Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb

Abstract

 Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb (2), mit einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') von einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist, wobei die Kulisse (5) am Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
Aufgrund der vorgeschlagenen Ausgestaltung des hubvariablen Ventiltriebes wird für den hubvariablen Ventiltrieb eine höchste Steifigkeit erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Sie geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 23 186 aus. In dieser ist eine Ventiltriebsvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei der Ventiltriebsvorrichtung steht das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle in Wirkverbindung mit einer, eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels angeordnet ist. Der mittels einer Feder über eine Rolle dem Nocken spielfrei zugeordnete Schwenkhebel ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt. Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels um seinen Schwingdrehpunkt bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils ist eine, an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius "R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes zur gesteuerten lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels vorgesehen.

[0003] Ausschlaggebend für die Qualität eines gattungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs ist die Spielfreiheit des Schwenkhebels, sowie eine hohe Steifigkeit der einzelnen Bauelemente.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kulisse möglichst steif in den hubvariablen Ventiltrieb zu integrieren.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer hohen Steifigkeit der gesamten Ventiltriebsanordnung. Darüber hinaus bietet die Anordnung der Kulisse direkt am Zylinderkopf günstige Montagebedingungen sowie eine hohe mechanische Bearbeitungsgenauigkeit für den gesamten Ventiltrieb bei der Fertigung.

[0006] Eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 beinhaltet zwei technologische Varianten der Montage der Kulisse am Zylinderkopf. So bietet die Variante einer lösbaren Verbindung, wie z.B. einer Schraubverbindung, vor allem fertigungstechnische Vorteile in Bezug auf Kosten und Einfachheit bei der Herstellung des Gesamtsystems. Demgegenüber bietet die Variante des Eingießens der Kulisse in den Zylinderkopf eine noch höhere fertigungstechnische Präzision, da die Endbearbeitung nach dem Eingießen erfolgt.

[0007] Die Maßnahmen gemäß der Patentansprüche 3 und 4 reduzieren nochmals in vorteilhafter Weise die Herstellkosten. Die Anzahl der Einzelbauteile wird durch diese Maßnahme verringert sowie die Montage am bzw. das Eingießen im Zylinderkopf erleichtert.

[0008] Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 reduziert ebenfalls die Herstellkosten bzw. den Montageaufwand und somit die Montagekosten.

[0009] Die Herstellmöglichkeiten der Kulisse gemäß Patentanspruch 6 gewährleisten beim Betrieb des hubvariablen Ventiltriebs gute Verschleißeigenschaften, da die Kulisse aus einem härteren Material gefertigt wird als der Zylinderkopf. Darüber hinaus ist die Herstellung als Sinterbauteil kostengünstig und in Bezug auf das ausgewählte Material für optimale Verschleißfestigkeit auslegbar.

[0010] Bei der Ausführung gemäß Patentanspruch 7 entfallen separate Schmiermittelleitungen, wodurch die Herstellkosten des Zylinderkopfes nochmals wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus wird aufgrund der hochintegrierten Bauweise Bauraum eingespart sowie das Gewicht des Zylinderkopfes reduziert.

[0011] Bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 übernimmt die Kulisse nicht nur die Aufgabe der Führung des Schwenkhebels sondern auch noch die Aufgabe der axialen Führung des Schwenkhebels. Weitere separate axiale Führungselemente können somit entfallen.

[0012] Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.

Fig. 1

zeigt den schematischen Aufbau eines hubvariablen Ventiltriebes,

Fig. 2

zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf eine in einem Zylinderkopf eingegossene Kulisse.

[0013] Für die selben Bauteile in Fig. 1 und Fig. 2 gelten dieselben Bezugszeichen.

[0014] Fig. 1 zeigt einen hubvariablen Ventiltrieb 2, der in einem ansatzweise dargestellten Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Der hubvariable Ventiltrieb 2 besteht im Wesentlichen aus einem Schwenkhebel 3, mit einem Rollenelement 4 und einem Schwingdrehpunkt 4', sowie einer Kulisse 5 mit einer Kulissenbahn 5', einem Zwischenelement 7, einem Gaswechselventil 8, einem Nocken 9, der auf einer Nockenwelle 9' angeordnet ist sowie einer Feder 10 und einer Verstelleinrichtung 11. Die Kulisse 5 ist ortsfest in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Der Schwenkhebel 3 stützt sich einerseits über das Rollenelement 4 auf der Kulissenbahn 5' der Kulisse 5 ab und andererseits mit einer Steuerbahn 6, die aus einer Leerhubkurve 6' und einer Hubkurve 6" besteht, auf dem Zwischenelement 7 ab. Das Zwischenelement 7 ist ein Rollenschlepphebel, dessen Rolle um eine Drehachse 12 drehbar ist. Die Drehachse 12 ist gleichzeitig der Mittelpunkt der Kulissenbahn 5' in einer Nullhubstellung. Das Zwischenelement stützt sich einerseits von der Drehachse 12 auf einem Spielausgleichselement 14, hier einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement, und andererseits auf dem Gaswechselventil 8 ab. Zwischen der Steuerbahn 6 und dem ersten Rollenelement 4 ist an den Schwenkhebel 3 ein weiteres Rollenelement 13 angeordnet. Dieses steht in Wirkverbindung mit dem Nocken 9. Bei Drehung der Nockenwelle 9' schwenkt der Schwenkhebel 3 und drückt mit seiner Hubkurve 6" das Gaswechselventil in eine nicht näher dargestellte Öffnungsstellung weg. Das erste Rollenelement 4 ist neben der Abstützung auf der Kulissenbahn 5' weiter an einer Verstelleinrichtung 11 abgestützt, mit der der Schwingdrehpunkt 4' des ersten Rollenelements 4 parallel zur Kulissenbahn 5' verschoben werden kann. Eine derartige Verschiebung bewirkt eine Veränderung des Ventilhubes.

[0015] Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf die in einem Zylinderkopf 1 eingegossene Kulisse 5 mit der Verstelleinrichtung 11, auf der sich das erste Rollenelement 4 einerseits und auf der Kulissenbahn 5' andererseits abstützt. Dargestellt ist eine in Nockenwellenachsrichtung versetzte doppelte Anordnung, von der aber nur auf die dem Leser zugewandte Anordnung näher eingegangen wird. Ferner ist in etwa mittig im Schwenkhebel 3 das zweite Rollenelement 13 erkennbar, welches sich auf dem Nocken 9 der geschnitten dargestellten Nockenwelle 9' abstützt.

[0016] Um eine möglichst große Steifigkeit im hubvariablen Ventiltrieb 2 zu erreichen, ist die Kulisse 5 direkt in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Sie ist somit integraler Bestandteil des Zylinderkopfes 1. In anderen Ausführungen ist statt des Eingießens auch eine lösbare Verbindung, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, denkbar.

[0017] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kulisse 5 aus einem Sintermaterial hergestellt, sie kann aber auch durch Schmieden oder durch Gießen produziert werden. Der Zylinderkopf 1 besteht vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung.

[0018] Ferner ist es möglich mehrere Kulissen 5 zu einem nicht dargestellten Kulissenblock zusammenzufassen. Dieser Kulissenblock dient entweder für einen Zylinder der nicht dargestellten Brennkraftmaschine oder für sämtliche Zylinder gleichzeitig als Kulisse 5. Auch die Kulissenblöcke können geschmiedet, gegossen oder gesintert sein. Die Befestigung in dem Zylinderkopf 1 ist analog der Befestigung einer einzelnen Kulisse 5 im Zylinderkopf 1.

[0019] in weiteren Ausführungsvarianten können direkt in die Kulissen 5 bzw. Kulissenblöcke Schmiermittelkanäle integriert werden, wodurch externe, bzw. separate Schmiermittelleitungen entfallen können. Darüber hinaus können die Kulissen 5, bzw. Kulissenblöcke auch derart ausgestaltet sein, dass sie gleichzeitig als axiale Führung für den Schwenkhebel 3 fungieren.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Zylinderkopf

2

Hubvariabler Ventiltrieb

3

Schwenkhebel

4

Erstes Rollenelement

4'

Schwingdrehpunkt

5

Kulisse

5'

Kulissenbahn

6

Steuerbahn

6'

Leerhubkurve

6"

Hubkurve

7

Zwischenelement

8

Gaswechselventil

9

Nocken

9'

Nockenwelle

10

Feder

11

Verstelleinrichtung

12

Drehachse

13

Zweites Rollenelement

14

Spielausgleichselement

Ansprüche

1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb (2), mit einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') von einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) am Zylinderkopf (1) angeordnet ist.

2. Kulisse nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) lösbar mit dem Zylinderkopf (1) verbunden oder teilweise in den Zylinderkopf (1) eingegossen ist.

3. Kulisse nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kulissen (5) zu einem Kulissenblock zusammenfassbar sind.

4. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine mehr als einen Zylinder aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder ein Kulissenblock zuordenbar ist.

5. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass allen Zylindern der Brennkraftmaschine ein gemeinsamer Kulissenblock zuordenbar ist.

6. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) oder der Kulissenblock geschmiedet oder gesintert oder gegossen ist.

7. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Kulisse (5) oder in den Kulissenblock eine Schmiervorrichtung integriert ist.

8. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (3) von der Kulisse (5) in axialer Richtung führbar ist.

Zeichnung