[0001] Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen
mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
[0002] Vorbekannt ist aus der Schrift
DE 100 61 618 B4 eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken. Diese ist
in einem Zylinderkopf mit einer ortsfest gelagerten Nockenwelle, mit durch Federkraft
schließenden Ventilen und zusammen mit jeweils einer jedem der Ventile zugeordneten,
lagefest im Zylinderkopf geführten Hubübertragungsanordnung angeordnet. Ein zur Ventilhubeinstellung
verstellbares Element ist im Zylinderkopf ortsfest, jedoch schwenkbar gelagert angeordnet.
Es weist in einer axialen Ebene nacheinander verlaufend je eine Stützkurve und eine
Steuerkurve auf. Ein Zwischenglied ist an dem in seiner Stellung veränderlichen Element
sowohl an dessen Stütz- als auch an dessen Steuerkurve unter Kraftschluss prismatisch
abgestützt und während der Hubbewegung schwenkend und dabei auf den beiden Kurven
gleitend geführt. Weiterhin steht das Zwischenglied mit einem der Nocken der Nockenwelle
sowie einer Hubübertragungsanordnung für ein Ventil im Eingriff. Die Steuerkurve bestimmt
in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des veränderlichen Elementes während des Hubes
des Nockens die Bewegungsbahn des Zwischengliedes und damit die Größe des von der
Hubübertragungsanordnung am Ventil bewirkten Hubes.
[0003] Die konstruktive Gestaltung dieser Ausführung ist eingeschränkt, weil die Stützkurve
und die Steuerkurve an dem in seiner Stellung veränderlichen Element nacheinander
verlaufend angeordnet sind und dadurch ein bestimmter Abstand der beiden prismatischen
Eingriffslinien an der Stützkurve und der Steuerkurve sowie dem Zwischenglied notwendig
ist.
[0004] Weiterhin vorbekannt aus der
DE 100 31 783 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit einer indirekt von einem
Nocken über einen am Zylinderkopf direkt oder indirekt schwenkbar gelagerten Schwing-
oder Kipphebel bewegten Ventilanordnung, die ein oder mehrere unter Einwirkung einer
Feder schließende Ventile aufweist. Der Schwing- oder Kipphebel steht mit einem schwingbeweglich
geführten Zwischenhebel im Eingriff, wobei dieser Zwischenhebel weiterhin einerseits
mit dem Nocken einer Nockenwelle und andererseits mit einer Steuerkurve eines am Zylinderkopf
direkt oder indirekt drehbar gelagerten Stützkörpers gleitend oder wälzend im Eingriff
steht. Der Stützkörper bestimmt mit seiner Stellung und dem damit wirksamen Bereich
einer Steuerkurve die Größe des Ventilhubes, wobei mittels einer geeigneten Steuerung
und eines entsprechenden Aktuators die Winkelstellung des Stützkörpers eingestellt
werden kann.
[0005] Nachteilig hierbei ist der komplizierte und aufwendige Aufbau des Verstellmechanismus
zur Hubveränderung des Ventilöffnungsbereiches. Außerdem kann mit dem beschriebenen
Stand der Technik keine gleichzeitige Verstellung des Ventilhubs und des Ventilöffnungsbereiches
durchgeführt werden.
[0006] In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung
DE 10 2004 010 418.2 ist ein variabler Ventiltrieb mit einstellbarem Ventilhub beschrieben, bei dem bei
einer Verstellung in Richtung zu geringerem Hub automatisch eine Vorverlagerung des
Ventilöffnungsbereiches erfolgt. Dabei steht einerseits ein Zwischenhebel über eine
am Zwischenhebel angeordnete Rolle mit einem ein Ventil betätigenden Schwenkhebel
und einer an einem schwenkbaren Stützkörper angeordneten Stützkurve und andererseits
über eine am Zwischenhebel angeordnete Rolle mit der Nockenkontur der Nockenwelle
in Wirkverbindung. An dem Zwischenhebel ist schwenkbar eine Führungsschwinge angeordnet,
die an einem mit dem Stützkörper gekoppelten Stellarm gelenkig angeordnet ist.
[0007] Nachteilig hierbei ist ein ungünstiger Krafteintrag in den Ventiltrieb, der durch
das Verschieben des Zwischenhebels durch die Nockenkontur verursacht wird. Außerdem
benötigt diese Lösung einen verhältnismäßig großen Bauraum.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, bei dem bei Reduzierung der auftretenden Kräfte und des benötigten Bauraumes
ein Verstellen des Ventilöffnungs- und/oder Ventilschließwinkels in Richtung früh
oder spät erfolgt, wobei gleichzeitig ein Verstellen der Ventilhubhöhe erfolgen kann.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
[0010] Bei einem variablen Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus wenigstens
einer Nockenwelle, die über Übertragungsglieder mit einem Schwenkhebel zur Betätigung
der Ventile und mit einem Stützkörper zur Ventilhubverstellung in Wirkverbindung steht,
ist ein Zwischenglied eines Übertragungsgliedes einerseits zweifach an dem Stützkörper
und andererseits an dem Schwenkhebel abstützend verschiebbar gelagert. Dabei steht
das Zwischenglied erstens über eine an dem Zwischenglied angeordnete. Stützkurve mit
einer am Stützkörper angeordneten Stützfläche und zweitens mit der Steuerkurve des
Stützkörpers und drittens über eine an dem Zwischenglied angeordnete Außenkonturfläche
mit dem Schwenkhebel in Eingriff. Weiterhin steht das Zwischenglied indirekt über
eine an einer Schwinge angeordneten Rolle mit dem Nocken der Nockenwelle in Wirkverbindung,
wobei die schwenkbare Schwinge über einen daran angeordneten Hebel gelenkig mit dem
Zwischenglied verbunden ist.
[0011] Zur Ventilhubverstellung und/oder zur Verstellung des Ventilöffnungs- und/oder -schließwinkels
ist die Schwinge gelenkig an dem verschwenkbaren Stützkörper angeordnet. Eine Variante
zur Ventilhubverstellung und/oder zur Verstellung des Ventilöffnungs- und/oder -schließwinkels
sieht vor, den Stützkörper fest am Zylinderkopf anzuordnen und die nunmehr nicht mehr
mit dem Stützkörper verbundene Schwinge mit einer Verstelleinrichtung zum Verschwenken
der Schwinge zu versehen.
[0012] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer kompakten Bauweise,
die es ermöglicht, die Bauteile wie Nockenwelle, Stützkörper, Schwenkhebel und Übertragungsglieder
auf engsten Raum zu konzentrieren.
[0013] Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass
der Kraftübertragungspunkt von dem Zwischenglied auf den Stützkörper immer zwischen
dem Anlagepunkt der Stützkurve des Zwischengliedes an dem Zapfen des Stützkörpers
und dem Anlagepunkt der an dem Zwischenglied angeordneten Rolle und der Steuerkurve
des Stützkörpers liegt. Dadurch wird erreicht, dass das Zwischenglied ständig an den
Stützkörper gepresst wird. Ein mögliches Herausschwenken des Zwischengliedes aus der
Vorrichtung wird dadurch vermieden. Gleichzeitig werden durch diese Anordnung die
zu übertragenden Kräfte minimiert.
[0014] Durch die Kopplung des Zwischengliedes mit dem verschwenkbaren Stützkörper über eine
Schwinge bzw. durch Anordnung einer Verstelleinrichtung an der Schwinge bei einem
fest am Zylinderkopf angeordneten Stützkörper in Verbindung mit einem an der Schwinge
gelenkig daran angeordneten Hebel erfolgt bei einer Hubverstellung des Ventils eine
automatische Verlagerung des Ventilschließwinkels. Die Steuerkurve am Stützkörper,
welche die Ventilöffnung mitbestimmt, kann dabei so ausgelegt sein, dass durch das
Verlagern der Steuerkurve und des mit dem Stützkörper gekoppelten Zwischengliedes
gleichzeitig eine Veränderung der Hubhöhe und der Lage des Ventilöffnungs- und/oder
-schließwinkels erfolgt.
[0015] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass durch die Gestaltung
der Steuerkurve und der Stützkurve und der Außenkonturfläche des Zwischengliedes in
Verbindung mit der Verstellung des Zwischengliedes durch die verschwenkbare Schwinge
der Ventilöffnungswinkel nahezu konstant gehalten werden kann, während der Schließwinkel
zwischen früh und spät verstellbar ist. Die Hubhöhe der Ventilerhebungskurve ist dabei
ebenfalls veränderbar, wobei die Minimierung des Ventilhubes gering gehalten werden
kann. Dies ist insbesondere für die Anwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs für
ein Einlassventil vorteilhaft. In einer Anwendung als Trieb für ein Auslassventil
ist es beispielsweise vorteilhaft, den Schließwinkel des Auslassventils nahezu konstant
zu lassen, während der Öffnungswinkel des Auslassventils nach früh oder spät verstellt
wird. Hierbei kann ebenfalls eine Variation des Ventilhubs erfolgen.
[0016] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie
werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
[0017] Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher
beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1:
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einer maximalen
Hubeinstellung und bei einem geschlossenen Ventil,
- Fig. 2:
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einer maximalen
Hubeinstellung und bei einem vollständig geöffneten Ventil und
- Fig. 3:
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einer minimalen
Hubeinstellung und bei einem geöffneten Ventil,
- Fig. 4:
- eine Variante des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einer maximalen Hubeinstellung
und bei einem geschlossenen Ventil und
- Fig. 5:
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes bei einer maximalen
Hubeinstellung und bei einem vollständig geöffneten Ventil gemäß Figur 4.
[0018] Der erfindungsgemäße variable Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen wird erläutert
am Beispiel eines Einlassventils. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch einsetzbar
für die Auslassventile einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb weist eine Nockenwelle
1 mit einem Nocken 2 auf, der unter Zwischenschaltung eines Übertragungsmechanismus
einen Schwenkhebel 14 und damit ein Ventil 17 bewegt, welches mittels Federkraft verschließbar
ist und geschlossen gehalten wird. Von dem Ventil 17 ist nur das Schaftende dargestellt,
welches an einem im Schwenkhebel 14 angeordneten Spielausgleichselement 16 anliegt.
Der Schwenkhebel 14 ist auf einer im Zylinderkopf geführten Achse unter Zwischenschaltung
einer Exzenterbüchse 19 gelagert. Die schwenkbare Exzenterbüchse 19 dient zur zusätzlichen
Anpassung der Schwenkhebelposition im Zusammenwirken mit dem Spielausgleichselement
16.
[0019] Der verlagerbare Übertragungsmechanismus besteht im Wesentlichen aus einem Zwischenglied
9 und einem am Zwischenglied 9 gelenkig angeordneten Hebel 10, der über eine daran
gelenkig angeordnete verschwenkbare Schwinge 3. An der Schwinge 3 ist eine Rolle 4
angeordnet, die in Wirkverbindung mit der Kontur des Nockens 2 der Nockenwelle 1 steht.
[0020] Das Verschwenken der Schwinge 3 erfolgt erfindungsgemäß auf zwei verschiedene Arten.
Entsprechend einer ersten Ausführungsvariante ist ein Stützkörper 5 schwenkbar um
die Schwenkachse 18 an dem Zylinderkopf angeordnet und, wie in Figur 1 bis 3 dargestellt,
mit der Schwinge 3 verbunden. Beim Verschwenken des Stützkörpers 5 durch eine Exzenterverstellung
7 wird gleichzeitig die Schwinge 3 verschwenkt, wodurch eine Verlagerung des Zwischengliedes
9 am Stützkörper 5 zur Ventilhubverstellung und/oder zur Verstellung des Ventilöffnungs-
und/oder -schließwinkels erfolgt.
[0021] Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, den Stützkörper 5, wie in Figur
4 und 5 dargestellt, fest am Zylinderkopf anzuordnen. Die Schwinge 3 ist dabei nicht
mehr mit dem Stützkörper verbunden. Das Verschwenken der Schwinge 3 und damit eine
Verlagerung des Zwischengliedes 9 am Stützkörper 5 zur Ventilhubverstellung und/oder
zur Verstellung des Ventilöffnungs- und/oder -schließwinkels erfolgt durch eine Verstelleinrichtung
20, die an der Schwinge 3 angeordnet ist. Die Verstellvorrichtung 20 ist dabei vorzugsweise
eine Exzenterverstellung.
[0022] Bei beiden Varianten ist das Zwischenglied 9 einerseits an den Stützkörper 5 und
andererseits am Schwenkhebel 14 abstützend gelagert. Die Lagerung des Zwischengliedes
9 am Stützkörper 5 erfolgt dabei zum einen an einer am Stützkörper 5 angeordneten
Stützfläche und zum anderen an einer am Stützkörper 5 angeordneten Steuerkurve 11.
Die am Stützkörper 5 angeordnete Stützfläche ist dabei vorzugsweise die Außenfläche
eines am Stützkörpers 5 angeordneten Zapfens 6, an der sich die am Zwischenglied 9
angeordnete Stützkurve 13 abstützt. Gemäß der Variante eins, bei der der Stützkörper
5 verschwenkbar ist und die Schwinge 3 am Stützkörper 5 angeordnet ist, ist der Zapfen
6 um die Schwenkachse 18 des Stützkörpers 5 angeordnet.
[0023] Am Zwischenglied 9 ist eine Rolle 8 angeordnet, die mit der am Stützkörper 5 angeordneten
Steuerkurve 11 in Verbindung steht. Über eine am Zwischenglied 9 angeordnete Außenkonturfläche
12 stützt sich das Zwischenglied 9 auf einer am Schwenkhebel 14 angeordneten Rolle
15 ab. Durch die nicht dargestellte Ventilfeder wird der Schwenkhebel 14 entgegen
der Uhrzeigerrichtung verschwenkt und damit das Zwischenglied 9 über die Rolle 15
gegen den Stützkörper 5 gedrückt. Damit ist das Zwischenglied 9 sicher zwischen dem
Stützkörper 5 und dem Schwenkhebel 14 gelagert und wird entsprechend dem Eingriff
der Kontur des Nockens 2 entlang der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 5 verlagert.
[0024] Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist folgende:
[0025] Die in Figur 1 dargestellte erste Variante der erfindungsgemäßen Lösung zeigt ein
geschlossenes Ventil 17 bei einem maximal eingestellten Ventilhub. Dabei hat die Exzenterverstellung
7 den Stützkörper 5 um die Schwenkachse 18 entgegen der Uhrzeigerrichtung in die dargestellte
Lage verschwenkt und die Rolle 4 der Schwinge 3 steht mit dem Grundkreis des Nockens
2 im Eingriff. Zum Öffnen des Ventils wird der in Figur 1 dargestellte Nocken 2 in
Uhrzeigerrichtung gedreht. Durch Drehen der Nockenwelle 1, wie in Figur 2 dargestellt,
wird die Rolle 4 durch den Nocken 2 verdrängt, wodurch die Schwinge 3 um ihren Anlenkpunkt
am Stützkörper 5 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Durch das Verschwenken der Schwinge
3 wird das über den Hebel 10 mit der Schwinge 3 gelenkig verbundene Zwischenglied
9 über die Rolle 8 entlang der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 5 verlagert. Bei dieser
Verlagerung gleitet die Stützkurve 13 des Zwischengliedes an der Oberfläche des Zapfens
6 entlang. Gleichzeitig drückt die Außenkonturfläche 12 des Zwischengliedes 9 beim
Gleiten über die Rolle 15 den Schwenkhebel 14 nach unten, wobei das Ventil 17 verlagert
wird und den Einlasskanal freigibt. Aufgrund der Stellung und der Gestaltung der am
Stützkörper 5 angeordneten Steuerkurve 11 werden beim Gleiten der Rolle 8 des Zwischengliedes
9 an der Steuerkurve 11 unterschiedliche Hubverstellungen des Ventils 17 erzielt.
In Figur 2 ist ein vollständig geöffnetes Ventil 17 bei einer maximalen Hubeinstellung
dargestellt.
[0026] In Figur 3 ist ein geöffnetes Ventil 17 bei einem minimalen eingestellten Ventilhub
dargestellt. Durch Verstellen der Exzenterverstellung 7 wird der in Figur 1 und 2
dargestellte Stützkörper 5 in Uhrzeigerrichtung um die Schwenkachse 18 verschwenkt.
Damit ändert sich auch die Lage der Steuerkurve 11 und die Lage des daran in Eingriff
stehenden Zwischengliedes 9, so dass bei einem vollständigen Eingriff des Nockens
2 auf die Rolle 4 der Schwenkhebel 14 nur um einen minimalen Betrag verschwenkt wird.
Durch die Kopplung des Zwischengliedes 9 mit dem Stützkörper 5 über die Schwinge 3
und dem Hebel 10 wird beim Verschwenken des Stützkörpers 5 das Zwischenglied 9 ebenfalls
so verlagert, dass bei einer variabel eingestellten Ventilhubhöhe gleichzeitig der
Ventilöffnungs- und/oder -schließwinkel verstellt werden können.
[0027] In Figur 4 und 5 ist, wie oben beschrieben, eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung
dargestellt. Dabei sind gleiche Bauteile mit den selben Bezugszeichen versehen. Beim
Öffnen und Schließen des Ventils 17 wird, analog wie zu den Figuren 1 bis 3 beschrieben,
durch den Nocken 2 und über die Schwinge 3 und den Hebel 10 das Zwischenglied 9 entlang
der Steuerkurve 11 des Stützkörpers 5 verlagert. Der Stützkörper 5 ist aber fest mit
dem Zylinderkopf verbunden. Die Einstellung von unterschiedlichen Ventilhüben und/oder
die Verstellung des Ventilöffnungs- und/oder - schließwinkels erfolgt durch die Exzenterverstellung
der an der Schwinge 3 angeordneten Verstelleinrichtung 20. Durch die Exzenterverstellung
der Verstelleinrichtung 20 wird die Schwinge 3 verlagert und somit über den an der
Schwinge 3 angelenkten Hebel 10 die Lage des Zwischenglied 9 an der Steuerkurve 11
des Stützkörpers 5 verändert. Entsprechend Figur 4 ist das Ventil 17 geschlossen,
während gemäß Figur 5 das Ventil 17 geöffnet ist.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
[0028]
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Nocken
- 3
- Schwinge
- 4
- Rolle
- 5
- Stützkörper
- 6
- Zapfen
- 7
- Exzenterverstellung
- 8
- Rolle
- 9
- Zwischenglied
- 10
- Hebel
- 11
- Steuerkurve
- 12
- Außenkonturfläche
- 13
- Stützkurve
- 14
- Schwenkhebel
- 15
- Rolle
- 16
- Spielausgleichselement
- 17
- Ventil
- 18
- Schwenkachse
- 19
- Exzenterbüchse
- 20
- Verstelleinrichtung
1. Variabler Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen mit wenigstens einer Nockenwelle
(1) und im Zylinderkopf angeordnetem Schwenkhebel (14), der in Wirkverbindung mit
einem durch Federkraft schließenden Ventil (17) steht, mit folgender Bauart:
- ein am Zylinderkopf angeordneter Stützkörper (5) weist eine Steuerkurve (11) zur
Ventilhubeinstellung auf,
- ein Zwischenglied (9) ist zwischen dem Stützkörper (5) und dem Schwenkhebel (14)
geführt angeordnet,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zwischenglied (9) erstens über eine an dem Zwischenglied (9) angeordnete Stützkurve
(13) mit einer am Stützkörper (5) angeordneten Stützfläche, zweitens mit der Steuerkurve
(11) des Stützkörpers (5) und drittens über eine an dem Zwischenglied (9) angeordnete
Außenkonturfläche (12) mit dem Schwenkhebel (14) in Eingriff steht und über einen
Nocken (2) der Nockenwelle (1) verlagerbar ist, wobei der Nocken (2) über eine verschwenkbare
Schwinge (3) und über einen gelenkig zwischen dem Zwischenglied (9) und der Schwinge
(3) angeordneten Hebel (10) in Wirkverbindung mit dem Zwischenglied (9) steht.
2. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die am Stützkörper (5) angeordnete Stützfläche durch einen am Stützkörper (5) angeordneten
Zapfen (6) gebildet wird, an dem das Zwischenglied (9) über die Stützkurve (13) abstützend
gelagert ist.
3. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zwischenglied (9) über eine am Zwischenglied (9) angeordnete Rolle (8) mit der
Steuerkurve (11) des Stützkörpers (5) in Eingriff steht.
4. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Schwinge (3) eine Rolle (4) angeordnet ist, die in Wirkverbindung mit der Kontur
des Nockens (2) steht.
5. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenkonturfläche (12) des Zwischengliedes (9) über eine am Schwenkhebel (14)
angeordnete Rolle (15) mit dem Schwenkhebel (14) in Wirkverbindung steht.
6. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwinge (3) gelenkig an dem um die Schwenkachse (18) schwenkbar am Zylinderkopf
angeordneten Stützkörper (5) angeordnet ist.
7. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zapfen (6) in der Schwenkachse (18) am Stützkörper (5) angeordnet ist.
8. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Verschwenken des Stützkörpers (5) um die Schwenkachse (18) eine auf den Stützkörper
(5) wirkende Exzenterverstellung (7) angeordnet ist.
9. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stützkörper (5) fest am Zylinderkopf angeordnet ist und die Schwinge (3) zur Ventilhubverstellung
und/oder zur Verstellung des Ventilöffnungs- und/oder -schließwinkels mit einer Verstelleinrichtung
(20) zum Verschwenken der Schwinge (3) versehen ist.
10. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstelleinrichtung (20) eine Exzenterverstellung ist.