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EP 1 600 610 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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30.06.2010 Patentblatt 2010/26 |
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Anmeldetag: 05.03.2005 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(54) |
Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine
Valve drive for an internal combustion engine
Commande de soupape pour moteur à combustion interne
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB IT |
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Priorität: |
29.05.2004 DE 102004026430
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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30.11.2005 Patentblatt 2005/48 |
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Patentinhaber: Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG |
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70435 Stuttgart (DE) |
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Erfinder: |
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- Schwarzenthal, Dietmar
71254 Ditzingen (DE)
- Bugsch, Mirko
63773 Goldbach (DE)
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 429 277 EP-A- 1 245 797 WO-A-03/083269 GB-A- 434 247
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EP-A- 1 205 643 EP-A- 1 255 025 DE-A1- 4 215 057
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine,
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Ein gattungsbildender Ventiltrieb ist der
WO 03/083269 A1 zu entnehmen. Er umfasst einen drehangetriebenen Nocken, um den ein Umschlingungselement
in Form einer Kette gelegt ist. An der Kette ist ein Gaswechselventil schwenkbar angelenkt.
Die Kette ist aus mehreren aneinander gereihten Kettengliedern zusammengesetzt, wobei
die Kette durch ein Federelement gespannt wird, um Spiel zwischen der Kette und der
Nockenumfangsfläche ausgleichen zu können. Die eine Hubkontur definierende Nockenumfangsfläche
setzt sich zusammen aus einem Grundkreisabschnitt, einem Exzenterabschnitt und Flanken,
die zwischen dem Grundkreisabschnitt und dem Exzenterabschnitt ausgebildet sind.
[0003] Das Dokument
EP 1 245 797 zeigt auch einen solchen Ventiltrieb mit Vertifungen in der Nocke.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art zu optimieren.
[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Ventiltrieb mit den in Anspruch 1 genannten
Merkmalen.
[0006] Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass
das Spiel zwischen Kette und Nocken durch die in ihrer Umfangslänge optimierte Kette
verringert werden kann und sich die Übertragung der Hubkontur auf das Gaswechselventil
verbessern lässt.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben, worauf weiter
unten im Zusammenhang mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
eingegangen wird.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Die
einzige Figur zeigt einen Ventiltrieb 1 für eine hier nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine.
Er umfasst einen drehbaren Nocken 2, ein um den Nocken 2 herum gelegtes, bezüglich
des Nockens 2 feststehendes, jedoch durch den Nocken 2 auslenkbares Umschlingungselement
3 und ein an dem Umschlingungselement 3 befestigtes Gaswechselventil 4 mit einem Ventilschaft
5 und einem Ventilteller 6, welcher Ventilteller 6 mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt.
Der Ventiltrieb 1 ist in der Fig. - der Einfachheit halber - in zwei Ausführungsbeispielen
gezeigt, worauf weiter unten eingegangen wird.
[0009] Der Nocken 2 ist insbesondere drehfest auf einer drehantreibbaren Nockenwelle 8 befestigt.
Er umfasst einen Grundkreisabschnitt 9, einen Exzenterabschnitt 10 sowie zwischen
Grundkreisabschnitt 9 und Exzenterabschnitt 10 liegende Flanken 11 und 12, von denen
- aufgrund einer vorgegeben Drehrichtung 13 des Nockens 2 - die Flanke 11 als Öffnungsflanke
11 und die Flanke 12 als Schließflanke 12 definiert ist. Grundkreisabschnitt 9, Exzenterabschnitt
10 sowie Flanken 11 und 12 bilden eine Nockenumfangsfläche 14 mit einer Hubkontur,
die die Hubbewegung des Gaswechselventils 4 steuert. Durch diese Hubkontur wird sich
bei einer Drehung des Nockens 2 das Gaswechselventil 4 in einer nicht gezeigte Schließstellung
in dem Ventilsitz 7 befinden, solange der Grundkreisabschnitt 9 auf das im folgenden
lediglich als Ventil 4 bezeichnete Gaswechselventil wirkt. Durch Weiterdrehung des
Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird zunächst die Öffnungsflanke 11 der Hubkontur das
Ventil 4 in Richtung (Öffnungsrichtung OR) einer nicht gezeigten vollständigen Öffnungsstellung
bewegen. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird das Ventil 4
in eine in der Fig. eingezeichnete Teilöffnungsstellung TT bewegt, die bei einer entsprechenden
Drehstellung DT des Nockens 2 erreicht wird. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in
Richtung 13 wird schließlich die nicht dargestellte vollständige Öffnungsstellung
von dem Ventil 4 eingenommen. Dreht der Nocken 2 weiter in Richtung 13, wird das Ventil
4 in Schließrichtung SR bewegt, so dass es schließlich die nicht dargestellte Schließposition
wieder einnimmt. Diese Funktion des somit zwangsgesteuerten Ventils 4 ist im Stand
der Technik jedoch bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird.
[0010] Das umlaufend ausgeführte und geschlossene Umschlingungselement 3 kann in Umfangsrichtung
UR im wesentlichen undehnbar und aus mehreren aneinander gereihten Kettengliedern
15 zusammengesetzt sein, die in Gelenkachsen 16 gelenkig miteinander verbunden sind,
so dass sich das Umschlingungselement 3 an die Hubkontur der Nockenumfangsfläche 14
weitestgehend anlegen kann. Die Gelenkachsen 16 verlaufen also parallel zur axialen
Erstreckung der Nockenwelle 8. Um die Gelenkachsen 16 können feststehende Hülsen oder
- wie vorzugsweise vorgesehen - drehbare Rollen 17 angeordnet sein, die sich auf der
Nockenumfangsfläche 14 abstützen. Das Umschlingungselement 3 ist somit als Kette 18,
insbesondere Rollenkette oder Hülsenkette, ausgeführt. Das Ventil 4 ist schwenkbar
mit dem Umschlingungselement 3 in einer Anlenkung 19 mit einer Schwenkachse 20 verbunden,
wobei die Schwenkachse 20 - wie die Gelenkachsen 16 - parallel zur Nockenwelle 8 verläuft,
so dass das Ventil 4 in Doppelpfeilrichtung 21 schwenkbar angelenkt ist. Im Ausführungsbeispiel
fallen die Schwenkachse 20 und die Gelenkachse 16 bei einer im folgenden als Abgriffselement
22 bezeichneten Rolle 17 zusammen. Es kann jedoch auch ein hier nicht gezeigter Halter
mit dem Umschlingungselement 3 an dem Abgriffselement 22 verbunden sein, an welchem
Halter das Ventil 4 schwenkbar angelenkt ist. Das Abgriffselement 22 folgt der Nockenumfangsfläche
14, wenn der Nocken 2 sich dreht, und das Abgriffselement 22 überträgt den daraus
resultierenden Hub auf das Ventil 4, das darauf die vorstehend beschriebene Bewegung
in Öffnungsrichtung OR bzw. Schließrichtung SR ausführt.
[0011] Die in Umfangsrichtung UR gemessene Umfangslänge des Umschlingungselements 3 ist
geringfügig größer als der in gleicher Umfangsrichtung UR gemessene Umfang des Nockens
2 an der Nockenumfangsfläche 14, so dass zwischen Nockenumfangsfläche 14 und Umschlingungselement
3 ein geringes Spiel (nicht gezeigt) vorliegt. Dieses Spiel resultiert insbesondere
aus dem an sich bekannten Polygoneffekt einer Kette, bei dem die einzelnen Kettenglieder
15 ein Vieleck bilden, dessen Ecken in den Gelenkachsen 16 liegen können. Die Umfangslänge
(in Umfangsrichtung UR gesehen) der Kette 18 ist so bemessen, dass der Nocken 2 jede
beliebige Drehstellung DT innerhalb der Kette 18 einnehmen kann. Steht in der gezeigten
Drehstellung DT beispielsweise eine Rolle 17 auf einem quasi eine Ecke bildenden ersten
Übergangsbereich 23 der Nockenumfangsfläche 14 zwischen Flanke 11 bzw. 12 und dem
Exzenterabschnitt 10, wird wegen des Polygoneffekts die größte Umfangslänge der Kette
18 benötigt. In einer anderen Drehstellung des Nockens 2 relativ zur Kette 18, wenn
der erste Übergangsbereich 23 zwischen zwei benachbarten Rollen 17 liegt, wird die
Kette 18 eine geringere Umfangslänge erfordern. Durch die fortlaufende Drehung des
Nockens 2 wird die Kette 18 also abwechselnd gespannt und entspannt, also Lose bekommen,
und das Abgriffselement 22 könnte der Hubkontur der Nockenumfangsfläche 14 nicht exakt
folgen bzw. das Abgriffselement 22 wird ggf. wiederholt von der Nockenumfangsfläche
14 abgehoben und angelegt. Die Kette 18 würde somit bei fortlaufender Drehung in Richtung
13 des Nockens alternierend gespannt und gelöst werden, je nachdem, ob gerade eine
Rolle 17 auf dem Übergangsbereich 23 steht oder ob zwei Rollen 17 neben dem Übergangsbereich
23 liegen.
[0012] Um diese Auswirkungen des Polygoneffekts reduzieren und ferner die Umfangslänge der
Kette 18 optimieren zu können, wird vorgeschlagen, auf der Nockenumfangsfläche 14
zumindest eine Erhebung 24 und/oder zumindest eine Vertiefung 25 anzuordnen. Vorzugsweise
wird der Nocken 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel entweder mit der zumindest einen
Vertiefung 25 oder in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit der zumindest einen Erhebung
24 ausgestattet. In der Fig. sind somit lediglich zur Beschreibung beide Ausführungsbeispiele
eingezeichnet. Es wäre jedoch denkbar, bei einem derartigen Ventiltrieb 1 einen Nocken
2 sowohl mit zumindest einer Erhebung 24 und zumindest einer Vertiefung 25 auszustatten.
Im Bereich der Vertiefung 25 ist die Nockenumfangsfläche 14 mit einer Mulde in Richtung
zur Nockenwelle 8 ausgespart, so dass die Vertiefung 25 gegenüber der sich daran anschließenden
Nockenumfangsfläche 14 eine Tiefe TF aufweist. Entsprechendes gilt für die Erhebung
24, bei der die Nockenumfangsfläche 14 von der Nockenwelle 8 weiter entfernt liegt
und so die Erhebung 24 mit einer Höhe HO bildet. Vorzugsweise ist die zumindest eine
Erhebung 24 im Bereich des Exzenterabschnitts 10 vorgesehen, da dort das Ventil 4
ohnehin in Öffnungsstellung bewegt wird und die Erhebung 24 lediglich den Ventilhub
kurzzeitig vergrößern würde. Die zumindest eine Vertiefung 25 hingegen wird vorzugsweise
im Bereich des Grundkreisabschnittes 9 platziert, da das Ventil 4 ohnehin in seiner
Schließstellung in dem Ventilsitz 7 liegt. Würde allerdings das Abgriffselement 22
in die Vertiefung 24 laufen, könnte unter Umständen das Ventil 4 mit erhöhter Kraft
in den Ventilsitz 7 gezogen werden. Um dies zu vermeiden, könnte insbesondere bei
einem Nocken 2 mit zumindest einer Vertiefung 25 vorgesehen sein, ein in Umfangsrichtung
UR wirkendes Federelement 26 zwischen zwei Kettengliedern 15 und/oder ein in Öffnungs-
bzw. Schließrichtung SR wirkendes Federelement 27 im Bereich der Anlenkung 19 zwischen
Kette 18 und Ventil 4 anzuordnen.
[0013] Aus der Fig. wird deutlich, dass die Erhebung 24 - in Umfangsrichtung UR gesehen
- mit Abstand zu dem ersten Übergangsbereich 23 zwischen Flanke 11 bzw. 12 und dem
Exzenterabschnitt 10 liegt. Die Vertiefung 25 liegt - in Umfangsrichtung UR gesehen
- mit Abstand zu einem zweiten Übergangsbereich 28, der zwischen Flanke 11 bzw. 12
und dem Grundkreisabschnitt 9 liegt. Dieser Abstand wird in Abhängigkeit der Teilung
der Kette 18 gewählt, also in Abhängigkeit der Anzahl der Kettenglieder 18 verteilt
auf die Nockenumfangsfläche 14, so dass genau dann eine Rolle 17 in der Vertiefung
25 läuft bzw. eine Rolle 17 auf der Erhebung 24 liegt, wenn eine andere Rolle 17 in
dem erste Übergangsbereich 23 auf der Nockenumfangsfläche 14 liegt bzw. wenn der erste
Übergangsbereich 23 zwischen zwei Rollen 17 steht. Der Abstand der Vertiefung 25 bzw.
Erhebung 24 zu diesem Übergangsbereich 23 sollte also die Länge LA eines Kettengliedes
15 bzw. ein Vielfaches dieser Länge LA betragen.
[0014] Die Höhe HO der Erhebung 24 wird entsprechend größer gewählt, wenn die Anzahl der
Kettenglieder 15 geringer ist, da mit einer Kette 18 mit größerer Teilung der Polygoneffekt
entsprechend deutlicher ausfallen und somit ein größeres Spiel zwischen Kette 18 und
Nockenumfangsfläche 14 vorliegen dürfte. Entsprechend umgekehrt wird die Höhe HO der
Erhebung 24 geringer gewählt, wenn eine Kette 18 mit geringerer Teilung, also mit
einer größeren Anzahl von Kettengliedern 15 verwendet wird. Die Tiefe TF der Vertiefung
24 wird entsprechend größer gewählt, wenn die Anzahl der Kettenglieder 15 geringer
ist, da mit einer Kette 18 mit größerer Teilung der Polygoneffekt entsprechend größer
und somit ein größeres Spiel zwischen Kette 18 und Nockenumfangsfläche 14 vorliegen
dürfte. Entsprechend umgekehrt wird die Tiefe TF der Vertiefung 24 geringer gewählt,
wenn eine Kette 18 mit geringerer Teilung, also mit einer größeren Anzahl von Kettengliedern
15 verwendet wird. Die Höhe HO der Erhebung 24 bzw. die Tiefe TF der Vertiefung 25
kann überdies an die Hubkontur des Nockens 2 angepasst sein, da die Ausgestaltung
der Hubkontur, insbesondere im ersten Übergangsbereich 23, den Polygoneffekt beeinflussen
kann.
1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem drehbaren Nocken, welcher Nocken
eine Nockenumfangsfläche, einen Grundkreisabschnitt, einen Exzenterabschnitt und seitliche,
den Grundkreisabschnitt mit den Exzenterabschnitt verbindende Flanken aufweist, mit
einem um den Nocken angeordneten, als Kette ausgeführten Umschlingungselement, welche
Kette mehrere aneinander gereihte Kettenglieder aufweist, und mit einem Gaswechselventil,
das an dem Umschlingungselement angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenumfangsfläche (14) im Grundkreisabschnitt (9) und/oder im Exzenterabschnitt
(10) zumindest eine Erhebung (24) und/oder eine Vertiefung (25) aufweist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (24) und/oder die Vertiefung (25) - in Umfangsrichtung (UR) des Nockens
(2) gesehen - mit einem Abstand zu einem ersten Übergangsbereich (23) zwischen dem
Exzenterabschnitt (10) und einer der Flanken (11, 12) und/oder mit einem Abstand zu
einem zweiten Übergangsbereich (28) zwischen Grundkreisabschnitt (9) und einer der
Flanken (11,12) angeordnet ist.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in Abhängigkeit der Teilung der Kette (18) gewählt ist.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand einer Länge (LA) eines Kettengliedes (15) entspricht oder ein Vielfaches
dieser Länge (LA) beträgt.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (24) im Exzenterabschnitt (10) angeordnet ist.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (25) im Grundkreisabschnitt (9) angeordnet ist.
7. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (18) eine Rollen - oder Hülsenkette ist.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (HO) der Erhebung (24) bzw. die Tiefe (TF) der Vertiefung (25) in Abhängigkeit
der Anzahl der Kettenglieder (15) gewählt wird.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 1, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (18) ein in Umfangsrichtung (UR) wirkendes Federelement (27) aufweist.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 1, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kette (18) und Gaswechselventil (4) ein Federelement (27) angeordnet ist.
1. Valve drive for an internal combustion engine, having a rotatable cam, which cam has
a cam circumferential surface, a base circle section, an eccentric section and lateral
flanks which connect the base circle section to the eccentric section, having a wraparound
element which is arranged around the cam and which is designed as a chain, which chain
has a plurality of chain links connected to one another in series, and having a gas
exchange valve which is articulatedly connected to the wraparound element, characterized in that the cam circumferential surface (14) has at least one elevation (24) and/or one depression
(25) in the base circle section (9) and/or in the eccentric section (10).
2. Valve drive according to Claim 1, characterized in that - as viewed in the circumferential direction (UR) of the cam (2) - the elevation
(24) and/or the depression (25) is arranged with a spacing to a first transition region
(23) between the eccentric section (10) and one of the flanks (11, 12) and/or with
a spacing to a second transition region (28) between the base circle section (9) and
one of the flanks (11, 12).
3. Valve drive according to Claim 1 and 2, characterized in that the spacing is selected as a function of the pitch of the chain (18).
4. Valve drive according to Claim 2 or 3, characterized in that the spacing corresponds to a length (LA) of a chain link (15) or is a multiple of
said length (LA).
5. Valve drive according to Claim 1, characterized in that the elevation (24) is arranged in the eccentric section (10).
6. Valve drive according to Claim 1, characterized in that the depression (25) is arranged in the base circle section (9).
7. Valve drive according to one of the preceding claims, characterized in that the chain (18) is a roller chain or sleeve chain.
8. Valve drive according to Claim 1, characterized in that the height (HO) of the elevation (24) or the depth (TF) of the depression (25) is
selected as a function of the number of chain links (15).
9. Valve drive according to Claim 1, 3 or 7, characterized in that the chain (18) has a spring element (27) which acts in the circumferential direction
(UR).
10. Valve drive according to Claim 1, 3 or 7, characterized in that a spring element (27) is arranged between the chain (18) and the gas exchange valve
(4).
1. Entraînement de soupape pour un moteur à combustion interne, avec une came rotative,
laquelle came présente une surface périphérique de came, une portion de cercle de
base, une portion d'excentrique et des flancs latéraux reliant la portion de cercle
de base à la portion d'excentrique, avec un élément d'enveloppement réalisé sous forme
de chaîne, disposé autour de la came, laquelle chaîne présente plusieurs maillons
de chaîne alignés en rangée les uns contre les autres, et avec une soupape d'échange
gazeux, qui est articulée à l'élément d'enveloppement, caractérisé en ce que la surface périphérique de came (14) présente, dans la portion de cercle de base
(9) et/ou dans la portion d'excentrique (10), au moins un rehaussement (24) et/ou
un renfoncement (25).
2. Entraînement de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rehaussement (24) et/ou le renfoncement (25), vus dans la direction périphérique
(UR) de la came (2), sont disposés à une distance d'une première région de transition
(23) entre la portion d'excentrique (10) et l'un des flancs (11, 12) et/ou à une distance
d'une autre région de transition (28) entre la portion de cercle de base (9) et l'un
des flancs (11, 12).
3. Entraînement de soupape selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la distance est choisie en fonction de la division de la chaîne (18).
4. Entraînement de soupape selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la distance correspond à une longueur (LA) d'un maillon de la chaîne (15), ou à un
multiple de cette longueur (LA).
5. Entraînement de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rehaussement (24) est disposé dans la portion d'excentrique (10).
6. Entraînement de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfoncement (25) est disposé dans la portion de cercle de base (9).
7. Entraînement de soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne (18) est une chaîne à rouleaux ou à douilles.
8. Entraînement de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur (HO) du rehaussement (24) ou la profondeur (TF) du renfoncement (25) est
choisie en fonction du nombre de maillons de la chaîne (15).
9. Entraînement de soupape selon la revendication 1, 3 ou 7, caractérisé en ce que la chaîne (18) présente un élément de ressort (27) agissant dans la direction périphérique
(UR).
10. Entraînement de soupape selon la revendication 1, 3 ou 7, caractérisé en ce qu'un élément de ressort (27) est disposé entre la chaîne (18) et la soupape d'échange
gazeux (4).
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