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(11) | EP 1 387 928 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
VENTILTRIEB-VORRICHTUNG ZUR VARIABLEN HUBVERSTELLUNG EINES GASWECHSELVENTILS EINER BRENNKRAFTMASCHINE GAS DRIVING DEVICE FOR VARIABLE ADJUSTMENT OF THE LIFT OF A GAS EXCHANGE VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEME DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MODIFIER LA COURSE D'UNE SOUPAPE DE GAZ A DEUX VOIES D'UN MOTEUR A COMBUSTION |
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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] Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventiltrieb-Vorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, bei der das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse drehbaren Rolle in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventiles von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels, wobei der federbelastet über eine Kurvenbahn dem Nocken zugeordnete Schwenkhebel andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt ist.
[0002] Eine derartige Ventiltrieb-Vorrichtung ist aus der DE 197 08 484 A1 bekannt, wobei der Schwenkhebel in seinem steuerbahnfemen Endbereich eine kreisbogenförmige Verzahnung aufweist zum Eingriff in eine Verzahnung einer Steuerwelle, die als Verstelleinrichtung zur Änderung der einem bestimmten Hub des Gaswechselventils zugeordneten Schwenklage dient. Der Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels ergibt sich hierbei im Berührungspunkt der Teilkreise.
[0003] Mit dieser Anordnung wird beim Einwirken des Nockens einer benachbarten Nockenwelle auf den Schwenkhebel bewirkt, dass dieser sich in der Verzahnung der stillstehenden Steuerwelle abwälzt und dabei neben einer Schwenkbewegung bzw. einer rotatorischen Bewegung in Bezug auf die Rolle des Übertragungselementes auch eine translatorische Bewegungskomponente auftritt mit dem Umstand eines gegenüber dem beabsichtigten Hub veränderten Hubes des Gaswechselventils.
[0004] Eine weitere, ähnliche Ventiltrieb-Vorrichtung ist ferner aus der DE 42 23 172 C1 bekannt, wobei der zur Erzielung eines variablen Hubes - Null-Hub bis Voll-Hub - vom Nocken einer Nockenwelle verschwenkte Schwenkhebel in seinem freien Hebelende benachbart der Linienberührung mit einer der Hubeinstellung dienenden Kurvenscheibe über ein Langloch an einem gehäusefesten Bolzen geführt ist. Auch bei dieser Führung unterliegt der Schwenkhebel bei einer Hubbetätigung des Gaswechselventils in seinem Schwingdrehpunkt einer rotatorischen sowie einer translatorischen Bewegungskomponente, wobei die translatorische Bewegungskomponente der Funktion eines Vomockens bzw. einer Rampe entspricht, ansonsten aber einer Steigerung der Dynamik des Ventiltriebes entgegensteht.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße Ventiltrieb-Vorrichtung einen Schwenkhebel kinematisch derart weiterzubilden, dass dieser bei einer reinen rotatorischen Bewegung bzw. Schwenkbewegung eine gesteigerte Ventiltrieb-Dynamik ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass eine an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius "R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels dient, wobei die Steuerbahn des Schwenkhebels im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve und Hubkurve mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung abgestellten Rampe ausgebildet ist.
[0007] Mit der Erfindung ist der Vorteil erreicht, dass der Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels während der Hubbetätigung für einen eingestellten Ventil-Hub einen unveränderlichen Momentanpol bildet und somit eine translatorische Bewegungskomponente vorteilhafterweise vermieden ist. Auf dieser Basis der Erfindung kann die Steuerzeit bei Hubänderung des Gaswechselventils in wesentlich größerem Umfang verkürzt werden, wobei verschleppte Öffnungs- und Schließabschnitte bei Teilhüben im wesentlichen entfallen. Weiter ergibt die Erfindung eine Ventiltrieb-Vorrichtung von hoher Steifigkeit, die des Weiteren für eine erhöhte Ventilbeschleunigung vorteilhaft ist. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Ventiltrieb-Vorrichtung einen tatsächlichen Nullhub und an der Volliast durch ein maximal öffnendes Gaswechselventil ein gesteigertes Drehmoment verbunden mit einer hohen Drehzahlfestigkeit.
[0008] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, dass der Schwenkhebel an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse drehbewegliche Rolle gegen die gehäuseseitige Kreisbahn bzw. Kulisse abgestützt und mittels der Verstelleinrichtung jeweils derart fixierbar ist, dass die längs einer Äquidistanten zur Kreisbahn gesteuert verlagerbare Achse der Rolle den der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt des Schwenkhebels bildet.
[0009] In Verbindung mit einem weiteren Vorschlag, wonach die Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels auf einem mit dem Schwenkhebel drehfest verbundenen Zapfen nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist, ergibt sich mit dem erfindungsgemäß in die Achse der Kreisbahn-Rolle des Schwenkhebels verlagerten Momentanpol bzw. Schwingdrehpunkt eine Ventiltrieb-Vorrichtung von verringerten Verschleiß bei wesentlich geringerer Reibung und hoher Funktionsgenauigkeit, wobei ferner die Energie für die Verstelleinrichtung in vorteilhafter Weise reduziert ist.
[0010] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist als Übertragungselement ein über eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel vorgesehen, wobei die zum Ersatz der entfallenen translatorischen Bewegungskomponente vorgesehene Rampe auf eine im wesentliche konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegt ist mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub.
[0011] Weitere Möglichkeiten zur Gestaltung des Übertragungselementes sind die Ausbildung als ein Tassenstößel mit einer Rolle oder die Ausbildung als ein Schwinghebel mit mechanisch eingestelltem Ventilspiel.
[0013] Eine Ventiltrieb-Vorrichtung 1 gemäß der einzigen Figur dient zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, wobei das Gaswechselventil 2 eines von mehreren, gleichartigen Einlassventilen eines Zylinders der nicht gezeigten Brennkraftmaschine ist. Bei der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 steht das Gaswechselventil 2 unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes 3 mit einer um eine Drehachse 4 beweglichen Rolle 5 in Wirkverbindung mit einer eine Leerhubkurve 6' und eine Hubkurve 6" umfassenden Steuerbahn 6, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils 2 von einem Nocken 7' einer Nockenwelle 7 gesteuerten Schwenkhebels 8 angeordnet ist. Der mittels einer Feder 9 über eine Rolle 10 dem Nocken 7' spielfrei zugeordnete Schwenkhebel 8 ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils 2 über einen mittels einer Verstelleinrichtung 11 gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt 12 längs einer Kreisbahn abgestützt.
[0014] Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels 8 um seinen Schwingdrehpunkt 12 bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils 2 ist erfindungsgemäß eine an einem Gehäuseteil 13 der nicht gezeigten Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn 14 als Kulisse 15 mit einem Radius "R" um die Drehachse 4 der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 zur gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels 8 vorgesehen. Vorzugsweise ist der federbelastete Schwenkhebel 8 an seinem steuerbahnfemen Ende über eine um eine Achse 16 drehbewegliche Rolle 17 gegen die gehäuseseitige Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 abgestützt und mittels einer Kurvenscheibe 18 der Verstelleinrichtung 11 unter Einwirkung der Feder 9 jeweils derart fixierbar, dass die längs einer Äquidistanten 19 zur Kreisbahn 14 bzw. Kulisse 15 gesteuert verlagerbare Achse 16 der kulissenseitigen Rolle 17 den in der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 bildet.
[0015] Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Schwingdrehpunkt 12 des Schwenkhebels 8 für einen eingestellten, reduzierten Hub bzw. für jeden Hub während der jeweiligen Hubbetätigung einen unveränderbaren Momentanpol bildet.
[0016] Mit dem erfindungsgemäß unveränderbaren Momentanpol bzw. Schwingdrehpunkt 12 entfallen die in der Beschreibungseinleitung erwähnten translatorischen Bewegungskomponenten des Schwinghebels 8. Um hierbei einen aus einem Ventilspiel der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 herrührenden Stoß beim Übergang der Rolle 5 des Übertragungselementes 3 von der Leerhubkurve 6' zur Hubkurve 6" der Steuerbahn 6 während eines Hubes sicher zu vermeiden, ist die Steuerbahn 6 des Schwenkhebels 8 erfindungsgemäß im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve 6' und Hubkurve 6" mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 abgestellten Rampe 20 ausgebildet.
[0017] Mit dieser erfindungsgemäß kinematisch durchgebildeten Ventiltrieb-Vorrichtung 1 kann ein tatsächlicher Nullhub des Gaswechselventils 2 verwirklicht werden, weiter ergibt sich eine stärkere Verkürzung der Steuerzeit bei einer Hubänderung des Gaswechselventils 2, verschleppte Öffnungs- und Schließverläufe bei Teilhüben entfallen bzw. reduzieren sich erheblich, so dass eine größere maximale Ventilbeschleunigung vorteilhaft erzielbar ist. Weiter ergibt sich auch ein verbesserter sowie erhöhter Drehmomentverlauf an der Volllast der Brennkraftmaschine.
[0018] Zur Reduzierung des Verschleißes in der Ventiltrieb-Vorrichtung 1 ist weiter vorgesehen, dass die Kulissen- bzw. Kreisbahn-Rolle 17 des Schwenkhebels 8 auf einem mit dem Schwenkhebel 8 drehfest verbundenen Zapfen 21 nadelgelagert bzw. wälzgelagert angeordnet ist.
[0019] Wie aus der einzigen Figur ersichtlich, ist ferner die Nocken-Rolle 10 des Schwenkhebels 8 ebenfalls nadelgelagert, gleiches gilt für die Rolle 5 des Übertragungselementes 3.
[0020] Wie aus der einzigen Figur weiter ersichtlich, ist als Übertragungselement 3 ein über eine hydraulische Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung 22 gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel 23 vorgesehen, dessen Rolle 5 mit einer Steuerbahn 6 des Schwenkhebels 8 zusammenwirkt, die eine im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe 20 mit einem das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
- bei der das Gaswechselventil (2) unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes (3) mit einer um eine Drehachse (4) beweglichen Rolle (5) in Wirkverbindung steht mit einer eine Leerhubkurve (6') und eine Hubkurve (6") umfassenden Steuerbahn (6) in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils (2) von einem Nocken (7') einer Nockenwelle (7) gesteuerten Schwenkhebels (8), wobei
- der federbelastet über eine Kurvenbahn (Nocken-Rolle 10) dem Nocken (7') zugeordnete Schwenkhebel (8) andernends zur variablen Hubverstellung über einen mittels einer Verstelleinrichtung (11) gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt (12) längs einer Kreisbahn abgestützt ist,
dadurch gekennzeichnet,- dass eine an einem Gehäuseteil (13) der Brennkraftmaschine angeordnete Kreisbahn (14) als Kulisse (15) mit einem Radius (R) um die Drehachse (4) der Rolle (5) des Übertragungselementes (3) der gesteuert lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels (8) dient, wobei
- die Steuerbahn (6) des Schwenkhebels (8) im Übergangsbereich zwischen Leerhubkurve (6') und Hubkurve (6") mit einer auf ein Ventilspiel in der Ventiltrieb-Vorrichtung (1) abgestellten Rampe (20) ausgebildet ist.
- dass der federbelastete Schwenkhebel (8) an seinem steuerbahnfernen Ende über eine um eine Achse (16) drehbewegliche Rolle (17) gegen die gehäuseseitige Kreisbahn (14) bzw. Kulisse (15) abgestützt und
- mittels der Verstelleinrichtung (11) jeweils derart fixierbar ist, dass
- die längs einer Äquidistanten (19) zur Kreisbahn (14) gesteuert verlagerbare Achse (16) der kulissenseitigen Rolle (17) den der jeweiligen variablen Hubverstellung dienenden Schwingdrehpunkt (12) des Schwenkhebels (8) bildet.
- dass als Übertragungselement (3) ein über eine hydraulische Ventilspiel-Ausgleichseinrichtung (22) gehäuseseitig abgestützter Rollen-Schlepphebel (23) vorgesehen ist, und
- dass die im wesentlichen auf eine konstante Hubgeschwindigkeit ausgelegte Rampe (20) der Steuerbahn (6) einen das größtmögliche Ventilspiel übersteigenden maximalen Hub aufweist.
- wherein the gas change valve (2), with interposition of a transmission element (3), is operatively connected to a roller (5) movable around an axis (4) of rotation, with a control track (6) comprising an idling curve (6') and a stroke curve (6") in an end region of a rocking lever (8) controlled by a cam (7') on a camshaft (7) for actuating the gas change valve (2) in a stroke, wherein
- the rocking lever (8), which is spring-biased and associated with the cam (7') via a curved track (cam roller 10) is supported at its other end along a circular track over a swinging centre of rotation (12) fixable or variable in position in controlled manner by an adjusting device (11) for the purpose of variable stroke adjustment,
characterised in that- a connecting link (15) in the form of a circular track (14) on a part (13) of the engine casing with a radius (R) around the axis of rotation (4) of the roller (5) of the transmission element (3) is for controlled variable-position abutment of the rocking lever (8), wherein
- the control track (6) of the rocking lever (8), in the transition region between the idling curve (6') and the stroke curve (6"), is formed with a slope (20) adapted to a valve clearance in the valve drive device (1).
- the spring-biased rocking lever (8), at its end remote from the control track, is braced by a roller (17) rotatable around an axis (16) against the circular track (14) or connecting link (15) on the casing side and
- is so fixable by the adjusting device (11) that
- the axis (16) of the roller (17) on the connecting-link side, the axis being movable in controlled manner along a line (19) equidistant from the circular track (14), forms the swinging centre of rotation (12) of the rocking lever (8) used for the respective variable stroke adjustment.
- the transmission element (3) is a roller drag lever (23) supported on the casing side by a hydraulic valve clearance compensating device (22), and
- the slope (20) of the control track (6), designed for a substantially constant stroke speed, has a maximum stroke exceeding the greatest possible valve clearance.
- la soupape d'échange gazeux (2) est avec interposition d'un élément de transmission (3) comportant un galet (5) mobile autour d'un axe de rotation (4), en relation active avec une piste de commande (6) comprenant une came de course à vide (6') et une came de course (6") dans une région d'extrémité d'un levier pivotant (8) commandé par une came (7') d'un arbre à cames (7) pour commander la course de la soupape d'échange gazeux (2), et
- le levier pivotant (8) associé à la came (7') par une piste de came (galet de came 10) sous la charge d'un ressort s'appuie à l'autre extrémité le long d'une voie circulaire par un point de rotation oscillant (12) pouvant être fixé et commandé variable en position par un dispositif de réglage (11) pour modifier la course de la soupape,
caractérisé en ce qu'- une trajectoire circulaire (14) disposée sur une partie de boîtier (13) du moteur à combustion interne sert de coulisse (15) avec un rayon (R) autour de l'axe de rotation (4) du galet (5) de l'élément de transmission (3) pour l'appui du levier pivotant (8) commandé variable en position et
- la piste de commande (6) du levier pivotant (8) est formée, dans la région de transition entre la came de course à vide (6') et la came de course (6"), avec une rampe (20) réglée sur un jeu de soupape dans le système de commande de soupape (1).
caractérisé en ce que
- le levier pivotant à ressort (8) est appuyé à son extrémité éloignée de la piste de commande, contre la trajectoire circulaire côté boîtier (14) respectivement la coulisse (15), par un galet (17) mobile en rotation autour d'un axe (16), et
- peut être chaque fois fixé au moyen du dispositif de réglage (11), de telle manière que
- l'axe (16) du galet côté coulisse (17), déplaçable par commande le long d'une ligne équidistante (19) à la trajectoire circulaire (14), forme le point de rotation oscillant (12) du levier pivotant (8) servant pour la modification variable de la course de la soupape.
caractérisé en ce que
le galet de coulisse respectivement de trajectoire circulaire (17) du levier pivotant (8) est monté, par un roulement à aiguilles ou un roulement à rouleaux, sur un tourillon (21) solidaire en rotation avec le levier pivotant (8).
caractérisé en ce que
- comme élément de transmission (3) un levier d'entraînement à galet (23) appuyé côté boîtier est prévu sur un dispositif de compensation hydraulique de jeu de soupape (22), et
- la rampe (20) de la piste de commande (6), conçue sensiblement pour une vitesse de course constante, présente une course maximale dépassant le plus grand jeu possible de la soupape.
caractérisé en ce qu'
un poussoir à boisseau avec un galet sert d'élément de transmission (3).
caractérisé en ce qu'
un levier de soupape avec un jeu de soupape réglé mécaniquement sert d'élément de transmission (3).