DE60018856T2

DE60018856T2 - Ventilbetätigungsgerät und ein mit diesem Gerät ausgerüsteter Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE60018856T2
Application number: DE60018856T
Authority: DE
Inventors: Denis Lacour
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-07-22
Also published as: FR2796982B1; FR2796982A1; ATE291680T1; DE60018856D1; EP1072762A3; EP1072762B1; EP1072762A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils und einen mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Verbrennungsmotor.
Eines der Hauptkriterien für die Auslegung und Einstellung eines Verbrennungsmotors besteht meistens darin, die Leistungen des Motors in einem hohen Drehzahlbereich zu erhöhen, ohne die Leistungen und insbesondere das verfügbare Drehmoment im niedrigen und im mittleren Drehzahlbereich zu beeinträchtigen.
Um dies zu erreichen, ist es bekannt, die Verteilung des Motors zu ändern, indem man den Hub seiner Ventile und/oder die Winkeleinstellung der diese Ventile betätigenden Nocken so ändert, dass gewisse Leistungen in einem bestimmten Drehzahlbereich begünstigt werden.
Im Bereich der bestehenden variablen Ventilsteuerungssysteme ist es bekannt, dreidimensionale Nocken zu benutzen, d.h. Nocken, deren Profil längs ihrer Drehachse veränderlich ist. Dieses Konzept gestattet es, mit Hilfe einer Bewegung der Nockenwelle parallel zu ihrer Drehachse verschiedene Konfigurationen der Ventilsteuerung zu erreichen. Dieses Konzept ist besonders komplex und führt zu einer Erhöhung der Längsabmessung des Motors.
FR-A-2 453 979 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils eines Verbrennungsmotors, die einen Kipphebel umfasst, der auf einem Träger um eine feste Schwenkachse schwenkbar montiert ist und mit einem ersten Arm, der das freie Ende des Schafts des Ventils beaufschlägt, und mit einem zweiten Arm versehen ist, der von einem drehbaren Steuernocken beaufschlagt wird, sowie Mittel zur Einstellung des Hubs des Ventils.
Die in dieser Schrift beschriebenen Mittel zur Einstellung des Ventilhubs, die einen einer Drehachse des Kipphebels zugeordneten Exzenter umfassen, sind relativ kompliziert.
Ferner kennt man aus der Schrift GB-A-12069 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils mit geringen Längsabmessungen zu schaffen, wobei soweit wie möglich die Verwendung von verschleißanfälligen Elementen, insbesondere von ständig oder häufig in Drehung versetzten Elementen, vermieden wird.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils der oben beschriebenen Art, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Stellnockens mit der zweiten Rolle durch eine geradlinige Rampe begrenzt ist und der Stellnocken in einer mit dem Träger fest verbundenen, gekrümmten Führung so verschiebbar ist, dass er einen gekrümmten Weg beschreibt, der auf einer zur festen Schwenkachse im Wesentlichen parallelen Führungsachse zentriert ist.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– fällt die Führungsachse mit der zweiten beweglichen Drehachse zusammen, wenn das Ventil in einer Bezugsstellung ist,
– umfasst sie Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung des Steuernockens,
– umfassen die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung einen die erste bewegliche Drehachse bildenden Drehzapfen, der in einem gekrümmten Langloch beweglich ist, das sich um eine feste Drehachse des Steuernockens krümmt,
– ist das gekrümmte Langloch auf einer Winkeleinstellungsachse zentriert, die mit der festen Drehachse des Steuernockens zusammenfällt, wenn das Ventil in einer Bezugsstellung ist,
– umfassen die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung Mittel, die mit einer den Steuernocken tragenden Nockenwelle gekoppelt sind.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zur Ventilsteuerung der oben beschriebenen Art aufweist, wobei das Ventil vorzugsweise ein Einlassventil ist.
Die 1 bis 3 sind gleiche Seitenansichten, die eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils gemäß drei Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
In 1 ist eine Vorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung für die Steuerung eines Ventils 12 eines Verbrennungsmotors dargestellt. Diese Steuervorrichtung 10 ist in einem Zylinderkopf 14 des Motors angeordnet.
Das Ventil 12 ist zwischen einer geschlossenen Stellung, wie sie in 1 dargestellt ist, in der es auf seinem im Zylinderkopf 14 vorgesehenen Sitz 16 aufliegt, und einer offenen Stellung (nicht dargestellt) beweglich. Das Ventil 12 wird durch herkömmliche, nicht dargestellte Mittel elastisch in seine geschlossene Stellung zurückgeholt.
Bei dem beschriebenen Beispiel ist die Steuervorrichtung 10 dazu bestimmt, ein Einlassventil des Motors zu betätigen. Gemäß einer Abwandlung könnte dieselbe Vorrichtung 10 jedoch auch zur Betätigung eines Auslassventils verwendet werden.
Die Steuervorrichtung 10 besitzt einen Kipphebel 18, der auf dem Zylinderkopf 14 um eine feste Schwenkachse F1 schwenkbar gelagert ist. Der Kipphebel 18 ist mit einem ersten Arm 18A versehen, der das freie Ende des Schafts 20 des Ventils 12 beaufschlägt, und mit einem zweiten Arm 18B, der von einem drehbaren Steuernocken 22 beaufschlagt wird. Es sei bemerkt, dass der Kipphebel 18 einen zweiarmigen Hebel bildet.
Der Nocken 22 wird von einer gebräuchlichen Nockenwelle 24 getragen, die um eine feste Drehachse F2 drehbar ist, die die Drehachse des Nockens 22 bildet.
Die Steuervorrichtung 10 besitzt ferner Mittel zur Verstellung des Hubs des Ventils 12, die ein Stellorgan 28 von allgemeiner dreieckiger Form aufweisen.
Das Stellorgan 28 ist auf dem zweiten Arm 18B des Kipphebels um eine bewegliche Schwenkachse M1 schwenkbar montiert. Das Stellorgan 28 trägt zwei drehbare Rollen 30, 32. Eine erste Rolle 30 ist mit dem Steuernocken 22 in Kontakt. Diese erste Rolle 30 ist auf dem Stellorgan 28 um eine erste bewegliche Drehachse R1 drehbar montiert. Die zweite Rolle 32 ist mit einem Stellnocken 34 in Kontakt. Diese zweite Rolle 32 ist auf dem Stellorgan 28 um eine zweite bewegliche Drehachse R2 drehbar montiert.
Es sei bemerkt, dass die Achsen F1, F2, M1, R1 und R2 im Wesentlichen zueinander parallel sind. Ferner sei bemerkt, dass die drei beweglichen Achsen M1, R1 und R2 in einer zu ihnen senkrechten Ebene die drei Ecken eines Dreiecks bilden. Alle Achsen F1, F2, M1, R1 und R2 sind paarweise verschieden.
Der Stellnocken 34 ist auf dem Zylinderkopf 14 so beweglich montiert, dass die Bewegungen dieses Stellnockens 34 in einer konstanten Stellung des Steuernockens 22, die einer Stellung des Ventils 12 entspricht, in der dieses offen ist, eine Änderung des Abstands zwischen der festen Schwenkachse F1 und der zweiten beweglichen Drehachse R2 bewirken.
Die Kontaktfläche des Stellnockens 34 mit der zweiten Rolle 32 ist vorzugsweise durch eine geradlinige Rampe 36 begrenzt.
Der Stellnocken 34 ist ferner vorzugsweise in einer mit dem Zylinderkopf 14 fest verbundenen gekrümmten Führung 38 so verschiebbar montiert, dass er einen gekrümmten Weg beschreibt, der auf einer Führungsachse G zentriert ist, die zur festen Schwenkachse F1 im Wesentlichen parallel ist.
Die Führungsachse G fällt mit der zweiten beweglichen Drehachse R2 zusammen, wenn das Ventil 12 in einer Bezugsstellung ist, und zwar in der geschlossenen Stellung, wie sie in 1 dargestellt ist.
Wenn man nun den Stellnocken 34 in der gekrümmten Führung 38 dreht, während das Ventil geschlossen ist, bleibt die Rampe 36 zur Rolle 32 tangential, ohne die Achse R2 zu bewegen, da die Achsen G und R2 zusammenfallen, und kein anderes Teil bewegt sich. Man gewährleistet auf diese Weise, dass das Ventil, gleichgültig, wie die Einstellung, d.h. die Stellung des Nockens 34, sein mag, geschlossen bleibt, wenn der Rücken des Steuernockens 22 mit der Rolle 30 in Kontakt ist (der "Rücken" eines Nockens ist der Teil des Nockens, der der Schließung des Ventils entspricht, wenn es mit dem Kipphebel oder einem Zwischenteil in Kontakt ist).
Der Stellnocken 34 wird mit Hilfe von gebräuchlichen Einrichtungen bewegt, beispielsweise durch ein elektrisches oder hydraulisches Stellglied.
Während des Betriebs der in 1 dargestellten Steuervorrichtung beaufschlägt der drehbare Nocken 22 das Stellorgan 28 über die erste Rolle 30. Dieses Stellorgan 28, das an dem Kipphebel 18 angelenkt ist und über die zweite Rolle 32 auf der Rampe 36 rollend aufliegt, beaufschlägt den Kipphebel 18 so, dass dieser das Ventil 12 betätigt. Bei der Winkelbewegung des Nockens 22 rollt die zweite Rolle 32 auf der Rampe 36.
Zur Änderung des Hubs des Ventils 12 steuert man den Stellnocken 34 so, dass er in Kontakt mit der gekrümmten Führung 38 bewegt wird, was zur Wirkung hat, dass bei einer konstanten Stellung des Steuernockens 22, die einer Stellung des Ventils entspricht, in der dieses offen ist, der Abstand zwischen der festen Schwenkachse F1 und der zweiten beweglichen Drehachse R2 geändert wird. Die Änderung dieses Abstands bewirkt eine Änderung des Hubs des Ventils 12.
Es sei bemerkt, dass die Einstellung des Hubs des Ventils kontinuierlich durchgeführt werden kann, da der Stellnocken 34 sich in der gekrümmten Führung 38 kontinuierlich bewegen kann.
Der Motor besitzt auf klassische Weise eine Kurbelwelle, der die Ventilsteuervorrichtung zugeordnet ist. Die Kurve des Hubs des Ventils in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle hat klassischerweise die allgemeine Form einer Glocke (vgl. beispielsweise FR-A-2.453.979).
Die zweite Rolle 32 rollt unabhängig von der Stellung des Stellnockens 34 in allen Fällen in Kontakt mit derselben geradlinigen Rampe 36 dieses Stellnockens 34. Man stellt also fest, dass verschiedene Stellungen des Stellnockens 34 zu verschiedenen Hüben des Ventils 12 führen, die verschiedenen Hubkurven dieses Ventils in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors entsprechen. Diese verschiedenen Kurven sind alle im Wesentlichen symmetrisch und besitzen bei der Öffnung und bei der Schließung des Ventils Tangenten mit geringer Neigung für einen geräuscharmen Betrieb (gages de silence) der Steuervorrichtung.
In den 2 und 3 sind eine zweite und eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 10 dargestellt. In diesen 2 und 3 sind ähnliche Elemente wie in 1 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Die Steuervorrichtung 10 gemäß der zweiten und der dritten Ausführungsform der Erfindung besitzt Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung des Steuernockens 22.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in 2 dargestellt ist, umfassen die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung einen Drehzapfen 40, der die erste bewegliche Drehachse R1 bildet und in einem gekrümmten Langloch 42 beweglich montiert ist, das sich um die feste Drehachse F2 des Nockens 22 krümmt.
Das gekrümmte Langloch 42 ist vorzugsweise auf einer Winkeleinstellungsachse C zentriert, die mit der festen Drehachse F2 des Steuernockens 22 zusammenfällt, wenn das Ventil 12 in einer Bezugsstellung ist, und zwar in seiner geschlossenen Stellung, wie sie in 2 dargestellt ist.
Da die Achsen C und F2 zusammenfallen, wenn das Ventil geschlossen ist, wie oben bezüglich der Achsen G und R2 erläutert wurde, bleibt die Rolle 30, wenn man den Drehzapfen 40 in dem Langloch 42 in dieser Situation bewegt, mit dem Rücken des Nockens 22 in Kontakt und kein anderes Teil bewegt sich. Auf diese Weise bleibt das Ventil, gleichgültig, welche Stellung der Drehzapfen 40 in dem Langloch 42 einnimmt, geschlossen, wenn es dies sein muss, d.h. wenn der Rücken des Nockens 22 mit der Rolle 30 in Kontakt ist.
Der Drehzapfen 40 wird in dem gekrümmten Langloch 42 mit Hilfe von klassischen Mitteln bewegt, die beispielsweise ein elektrisches oder hydraulisches Stellglied umfassen. Diese Mittel gestatten auch die Blockierung des Drehzapfens 40 in dem Langloch 42 in der gewünschten Einstellposition der Winkeleinstellung.
Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung, die in 3 dargestellt ist, umfassen die Winkeleinstellungsmittel herkömmliche Mittel 44, die mit der Nockenwelle 24 gekoppelt sind. Diese herkömmlichen Mittel umfassen beispielsweise eine Schraubenkupplung.
Im Fall eines Einlassventils gestatten es die in den 2 und 3 dargestellten Mittel zur Einstellung der Winkeleinstellung, die Verzögerung oder den Vorlauf der Öffnung und der Schließung des Ventils 12 zu ändern.
Von den Vorteilen der Erfindung seien die folgenden genannt:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils gestattet die kontinuierliche Verstellung des Hubs des Ventils, und zwar mit Hilfe eines Stellnockens 34, dessen Bewegungen begrenzt sind, was die Gefahr von Verschleiß reduziert.
Diese Verschleißgefahr ist um so geringer, als die Mittel zur Verstellung des Hubs des Ventils kein ständig rotierendes Element erfordern.
Ferner werden die Öffnung und die Schließung des Ventils progressiv und geräuscharm vollzogen, und zwar mit Hilfe von Mitteln mit geringen Abmessungen insbesondere in der Längsrichtung des Motors, d.h. in der zur festen Schwenkachse F1 des Kipphebels parallelen Richtung.
Ferner sind die verschiedenen Hubkurven des Ventils in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Kurbelwelle, die für verschiedene Einstellungen der Stellung des Stellnockens 34 erhalten werden, symmetrisch, wobei die Verzögerung bei der Einlassöffnung (im Fall eines Einlassventils) durch die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung des Steuernockens aufgehoben werden kann.
Schließlich sei bemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Motor verwendet werden kann, der eine oder zwei Nockenwellen besitzt.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Ventils (12) eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Kipphebel (18), der auf einem Träger (14) um eine feste Schwenkachse (F1) schwenkbar montiert ist und mit einem ersten Arm (18A), der das freie Ende des Schaftes (20) des Ventils (12) beaufschlägt, und mit einem zweiten Arm (18B) versehen ist, der von einem drehbaren Steuernocken (22) beaufschlagt wird, und Mittel (28, 34) zur Einstellung des Hubs des Ventils, umfassend ein Stellorgan (28), das auf dem zweiten Arm (18B) des Kipphebels um eine bewegliche Schwenkachse (M1) schwenkbar montiert ist, eine erste, mit dem Steuernocken (22) in Kontakt stehende Rolle (30), die auf dem Stellorgan (28) um eine erste bewegliche Drehachse (R1) drehbar montiert ist, und eine zweite mit einem Stellnocken (34) in Kontakt stehende Rolle (32), die auf dem Stellorgan (28) um eine zweite bewegliche Drehachse (R2) drehbar montiert ist, wobei die Schwenkachsen (F1, M1) und Drehachsen (R1, R2) alle verschieden und im wesentlichen zueinander parallel sind, wobei der Stellnocken (34) auf dem Träger (14) so beweglich montiert ist, dass bei einer konstanten Stellung des Steuernockens (22), die einer Stellung des Ventils (12), in der dieses offen ist, entspricht, die Bewegungen dieses Stellnockens (34) eine Änderung des Abstands zwischen der festen Schwenkachse (F1) und der zweiten beweglichen Drehachse (R2) bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Stellnockens (34) mit der zweiten Rolle (32) durch eine geradlinige Rampe (36) begrenzt ist und der Stellnokken (34) in einer mit dem Halter (14) fest verbundenen, gekrümmten Führung (38) so verschiebbar ist, dass er einen gekrümmten Weg beschreibt, der auf einer zur festen Schwenkachse (F1) im wesentlichen parallelen Führungsachse (G) zentriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsachse (G) mit der zweiten beweglichen Drehachse (R2) zusammenfällt, wenn das Ventil (12) in einer Bezugsstellung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (40, 42; 44) zur Verstellung der Winkeleinstellung des Steuernockens (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung einen die erste bewegliche Drehachse (R1) bildenden Drehzapfen (40) umfassen, der in einem gekrümmten Langloch (42) beweglich ist, das sich um eine feste Drehachse (F2) des Steuernockens (22) krümmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gekrümmte Langloch (42) auf einer Winkeleinstellungsachse (C) zentriert ist, die mit der festen Drehachse (F2) des Steuernockens zusammenfällt, wenn das Ventil (12) in einer Bezugsstellung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verstellung der Winkeleinstellung Mittel (44) umfassen, die mit einer den Steuernocken (22) tragenden Nockenwelle (24) gekoppelt sind.
Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zur Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei das Ventil vorzugsweise ein Einlassventil ist.