf jener der Nockenwelle 1 entgegengesetzten Seite des Zylinderkopfes ein, so dass Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube in üblichen Abmessungen ausführbar sind.
3 zeigt den Stelltrieb in einem Längsschnitt, der in 2, senkrecht zu den am Stellschieber 7 angeordneten Steuerflächen 74 verläuft und den Eingriffsbereich des Stellhebels 45 umfasst. Der Stelltrieb weist dabei die Einstellung für maximalen Ventilhub auf.
Der Stellsteg 71 am Stellschieber 7 verläuft schräg oder kurvenförmig längs der Achse und über den Querschnitt des Stellschiebers 7, so dass bei seiner axialen Verlagerung der Stellhebel 45 und damit das Element 4 geschwenkt werden, vergleiche hierzu die beiden Endlagen des Stellhebels 45 in 2 und 5.
In 4 ist der Stellschieber 7 gegenüber seiner Position in 3 nach rechts verlagert. Der Stellhebel 45 greift deshalb mit dem Gegenlagerarm 46 und der Rolle 47 in einem anderem Bereich des Stellsteges 71 an dessen Steuerfläche bzw. Steuerflächen 74 an und ist dadurch nach oben bzw. rechtsdrehend zusammen mit dem Element 4 verschwenkt worden, siehe 5. Dadurch nimmt das Element 4 eine Position ein, die Null-Hub oder geringsten Hub bewirkt.
Im Falle, dass die Steuerfläche bzw. Steuerflächen 74 des Stellsteges 71 nicht linear steigend ausgeführt ist bzw. sind, ist eine Anpassung der Eingriffskontur bzw. Eingriffskonturen besonders am Gegenlagerarm 46 des Stellhebel 45 notwendig. Es müssen jeweils entsprechend gekrümmte Oberflächen für die Eingriffskonturen vorgesehen werden.
Vorteilhaft ist bzw. sind die Steuerfläche bzw. Steuerflächen 74 des Stellsteg 71 in der Weise ausgeführt, dass sich bei Verstellung zum maximalen Hub des Ventils 2 hin die Änderung des Ventilhubes im Verhältnis zum Stellweg verringert. Durch diese Ausführung erhält die Verstellung eine höhere Übersetzung im Bereich von großem Ventilhub, wenn größere Stellkräfte zur Verstellung notwendig sind.
Der Stelltrieb 80 ist als Schraubtrieb ausgeführt und wird von einer Stellmutter 83 und einer Stellwelle 81 mit Gewindespindel 82 gebildet. Die Stellmutter 83 ist im vom Stellhebel 45 drehfest geführten Stellschieber 7 befestigt.
Die Stellwelle 81 mit der Gewindespindel 82 wird von einem drehfest am oder im Zylinderkopf angeordneten Stellmotor 8 angetrieben.
Denkbar ist es auch, den Stelltrieb mit einem vorzugsweise beidseitig mit Druck zu beaufschlagenden Stellzylinder anstelle des Stellmotors 8 auszuführen, der dann direkt mit dem Stellschieber 7 gekoppelt ist. Dies ist hier aber nicht dargestellt. Ein mechanisch untersetzter Stelltrieb 80 könnte dann entfallen.
Vorteilhaft kann die am Zwischenglied 5 angreifende Feder 6 am veränderlichen Element 4 abgestützt sein. Ihre Kraft erzeugt am veränderlichen Element 4 ein Stützmoment, das eine Verstellung zu größerem Hub bewirkt und damit dem beim Ventilhub wirkenden Moment aus Abstützung und Führung des Zwischengliedes 5 entgegenwirkt. Durch diese Ausführung wird die Stellkraft, die durch den Stellmotor 8 bzw. Stellzylinder zur Verstellung zu größerem Hub hin aufgebracht werden muss, verringert.
Die Stellwelle 81 weist im Bereich des Stellweges ein sich axial erstreckenden Stellsteg 71 auf, an dem ein- oder beidseitig Steuerflächen 74 vorhanden sind, die über den Gegenlagerarm 46 und die Rolle 47 mit dem Stellhebel 45 kraftschlüssig im Eingriff stehen. Der Stellhebel 45 ist mit dem in seiner Winkelstellung veränderlichen Element 4 drehfest gekoppelt. Beim axialen Verschieben des Stellschiebers 7 wird der Stellhebel 45 zusammen mit dem im Zylinderkopf ZK ortsfest, jedoch drehbar gelagerten Element 4 verschwenkt, wobei eine Veränderung der Ventilhubeinstellung erfolgt.

1: Nockenwelle
11: Nocken
2: Ventil
3: Hubübertragungsanordnung
31: Spielausgleichselement
32: Rollenhebel
33: Rolle
4: Element, in seiner Stellung veränderlich, schwenkbar
41: Stützkurve
42: Steuerkurve
45: Stellhebel
46: Gegenlagerarm, Teil von 45
47: Rolle an 45
5: Zwischenglied
52: Außenkontur
53: Rolle
54: Rolle
55: Gleitstütze
6: Feder
7: Stellschieber
71: Stellsteg
74: Steuerflächen, parallel angeordnet
8: Stellmotor
80: Stelltrieb
81: Stellwelle
82: Gewindespindel an 81
83: Stellmutter
A4: Schwenkachse von 4
ZK: Zylinderkopf

Claims

Ventiltrieb mit variabel einstellbarem Ventilhub für die Betätigung von Ventilen eines Verbrennungsmotors, bei dem – eine Nockenwelle (1) in einem Zylinderkopf (ZK) des Verbrennungsmotors drehbar gelagert ist und eine feste Lage zu mittels Federkraft schließenden und im Zylinderkopf (ZK) angeordneten Ventilen (2) und zu Hubübertragungsanordnungen (3) aufweist, – jedem der Ventile (2) jeweils eine der Hubübertragungsanordnungen (3) und jeder Hubübertragungsanordnung (3) einer der Nocken (11) der Nockenwelle (1) zugeordnet ist, – für jedes Ventil ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) vorgesehen ist, das um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse (A4) schwenkbar angeordnet und am Umfang mit Kurven versehen ist, an denen ein mittels Federkraft im Eingriff gehaltenes Zwischenglied (5) abgestützt und geführt ist, – das Zwischenglied (5) weiterhin mit dem zugehörigen Nocken (11) der Nockenwelle (1) und zugehörigen Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das in seiner Winkelstellung veränderliche Element (4) mit einem drehfestgekoppelten Stellhebel (45) versehen ist, der mit einem benachbart angeordneten, im Zylinderkopf (ZK) verschieb- und schwenkbar geführten Stellschieber (7) im Eingriff steht, und der von einem Stellmotor (8) verschiebbare Stellschieber (7) einen Stellsteg (71) aufweist, der ein- oder beidseitig am Stellhebel (45) anliegt, so dass die Lage des Stellschiebers (7) die Winkellage des in seiner Winkelstellung veränderlichen Elements (4) bestimmt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche oder Steuerflächen (74) des Stellsteges (71) nicht linear steigend ausgeführt ist oder sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche oder Steuerflächen (74) des Stellsteges (71) in der Weise ausgeführt ist oder sind, dass sich bei Verstellung zum maximalen Hub des Ventils (2) hin die Änderung des Ventilhubes im Verhältnis zum Stellweg verringert.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellschieber (7) auf der Seite des Zylinderkopfes (ZK) angeordnet ist, welche der Nockenwelle (1) entgegengesetzt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Zwischenglied (5) angreifende Feder (6) am veränderlichen Element (4) abgestützt ist und deren Kraft ein Stützmoment in Richtung einer Verstellung zu größerem Hub am veränderlichen Element (4) bewirkt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im von dem Stellhebel (45) drehfest geführten Stellschieber (7) eine Stellmutter (83) eines Stelltriebes (80) befestigt ist.
Ventiltrieb mit variabel einstellbarem Ventilhub für die Betätigung von Ventilen eines Verbrennungsmotors, bei dem – eine Nockenwelle (1) in einem Zylinderkopf (ZK) des Verbrennungsmotors drehbar gelagert ist und eine feste Lage zu mittels Federkraft schließenden und im Zylinderkopf (ZK) angeordneten Ventilen (2) und zu Hubübertragungsanordnungen (3) aufweist, – jedem der Ventile (2) jeweils eine der Hubübertragungsanordnungen (3) und jeder Hubübertragungsanordnung (3) einer der Nocken (11) der Nockenwelle (1) zugeordnet ist, – für jedes Ventil ein zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung veränderliches Element (4) vorgesehen ist, das um eine im Zylinderkopf (ZK) fest positionierte Schwenkachse (A4) schwenkbar angeordnet und am Umfang mit Kurven versehen ist, an denen ein mittels Federkraft im Eingriff gehaltenes Zwischenglied (5) abgestützt und geführt ist, – das Zwischenglied (5) weiterhin mit dem zugehörigen Nocken (11) der Nockenwelle (1) und zugehörigen Hubübertragungsanordnung (3) im Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das in seiner Winkelstellung veränderliche Element (4) mit einem drehfestgekoppelten Stellhebel (45) versehen ist, der mit einem benachbart angeordneten, im Zylinderkopf (ZK) verschieb- und schwenkbar geführten Stellschieber (7) im Eingriff steht, wobei dieser Stellschieber (7) mit einem mit einem Druckmedium zu beaufschlagenden Stellzylinder schubfest gekoppelt ist und einen Stellsteg (71) aufweist, der ein- oder beidseitig am Stellhebel (45) anliegt, so dass die Lage des Stellschiebers (7) die Winkellage des in seiner Winkelstellung veränderlichen Elements (4) bestimmt.