Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem drehbaren Nocken, einem um den Nocken angeordneten Umschlingungselement, einem Gaswechselventil und mit einer Aufhängung für das Gaswechselventil an dem Umschlingungselement.
Zur Optimierung des Ventiltriebs (1) wird vorgeschlagen, dass das Umschlingungselement (3) - in Umfangsrichtung (UR) des Umschlingungselements (3) gesehen - mit Abstand (AB) zu der Aufhängung (19) partiell eine Zusatzmasse (23) aufweist.

Beschreibung

[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein gattungsbildender Ventiltrieb ist der WO 01/12958 A1 zu entnehmen. Dieser Ventiltrieb besitzt einen drehbaren Nocken, um den ein Umschlingungselement angeordnet ist, welches feststehend ausgebildet ist, d.h. der Nocken dreht sich innerhalb des Umschlingungselements. An dem Umschlingungselement ist über eine Aufhängung ein Gaswechselventil befestigt, welches in bekannter Weise mit einem Ventilsitz zusammenwirkt.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art zu optimieren.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Ventiltrieb, der die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfasst. Weitere Ausgestaltungen des Ventiltriebs sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0005] Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind bei einem Ventiltrieb darin zu sehen, dass Beschleunigungsspitzenwerte des Gaswechselventils bzw. des Umschlingungselements vermieden oder zumindest verringert werden. Durch Vermeidung der Beschleunigungsspitzenwerte wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass das Umschlingungselement mit hoher Beschleunigung auf die Nockenumfangsfläche trifft, wodurch einerseits Beschädigungen an der Nockenumfangsfläche und/oder an dem Umschlingungselement sowie andererseits eine übermäßige Geräuschentwicklung vermieden werden. Da das Gaswechselventil an dem Umschlingungselement aufgehängt ist, kann beim Beschleunigen des Ventils in Öffnungsrichtung das Umschlingungselement im Bereich der Aufhängung für das Ventil von der Nockenumfangsfläche abheben. Während dieser als Freiflugphase bezeichneten Phase wird das Gaswechselventil lediglich durch das Umschlingungselement geführt. Bei einer Weiterdrehung des Nockens wird das Gaswechselventil wieder in Richtung Schließstellung gezogen. Da das Umschlingungselement im Bereich der Aufhängung jedoch von der Nockenumfangsfläche teilweise abgehoben sein kann, wird dieses bei Weiterdrehung des Nockens wieder an die Nockenumfangsfläche herangezogen. Um dabei hohe Beschleunigungsspitzenwerte zu vermeiden, ist die Zusatzmasse vorgesehen. Bei entsprechender Drehung des Nockens wird die Zusatzmasse mit einer von der Nockenumfangsfläche weggerichteten Zusatzmassenkraft beschleunigt, so dass das Umschlingungselement an der Zusatzmasse von der Nockenumfangsfläche abgehoben wird. Dadurch wird jedoch das Umschlingungselement im Bereich der Aufhängung für das Gaswechselventil wieder an die Nockenumfangsfläche herangezogen, wodurch das harte Aufsetzen des Umschlingungselements im Bereich der Aufhängung vermieden wird.

[0006] Nach einer in Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung der Erfindung kann die Zusatzmasse - in Drehrichtung des Nockens gesehen - der Aufhängung mit Abstand vor-und/oder nachgeordnet sein, um beispielsweise das Abheben des Umschlingungselements im Bereich der Aufhängung für das Gaswechselventil zu vermindern bzw. um - wie vorstehend erwähnt - die Beschleunigung des Umschlingungselements im Bereich der Aufhängung zu vermindern, wenn das Umschlingungselement wieder auf die Nockenumfangsfläche gelegt wird.

[0007] Gemäß einem in Anspruch 4 angegebenen Ausführungsbeispiel wird die Zusatzmasse an dem Umschlingungselement befestigt. Bei einer in Anspruch 5 bzw. 6 angegebenen Ausführungsalternative kann ein Teil des Umschlingungselements, insbesondere ein Glied einer Kette, die Zusatzmasse selbst bilden, indem es gegenüber den anderen Teilen des Umschlingungselements, insbesondere anderer Glieder, eine erhöhte Masse aufweist. Diese erhöhte Masse kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass für das Glied bzw. die Rolle mit der Zusatzmasse ein Werkstoff mit höherer Dichte verwendet wird. Dieses Glied mit der Zusatzmasse kann jedoch auch entsprechend größer als die übrigen Glieder ausgebildet sein, um die erhöhte Masse aufzuweisen. Gleiches gilt, wenn die Zusatzmasse an einer Rolle oder Hülse der Kette angeordnet ist.

[0008] In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Umschlingungselement auch als Schlaufe ausgebildet sein, die - in Umfangsrichtung gesehen - einstückig ausgebildet ist. An der Schlaufe kann die Zusatzmasse befestigt sein. Die geschlossene oder offene Schlaufe kann als Gewebeband, Seil oder Kunststoffring ausgeführt sein. In Umfangsrichtung ist das Umschlingungselement einstückig ausgeführt, es kann jedoch mehrere Lagen aufweisen.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4

einen Ventiltrieb nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Nocken in unterschiedlichen Drehstellungen,

Fig. 5

einen Ventiltrieb nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 6

ein Diagramm, in dem die Beschleunigung des Gaswechselventils über dem Drehwinkel der Nockenwelle angegeben ist.

[0010] Von einem in Fig. 1 gezeigten Ventiltrieb 1 für eine hier nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine ist ein drehbarer Nocken 2, ein um den Nocken 2 herumgelegtes, bezüglich des Nockens 2 feststehendes, jedoch durch den Nocken 2 auslenkbares Umschlingungselement 3, ein an dem Umschlingungselement 3 befestigtes Gaswechselventil 4 mit einem Ventilschaft 5 und einem Ventilteller 6 gezeigt, welcher Ventilteller 6 mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt.

[0011] 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 in Fig. 1 gezeigte Schließstellung ST befinden, solange der Grundkreisabschnitt 9 auf das im folgenden lediglich als Ventil 4 bezeichnete Gaswechselventil wirkt. Ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten ersten Drehstellung DT1 des Nockens 2 wird bei seiner Drehung in Richtung 13 zunächst die Öffnungsflanke 11 der Hubkontur das Ventil 4 in eine in Fig. 2 gezeigte Teilöffnungsstellung TT bewegen, die hier mit einer zweiten Drehstellung DT2 des Nockens 2 korrespondiert. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird das Ventil 4 in die in Fig. 3 gezeigte vollständige Öffnungsstellung VT bewegt, die bei einer dritten Drehstellung DT3 des Nockens 2 erreicht wird. Ausgehend von der Schließstellung ST über die Teilöffnungsstellung TT bis die Öffnungsstellung VT wird das Ventil 4 durch die Hubkontur des Nockens 2 in Öffnungsrichtung OR mit einer Öffnungsbeschleunigung a_o bewegt und vom Ventilsitz 7 abgehoben. Durch weitere Drehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird die Bewegungsrichtung des Ventil 4 in eine Schließrichtung SR mit einer Schließbeschleunigung a_s umgekehrt, wie dies Fig. 4 im Zusammenhang mit einer vierten Drehstellung DT4 des Nockens 2 und einer Teilschließstellung TS des Ventil 4 dargestellt ist. Bei entsprechender Weiterdrehung des Nockens 2 in Drehrichtung 13 wird dieser schließlich wieder die erste Drehstellung DT1 in Fig. 1 einnehmen. In Öffnungsrichtung OR wird das Ventil 4 durch den Nocken 2 bewegt. In Schließrichtung SR hingegen wird das Ventil 4 von dem Umschlingungselement 3 zurück gezogen, da das flexible Umschlingungselement 3 entsprechend der Hubkontur des Nockens 2 ausgelenkt wird. Diese Funktion des somit zwangsgesteuerten Ventils 4 ist im Stand der Technik jedoch bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird.

[0012] Das umlaufend ausgeführte und geschlossene Umschlingungselement 3 ist in Umfangsrichtung UR im wesentlichen undehnbar und im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 aus mehreren aneinander gereihten Gliedern 15 zusammengesetzt, 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 Erstreckung der Nockenwelle 8. Um die Gelenkachsen 16 können feststehende Hülsen oder - wie für das erste Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 angenommen - drehbare Rollen 17 angeordnet sein, die sich auf der Nockenumfangsfläche 14 abstützen. Das Umschlingungselement 3 kann als Kette 18, insbesondere Rollenkette oder Hülsenkette, ausgeführt sein. Das Ventil 4 ist schwenkbar mit dem Umschlingungselement 3 in einer Aufhängung 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 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.

[0013] 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 gewisses, in den Fig. 2 bis 3 übertrieben dargestelltes Spiel SP vorliegt, wodurch eine oder mehrere Rollen 17 von der Nockenumfangsfläche 14 abheben können. Dieses Spiel SP resultiert beispielsweise aus Fertigungstoleranzen des Umschlingungselements 3 und/oder des Nockens 2 und/oder aus einer Längenänderung des Umschlingungselements 3 aufgrund Verschleiß bzw. Alterung und/oder aus dem an sich bekannten Polygoneffekt. Es kann jedoch auch ein gewünschtes Spiel SP vorhanden sein, um das an sich bekannte Ventilspiel ausgleichen zu können. Folgt das Abgriffselement 22 der Nockenumfangsfläche 14 stellt sich eine ideale Bewegung (Ventilhub) des Ventils 4 in Öffnungsrichtung OR und Schließrichtung ein.

[0014] Aufgrund der Umfangslänge des Umschlingungselements 3 hebt jedoch das Abgriffselement 22 von der Nockenumfangsfläche 14 ab, wenn das Abgriffselement 22 und damit das Ventil 4 in Öffnungsrichtung OR mit der Öffnungsbeschleunigung a_o bewegt wird. Dieses Abheben des Abgriffselements 22 bewirkt einen von dem idealen Ventilhub abweichenden Hub und kann bereits auftreten, während das Abgriffselement 22 von der Öffnungsflanke 11 bzw. von dem Exzenterabschnitt 10 des Nockens 2 beaufschlagt wird. Der Verlauf der Beschleunigung a_v des Ventils 4 über dem Drehwinkel NW der Nockenwelle 8 ist in Fig. 6 in durchgezogener Linie dargestellt. Nach der Öffnungsbeschleunigung a_o etwa ab einem Drehwinkel von 150° der Nockenwelle 8 hebt das Abgriffselement 22 von der Nockenumfangsfläche 14 ab bis es von dem Umschlingungselement 3 nach Durchlaufens des Spiels SP gefangen wird. Das Ventil 4 wird dabei durch das Umschlingungselement 3 geführt und das Abgriffselement 22 hat keinen Kontakt zur Nockenumfangsfläche 14. Diese Phase der Bewegung des Ventils 4 kann auch als Freiflugphase FP bezeichnet werden, die etwa bis zu einem Drehwinkel von ca. 240° der Nockenwelle 8 anhält. Während dieser Freiflugphase FP findet auch die Richtungsumkehr der Bewegung des Ventils 4 von der Öffnungsrichtung OR in die Schließrichtung SR statt. Nach dieser Freiflugphase FP setzt das Abgriffselement 22 schlagartig auf die Nockenumfangsfläche 14 auf, wodurch es zu einem Beschleunigungsspitzenwert BS kommt, was in Fig. 6 durch den gestrichelt eingezeichneten Linienabschnitt deutlich wird.

[0015] Um dieses schlagartige und harte Aufsetzen des Abgriffselements 22 auf die Nockenumfangsfläche 14 zu vermeiden bzw. zumindest zu verringern, wird das Abgriffselement 22 durch zumindest eine am Umschlingungselement 3 angebrachte, beschleunigbare Zusatzmasse 23 wieder auf die Nockenumfangsfläche 14 gezogen. Die zumindest eine Zusatzmasse 23 kann durch eine Rolle 24 mit gegenüber den anderen Rollen 17 erhöhter Masse bereit gestellt werden. Es wäre auch denkbar, mehrere Rollen 17 mit einer Zusatzmasse 23 auszustatten. Die Zusatzmasse 23 könnte zusätzlich oder alternativ an einem der Glieder 15 angebracht oder durch ein Glied 15 mit gegenüber den anderen Glieder 15 erhöhter Masse realisiert werden. Die Zusatzmasse 23 ist in einem Ausführungsbeispiel - in Umfangsrichtung UR gesehen - mit Abstand AB zu dem Abgriffselement 22 bzw. zu der Aufhängung 19 angeordnet und ist - in Drehrichtung 13 - gesehen - der Aufhängung 19 bzw. dem Abgriffselement 22, vorzugsweise direkt, nachgeordnet, also vorzugsweise an dem Glied 15 und/oder an der Rolle 24 angeordnet, das/die dem Abgriffselement 22 direkt folgt. Sind - in Umfangsrichtung UR gesehen - mehrere Zusatzmassen 23 vorgesehen, können diese direkt nacheinander oder ggf. auch mit einem Abstand dazwischen am Umschlingungselement 3 angebracht sein, welcher Abstand größer als die Länge LA eines Gliedes 15 ist. So könnte zwischen zwei Rollen 24 mit Zusatzmasse 23 zumindest eine Rolle 17 ohne Zusatzmasse 23 liegen. Gleiches gilt auch, wenn Zusatzmassen 23 verteilt an mehreren Gliedern 15 angebracht sind. Sind mehrere Zusatzmassen 23 vorgesehen, wird vorzugsweise die am nächsten zum Abgriffselement 22 liegende Zusatzmasse 23 am größten gewählt und die anderen Zusatzmassen geringer festgelegt, wobei bei mehr als zwei Zusatzmassen die weitere(n) Zusatzmassen weiter verringert sind. Denkbar wäre es überdies, sowohl Rollen 17 als auch Glieder 15 mit Zusatzmassen 23 auszustatten. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte alternativ oder zusätzlich zu der dem Abgriffselement 22 nachgeordneten Zusatzmasse 23 in analoger Weise ein Glied 15 und/oder eine Rolle 17 mit einer Zusatzmasse 23' (Fig. 1) versehen werden, welche Rolle 17 bzw. welches Glied 15 dem Abgriffselement 22 bzw. der Aufhängung 19 - in Drehrichtung 13 gesehen - mit Abstand AB vorgeordnet ist, wodurch ggf. ein Abheben des Abgriffselements 22 verhindert bzw. vermindert werden könnte.

[0016] Zur Funktion: Hat das Abgriffselement 22 von der Nockenumfangsfläche 14 abgehoben, wird beim Beschleunigen der Zusatzmasse 23 durch die Hubkontur des Nockens eine von der Nockenumfangsfläche 14 weggerichtete Zusatzmassenkraft ZK (Fig. 4) erzeugt, die - bedingt durch die Massenträgheit - die Rolle 24 mit der Zusatzmasse 23 von der Nockenumfangsfläche 14 abheben lässt, wodurch in den an der Zusatzmasse 23 befestigten Gliedern 15 die Zusatzmassenkraft ZK in Kraftteilkomponenten KT zerfällt, die das Umschlingungselement 3 straffen und das Abgriffselement 22 mit einer Anlegekraft AK wieder auf die Nockenumfangsfläche 14 bewegen. Dadurch befindet sich das Abgriffselement 22 vor Beginn der durch die Hubkontur hervorgerufenen Schließbeschleunigung a_s wieder auf der Nockenumfangsfläche 14 und das zuvor beschriebene harte Aufsetzten des Abgriffselements 22 auf die Nockenumfangsfläche 14 bleibt aus oder wird zumindest vermindert, was aus dem mit durchgezogener Linie in Fig. 6 gezeigten Beschleunigungsverlauf a_v des Ventil 4 hervorgeht.

[0017] Die Zusatzmasse 23 bzw. die Gesamtmasse der Rolle 24 bzw. des mit Zusatzmasse versehenen Gliedes 15 wird aus der bekannten Beziehung F = m · a ermittelt, mit F = Kraft, m = Masse und a = Beschleunigung, wobei die zu erzielende Zusatzmassenkraft ZK in Abhängigkeit der zu beschleunigenden Masse des Ventil 4 gewählt wird. Die Maximaldrehzahl des Ventiltriebs 1 und damit die auftretende Beschleunigung a_v kann bei der Ermittlung der Zusatzmasse 23 berücksichtigt werden. Um die Gesamtmasse des Ventiltriebs 1 gering zu halten, wird in bevorzugter Ausführungsform die partiell am Umschlingungselement 3 angeordnete Zusatzmasse 23 geringer gewählt als die Masse des Ventils 4.

[0018] Gemäß einem zweiten in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Umschlingungselement 3 des Ventiltriebs 1 als umlaufende, flexible Schlaufe 25 ausgeführt, die - in Umfangsrichtung UR - vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, jedoch aus mehreren Lagen 26, 27 oder lediglich einer Lage 26 oder 27 hergestellt sein kann. Die Schlaufe 25 ist - in analoger Weise zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 - mit einer Zusatzmasse 23 ausgestattet, die an der Schlaufe 25, beispielsweise außen, befestigt oder innerhalb der Schlaufe 25, beispielsweise zwischen zwei Lagen 26, 27 als Einlegeteil, angebracht sein kann. Ansonsten sind in Fig. 5 gleiche bzw. gleich wirkende Teile wie in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ansprüche

1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem drehbaren Nocken, einem um den Nocken angeordneten Umschlingungselement, einem Gaswechselventil und mit einer Aufhängung für das Gaswechselventil an dem Umschlingungselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement (3) - in Umfangsrichtung (UR) des Umschlingungselements (3) gesehen - mit Abstand (AB) zu der Aufhängung (19) partiell eine Zusatzmasse (23) aufweist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (23) - in Drehrichtung (13) des Nockens (2) gesehen - der Aufhängung (19) mit Abstand (AB) vor - und/oder nachgeordnet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement (3) in Umfangsrichtung (UR) im wesentlichen undehnbar ausgeführt ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (23) an dem Umschlingungselement (3) befestigt ist.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement (3) aus mehreren beweglich aneinander gereihten Gliedern (15) zusammengesetzt ist, und dass die Zusatzmasse (23) durch eines der Glieder (15) gebildet ist, das gegenüber den anderen Gliedern eine erhöhte Masse aufweist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glied (15) eine Rolle (17, 24) oder Hülse aufweist, die sich auf der Umfangsfläche (14) des Nockens (2) abstützt, und dass die Rolle (24) oder Hülse die Zusatzmasse (23) aufweist.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement (3) als Kette (18) ausgebildet ist.

8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungselement (3) als - in Umfangsrichtung (UR) gesehen - einstückige Schlaufe (25) ausgebildet ist, welche Schlaufe (25) die Zusatzmasse (23) aufweist.

Zeichnung