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WO2006092312A1 - Variable mechanische ventilsteuerung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Variable mechanische ventilsteuerung einer brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2006092312A1
WO2006092312A1 PCT/EP2006/001925 EP2006001925W WO2006092312A1 WO 2006092312 A1 WO2006092312 A1 WO 2006092312A1 EP 2006001925 W EP2006001925 W EP 2006001925W WO 2006092312 A1 WO2006092312 A1 WO 2006092312A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
camshaft
control according
variable mechanical
lever
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/001925
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Flierl
Mark Andy Mohr
Bastian Volpert
Original Assignee
Hydraulik-Ring Gmbh
Entec Consulting Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005010182.8A external-priority patent/DE102005010182B4/de
Priority claimed from DE102005012081.4A external-priority patent/DE102005012081B4/de
Application filed by Hydraulik-Ring Gmbh, Entec Consulting Gmbh filed Critical Hydraulik-Ring Gmbh
Priority to KR1020077022716A priority Critical patent/KR101228573B1/ko
Priority to DE502006008907T priority patent/DE502006008907D1/de
Priority to EP06723176A priority patent/EP1853797B1/de
Publication of WO2006092312A1 publication Critical patent/WO2006092312A1/de
Priority to US11/897,921 priority patent/US7603973B2/en
Priority to US11/983,780 priority patent/US7624711B2/en

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    • F01L13/0026—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio by means of an eccentric
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    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F01L2013/0068—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams
    • Y10T74/2107—Follower

Definitions

  • the invention relates to a variable mechanical valve control of an internal combustion engine for regulating the control time, opening time and / or the stroke of gas exchange valves, intake and exhaust valves and the control of fuel valves of an internal combustion engine, in particular engines with bumper or rocker arm drives.
  • a variable valve lift for a combustion engine with a bottom camshaft is known, in which the valve lift of one or more intake and / or exhaust valves can be adjusted depending on load and speed, so that simultaneously with the valve lift and the opening time of the Valves is adjusted.
  • DE 100 41 466 A1 and DE 43 30 913 A1 furthermore disclose valve drives for controlling the inlet and outlet control times of gas exchange valves and the fuel intake control of an internal combustion engine.
  • a lot of effort must be made to keep the valve clearance to a certain extent constant.
  • numerous variable valve trains are known, which can adjust both the valve lift and the opening time of the valve almost infinitely.
  • variable valve trains use at least one variably adjustable transmission member to transmit the cam lift via this transmission member to a valve actuator which generates the valve lift. All of these systems are able to produce a high variability of the valve lift. However, most of these valve trains are designed for overhead camshafts.
  • a valve lifting device for the independent variable stroke adjustment of the gas exchange valves of an internal combustion engine is described in which the Valve lift characteristic is formed by the geometry of the slide track, by the contour of the adjustment and a working curve of the rocker arm, so that the two intake valves of a 4-valve engine are operated with different lift curves with this valve lifting.
  • valve control units which can change the valve lift of a valve load and speed-dependent for internal combustion engines with underlying camshaft.
  • both are based on sliding contacts and thus have problems with the friction and thus with the power loss.
  • a control time shift or phase shift of the maximum valve lift is not provided in these systems. In the known systems listed here, both the valve lift, the valve opening time and the control time or the phase position of the stroke maximum can not be changed, although the systems listed can meet individual requirements placed on a mechanically variable valve train. However, there is no system that can adjust both the opening time and the stroke, as well as the spread of the valves. Moreover, these systems do not provide that for an engine with only one camshaft, the valve lift parameters for the intake and exhaust valves can be adjusted separately.
  • the object of the present invention is a valvetrain for an internal combustion engine with a bottom camshaft or rocker arms with - A -
  • variable valve lift and variable opening and closing time with a compact transmission gear between bumper drive or control shaft and inlet and outlet valves is obtained, the number of required components of the transmission gear can be reduced and in addition a mechanical fully variable valve train is obtained with an expanded variability of Valve train, especially for engines with bumper or rocker arm drives.
  • an intermediate lever is connected via an axis with a push rod so that a rotatably mounted on the axis crank roller is driven by the cam shaft is moved in a gate, wherein a first contact surface on the intermediate lever on an eccentric shaft or on a second Supported contact surface and a lever is movable over a working curve over which the gas exchange valves are opened and / or closed.
  • the support of the first contact surface can be achieved via an elastic element, e.g. a spring, supported or strengthened.
  • Means for additional adjustment of the phase position of the valve lifts of the gas exchange valves with simultaneous play-free adjustment of the valve lift and / or means for additional independently controllable valve lift opening and closing per camshaft rotation can be provided on a plunger provided on the push rod.
  • levers which are mounted directly above the gas exchange valves, can be designed as tilt or rocker arm and that the web of the
  • Sliding roller can be formed. It can be provided that at a
  • Gas exchange valves are arranged, different for the valve actuation
  • the lever provided on the gas exchange valves actuated simultaneously directly via a valve bridge two gas exchange valves.
  • An advantageous embodiment is seen in that the contact surface of the intermediate lever to the eccentric shaft is part of a rotatably mounted roller. For a low-friction operation of the transmission gear is given.
  • a valve shutdown of individual valves can be done until all valves of a cylinder.
  • variable mechanical valve control in an internal combustion engine with a bottom camshaft is seen in that regardless of the valve lift variation, the phase position of the Ventilhubmaxima by a further adjustment, which includes an eccentric shaft with a pivot point and is coupled to the plunger or rocker arm, by rotation of the eccentric shaft a predetermined change in the phase position and valve lifts the gas exchange valves , Furthermore, it is possible that, depending on the displacement of the axial position of the push rod with the plunger in opposite directions with respect to the central axis of the camshaft, the valve opening times or valve closing times are set differently, so that, for example, the valve opening times at different valve strokes are the same and the closing times change over the cam angle. For other designs of the internal combustion engine, it may be advantageous to keep the closing times of the valve strokes constant and to change the opening starts of the valve lift curves. For this purpose, to change the axial position of the push rod by the adjusting element accordingly.
  • the intermediate lever moves via the working curve an intermediate member, via which at least one gas exchange valve is actuated and / or that the valve strokes, the valve opening time and the phase position of the maximum stroke are mutually variable in a certain relationship.
  • means for adjusting the phase position, the stroke and the opening time of the valve lifts the gas exchange valves are provided with simultaneous clearance-free adjustment and / or that the fixed axis provided in alignment with the position for at least one intermediate lever in the cylinder head on a arranged on the push rod rocking lever is.
  • the fixed axis for adjacent intermediate lever has non-aligned position positions in the cylinder head.
  • the intermediate levers and the levers of adjacent gas exchange valves in the cylinder head may have different geometries relative to the fixed axis in the cylinder head.
  • This can be adapted to the geometry ratios of the gas exchange channels, especially in valve trains with inlet and outlet ports, which are not symmetrical for swirling action relative to the longitudinal axis of the cylinder head, the drive means of the variable valve train for the gas exchange valves, with different lever geometries are advantageous.
  • Another advantage of this invention is that account for the adhesion of the transmission gear to the levers depending on the geometry of the springs or that are provided for the frictional connection of the transmission gear to the intermediate levers or the plunger depending on the geometry of springs.
  • variable mechanical valve control Another major advantage of the variable mechanical valve control is that both the valve lift, the valve opening time and the phase position of the maximum stroke in a certain dependency ratio are mutually adjustable without play.
  • the maximum of the variable Ventilhubkurvenschar can be moved in phase with variable adjustment of the plunger or a correspondingly designed provided rocker arm.
  • the intermediate lever moves over the working curve an intermediate member, is actuated via the at least one gas exchange valve.
  • Valve actuation especially in internal combustion engines with underlying
  • Camshaft can be arranged. Furthermore, by the coupling of the
  • Valve gear is optimized by eliminating contact points.
  • an intermediate lever is connected via an axis with a control shaft roller so that a rotatably mounted on the axle idler roller is driven via a camshaft pulley and the axis driven by the camshaft in a gate, wherein a contact surface on Intermediate lever, preferably reinforced by a spring, is supported on a control shaft and a working curve moves a tilting or drag lever over which the gas exchange valves are opened and / or closed.
  • a phaser is mounted so that a phase shift between the rotating at the same speed camshaft and the control shaft is provided so that in the variable valve timing for different valve strokes either the valve opening timing or the valve closing timing for the different valve strokes equal is.
  • the camshaft may have the same direction of rotation or an opposite direction of rotation to the control shaft.
  • the levers which are mounted directly over the gas exchange valves, can be designed as a tilting or rocker arm.
  • the train the scenery can be formed by a circular arc around the center of a lever roller and / or a first region of the working curve by a circular arc around the center of the guide roller.
  • the respective intermediate levers and levers disposed directly above the gas exchange valves may have different geometries for the valve actuation and be supported either on a common axle or on different axles.
  • valve shutdown of individual valves can be done until all valves of a cylinder.
  • variable mechanical valve control in an internal combustion engine with rocker arms is seen in that depending on the Ventilhubvariation the phase position of the Ventilhubmaxima by a single adjusting element and by a permanent rotation of the control shaft, a predetermined change in the phase position and valve lifts the gas exchange valves. Furthermore, it is possible that, depending on the shift of the phase position of the two control shafts relative to each other, based on the maximum deflection of the two control shafts, the valve opening times or the valve closing times are set differently, so that, for example, the valve opening times at different valve strokes are the same and the closing times change over the control shaft angle. For other designs of internal combustion engines, it may be advantageous to keep the closing times of the valve strokes constant and to change the opening start of the valve lift curves. For this purpose, the phase angle of the two control shafts to be changed by the adjusting element accordingly.
  • the camshaft may have at least one secondary cam via which a second opening and closing of the intake and / or exhaust valves takes place per control shaft rotation.
  • This makes it possible in particular to control the residual gas control of engines advantageously via the variation of the secondary stroke.
  • This advantage is particularly advantageous in internal combustion engines on which no second actuating system is provided for a Sekundarhub as means for additional independent Ventilhubö réelle and closure per control shaft rotation, wherein the valve opening of the gas exchange valves is variable and dependent on the opening of a primary stroke by the second actuation system ,
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a variable valve drive of a gas exchange valve with a lower camshaft in side view
  • variable valve train 2 shows a second embodiment of the variable valve train for a motor with adjustment of the phase position and the valve lift.
  • variable valve drive in the position of the transmission gear for a zero stroke position at maximum cam lift shows the variable valve drive in the position of the transmission gear for a zero stroke position for a Nockenvig Vietnamese.
  • variable valve drive in the position of the transmission gear for a Only Gear 5
  • 6 shows the variable valve drive in the position of the transmission gear for a zero stroke position with linear displacement A
  • variable valve drive in the position of the transmission gear for a zero-stroke position with eccentric displacement and secondary cams.
  • variable valve drive in the position of the transmission gear for a zero stroke position with maximum eccentric displacement and secondary cams.
  • Fig. 10 shows the variable valve train in position of the transmission gear for a Sekundärhub too with eccentric displacement
  • FIG. 11 shows the variable valve drive in the position of the transmission gear for a Vollhub too with eccentric displacement and secondary cams.
  • Fig. 12 is a third embodiment of the variable valve train for a V-engine assembly
  • variable valve drive 13 shows a further embodiment of the variable valve drive with laterally offset valves.
  • FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a valve lift of the variable valve train
  • FIG. 15 shows a further exemplary embodiment of a valve lift of the variable valve drive with a constant valve opening time
  • 16 shows a further exemplary embodiment of a valve lift of the variable valve drive with a constant valve closing time
  • 17 shows an exemplary embodiment of a variable valve train of a gas exchange valve with a lower camshaft in side view
  • 18 shows a further exemplary embodiment of a variable valve train of a gas exchange valve with a lower camshaft in side view; 19 shows an exemplary embodiment of a valve lift of the variable valve drive with a constant valve opening time;
  • FIG. 20 shows a further exemplary embodiment of a valve lift of the variable valve train with a constant valve closing time
  • 21 shows an exemplary embodiment of a variable valve drive of a gas exchange valve with rocker arms in side view
  • FIG. 22 shows a valve lift of the exemplary embodiment of the variable valve drive with constant valve opening time
  • Fig. 23 is a valve lift of another exemplary embodiment of the variable valve train with constant valve closing point.
  • Fig. 1 shows in a first embodiment, a variable valve train, consisting of a camshaft 1, a cam follower 2, which rolls on a cam of the camshaft 1 and is deflected.
  • the cam follower 2 is rotatably mounted in a plunger 3, which is guided linearly (vertically).
  • a push rod 4 is rotatably mounted.
  • the push rod 4 is rotatably connected in an axis 8 and with an intermediate lever 7.
  • the intermediate lever 7 is supported by a sliding roller 6, a first contact surface 10 and a lever roller 14.
  • a lever 16 is rotatably mounted in a fulcrum 17.
  • a gas exchange valve 19 is actuated via the lever 16.
  • the cam lift is transmitted according to Figure 1 on the plunger 3 and the articulated to the plunger 3 associated push rod 4 to the intermediate lever 7, wherein the plunger 3 is also provided as a rocker arm. Both the plunger and the rocker arm 3 can either via a sliding or a roller contact with a cam of the camshaft 1 are in contact.
  • the push rod 4 is connected via a ball, rotary or rotary push joint with the plunger 3.
  • the intermediate lever 7 rolls with the slide roller 6 in a backdrop 9 from.
  • the intermediate lever 7 is supported by the first contact surface 10 on the eccentric shaft 11.
  • the first contact surface 10 may also be part of a rotatably mounted roller of the intermediate lever 7.
  • springs 5, 15 can be inserted into the system.
  • the type, number and positioning of the springs 5 and 15 depends on the configuration and design of the system.
  • variable valve train has an adjustment, which is an eccentric shaft 22 with a pivot point 21 and is coupled to the plunger or rocker arm 3, wherein a predetermined change in the phase position and the valve lifts of the gas exchange valves 19 is provided by a rotation of the eccentric shaft 22.
  • adjustment by the eccentric shaft 11 only the second contact surface 12 is provided as an abutment of the intermediate lever 7 in this exemplary embodiment.
  • FIG. 3 to 5 different valve lift positions of the variable valve train are shown.
  • the transmission gear for a position is shown at the maximum Nockenhub ein where the gas exchange valve 19 makes a zero stroke.
  • Fig. 4 is also a zero stroke position on the gas exchange valve 19 is set, this time with a Nockenhub ein for the position of the camshaft 1 in a Grund Vietnameseposition.
  • Ia Fig. 5 is a Generalhub ein the gas exchange valve 19 is set.
  • Fig. 6 an adjustable linear guide 20 is shown, with which the phase position and the valve lift can also be made variable.
  • the spread A can be changed depending on the position of the linear guide 20.
  • a position with a spread is shifted AV shown for this linear guide 20, in which the axis of the push rod 4 eccentrically a central axis 24 of the camshaft 1 extends.
  • the amount of the linear guide 20 is marked AV.
  • a secondary cam 23 is shown for a further exemplary embodiment of the variable valve train on the camshaft 1.
  • the gas exchange valve 19 is additionally opened and closed with the secondary cam 23. This additional opening of the gas exchange valve 19 can be used as a residual gas control of engines. Part of the exhaust gas from the last combustion cycle remains in the cylinder. This can reduce the pollutant emissions of the internal combustion engine.
  • the secondary cam 23 can also be actuated variably with a variable valve control that is independent of the control of the gas exchange valve 19.
  • a second actuation system for a Sekundarhub by which the second actuation system makes the valve opening of the gas exchange valves 19 variable and independent of the opening of a Primarhub. It is also possible to divide the main and secondary stroke on two cams. By using two cam follower 2 on a common plunger 3, the Sekundarhub can be switched off completely if necessary via a Lostmotionelement. In this case, the cam follower 2 of the secondary stroke is attached to the Lostmotionelement on the plunger 3 and the cam follower 2 of the primary stroke constantly connected to the plunger 3.
  • Cam of the camshaft 1 are used, of which only one with the
  • Push rod 4 is connected. Connecting the two intermediate lever 7 together, so both cam strokes are used.
  • a further adjusting means for changing the phase position and the valve lift of the variable valve timing in the form of Exzenterwellenver ein with an eccentric shaft 22 and a pivot point 21 is shown.
  • variable valve drive for a V-engine arrangement is shown.
  • An advantage here is a compact solution in which the plunger 3 fall back on a common underlying camshaft 1 for driving the gas exchange valves 19.
  • a further embodiment of the variable valve train is shown, in which the intermediate lever 7 and the lever 16 have different geometries and in which the adjusting, which is preferably arranged in the cylinder head of the internal combustion engine, at least two eccentric shafts 11 has.
  • the gas exchange valves 19 can be actuated differently variable.
  • the lever 16 simultaneously actuates two gas exchange valves 19 via a valve bridge.
  • valve strokes of the variable valve train are over the cam angle for various embodiments of the variable
  • Valve control and positions of the adjusting element on the plunger 3 shown ever Based on the position of the axis of the plunger 3 relative to the central axis of the camshaft 24, the position of Hubmaxima or the ⁇ ffhungs- or closing times of the valve lifts over the cam angle is.
  • a symmetrical Ventilhubschar is shown, which is preferably obtained when the axis of the push rod 4 passes through the central axis of the camshaft 24.
  • variable valve train consisting of a camshaft 101, a plunger 106 of a push rod 109, a transmission gear with a hinge 110, via which an intermediate lever 111 with the push rod 109 is connected so that on a fixed Axle 112 rotatably mounted intermediate lever 111 is driven by the camshaft 101 is movable.
  • a lever 116 is movable over which the gas exchange valves 119 are opened and / or closed.
  • the cam lift is shown in FIG 17 via the plunger or rocker arm 106 and a push rod pivotally connected to the plunger or rocker arm 106
  • Tappet or rocker arm 106 may also be provided as a pure rocker arm. Both the plunger and rocker arm 106 may be in contact with a cam of the camshaft 101 via either a sliding or a roller contact.
  • the push rod 109 is a ball, rotary,
  • Rotary push joint as joint or contact 108 connected to the plunger 106.
  • Secondary cam 102 pivots the intermediate lever 111 to the fixed
  • the type, number and positioning of the springs 115 depends on the configuration and design of the transmission gear, wherein for the frictional connection of the transmission gear either to the intermediate levers 111 or the plunger or rocker arm 106 depending on the geometry of springs 115 are provided.
  • FIG. 18 further embodiment of the variable valve train actuated instead of the rocker arm 116 via the lever roller 113, an intermediate member 120 which actuates at least two gas exchange valves 119.
  • the intermediate member may be formed as a valve bridge.
  • 19 and 20 are valve strokes for the gas exchange valves 119 of the variable valve train with the Ventilbub on the cam angle for various embodiments of the variable valve timing and positions of the adjusting element, which is formed by the plunger or rocker arm 106, the eccentric shaft 105 and the pivot point 107 shown.
  • Fig. 21 shows an embodiment of a variable valve train, consisting of a camshaft 202, a camshaft roller 207, which at a contour of
  • Camshaft 202 unrolls and is deflected.
  • the camshaft pulley 207 is rotatably supported in an intermediate lever 210.
  • the intermediate lever 10 is supported via a link roller 204, a contact surface 209 and a lever roller 213.
  • a control shaft 208 rotates at a speed of the camshaft 202 and the intermediate lever 210 is tilted relative to the pivot point of the guide roller 204.
  • a tilting or rocking lever 215 is rotatably mounted in a fulcrum 214.
  • a gas exchange valve 201 is actuated via the lever 215.
  • Intermediate lever 210 rolls with the guide roller 204 in a backdrop 206.
  • the intermediate lever 210 is supported by the contact surface 209 on the control shaft 208.
  • the contact surface 209 may also be part of a rotatably mounted roller of the intermediate lever 110. Deflected by the contour of the camshaft 202, the intermediate lever 210 tilts, so that the lever roller 213 rotatably mounted on the tilting or oscillating lever 215 runs on a working curve 211 of the intermediate lever 210. Depending on the positioning by the rotating control shaft 208, different portions of the working cam 211 come into contact with the lever roller 213.
  • the lever roller 213 is in contact with the Nullhub Scheme the working curve 211, despite pivoting of the intermediate lever 210, no movement of the tilting or rocker arm 215 is generated and thus not the gas exchange valve 201 is actuated.
  • the lever roller 213 is in contact with the stroke range of the working curve 211, the lever 215 and with it also the gas exchange valve 201 is actuated.
  • the longer the lever roller 213 unrolls by adjusting the intermediate lever 210 on the zero stroke the shorter it rolls in the stroke range and the smaller the valve lift to the zero stroke, if only the zero stroke of the working curve 211 is traversed during the cam.
  • This adjustment can preferably be done by a phaser.
  • a mechanical lash adjuster 216 or a hydraulic lash adjuster mechanism may be provided.
  • a zero lift of a gas exchange valve 201 is adjustable and thus can at least one gas exchange valve 201 are shut down per cylinder.
  • the camshaft 202 can furthermore have at least one secondary elevation 217 at the base circle diameter of the cam contour of the camshaft 202, via which a second opening and closing of the inlet and / or outlet valves can take place per camshaft rotation.
  • a second actuation system for a Sekundarhub be provided, wherein the valve opening of the gas exchange valves 201 is variable and independent of the opening of a primary stroke by the second actuation system.
  • To set the intermediate lever 210 or the tilting or rocking lever 215 may be provided for fine adjustment to the lever roller point 212 and the fulcrum 214 of the axis 205 and the slide 206.
  • the geometries of the valvetrain actuation of the intermediate levers 210, the tilting or rocking lever 215, the cam contours of the camshaft 202 or the eccentric on the control shaft 208 may be formed such that different valve strokes of adjacent valves are adjustable.
  • valve strokes of the variable valve train are shown above the rotational angle of the control shafts for various embodiments of the variable valve timing and positions of the rotating camshaft 202 and the control shaft 208 to each other.
  • the position of the Hubmaxima or the opening or closing times of the valve lifts over the cam angle is.

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Abstract

Um eine variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere mit einer untenliegenden Nockenwelle zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffnungs- und Schließzeit zu schaffen, mit der ein sehr kompaktes Übertragungsgetriebe zwischen Stoßstangenantrieb und Ein- und Auslassventilen erreichbar ist, die Anzahl der benötigten Bauteile des Übertragungsgetriebes reduziert werden und zusätzlich ein mechanischer vollvariabler Ventiltrieb mit unten liegender Nockenwelle erhalten wird, wird vorgeschlagen, dass ein Zwischenhebel (7) über eine Achse (8) mit einer Stößelstange (4) so verbunden ist, dass eine auf der Achse (8) drehbar gelagerte Kulissenrolle (6) durch die Nockenwelle (1) angetrieben in einer Kulisse (9) bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche (10) am Zwischenhebel (7) sich über eine Feder (5) verstärkt an einer Exzenterwelle (11) oder an einer zweiten Kontaktfläche (12) abstützt und über eine Arbeitskurve (13) ein Hebel (16) bewegbar ist, über den die Gaswechselventile (19) geöffnet und/oder geschlossen werden, und wobei insbesondere an einem an der Stößelstange (4) vorgesehenen Stößel (3) Mittel zur zusätzlichen Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffhung und -schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sind.

Description

Variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine zum Regulieren der Steuerzeit, Öffnungszeit und/oder des Hubes von Gaswechselventilen, Ein- und Auslassventilen sowie der Ansteuerung von Kraftstoffventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Motoren mit Stoßstangen- oder kipphebeltrieben.
Bekannt sind Brennkraftmaschinen mit untenliegender Nockenwelle, bei denen eine von der Nockenwelle angetriebene Stoßstange oder der Nocken direkt einen Kipphebel betätigt, der entweder direkt oder über weitere Übertragungsglieder das Ventil öffnet und schließt. Dabei wird üblicherweise jedoch weder die Steuerzeit noch der Ventilhub oder die Ventilöffhungsdauer stufenlos variiert. Haben derartige mechanisch variable Ventilhubsteuerungen nur eine Nockenwelle, auf der die Nocken für die Ein- und Auslasserhebungen der Ventile gleichzeitig vorgesehen sind, kann der Zeitpunkt des Öffhens bzw. Schließens des Einlassventils nicht unabhängig vom Zeitpunkt des Öffhens oder Schließens des Auslassventils gesteuert werden. In bekannter Weise wird für die Verschiebung der Öffnungszeitpunkte zwischen Ein- und Auslassventilen ein Phasenversteller verwendet, wobei die Nockengeometrien für den Ein- und Auslassventilhub auf verschiedenen Nockenwellen vorgesehen wird. Für die Phasenverstellung wird dann die Einlassnockenwelle relativ zur Auslassnockenwelle verschoben.
Bekannt sind auch Brennkraftmaschinen mit oben liegender Nockenwelle, bei denen ein von einer Steuerwelle angetriebener Nocken direkt einen Kipphebel betätigt, der entweder direkt oder über weitere Übertragungsglieder ein Gaswechselventil öffnet und schließt. Dabei wird üblicherweise jedoch weder die Steuerzeit noch der Ventilhub oder die Ventilöffhungsdauer stufenlos variiert. Haben derartige mechanisch variable Ventilhubsteuerungen nur eine Steuerwelle, auf der die Nocken für die Ein- und Auslasserhebungen der Ventile gleichzeitig vorgesehen sind, kann der Zeitpunkt des Öffhens bzw. Schließens des Einlassventils nicht unabhängig vom Zeitpunkt des Öffhens oder Schließens des Auslassventils gesteuert werden. In bekannter Weise wird für die Verschiebung der Öffnungszeitpunkte zwischen Ein- und Auslassventilen ein Phasenversteller verwendet, wobei die Nockengeometrien für den Ein- und Auslassventilhub auf verschiedenen Nockenwellen vorgesehen wird. Für die Phasenverstellung wird dann die Einlassnockenwelle relativ zur Auslassnockenwelle verschoben.
Aus der DE 103 14 683 Al ist eine variable Ventilhubsteuerung für einen Verbrennungsmotor mit untenliegender Nockenwelle bekannt, bei der der Ventilhub eines oder mehrerer Einlass- und/oder Auslassventile last- und drehzahlabhängig eingeregelt werden kann, so dass gleichzeitig mit dem Ventilhub auch die Öffnungszeit der Ventile eingeregelt wird. Aus DE 100 41 466 Al und DE 43 30 913 Al sind weiterhin Ventiltriebe zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und der Kraftstoffansaugsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Jedoch muss bei beiden Systemen ein hoher Aufwand betrieben werden, um das Ventilspiel in einem gewissen Maß konstant zu halten. Des Weiteren sind zahlreiche variable Ventiltriebe bekannt, die sowohl den Ventilhub als auch die Öffnungszeit des Ventils annähernd stufenlos verstellen können. Alle aufgeführten variablen Ventiltriebe nutzen mindestens ein variabel verstellbares Übertragungsglied, um den Nockenhub über dieses Übertragungsglied auf ein Ventilbetätigungsglied, das den Ventilhub erzeugt, zu übertragen. Alle diese Systeme sind in der Lage eine hohe Variabilität des Ventilhubes zu erzeugen. Die meisten dieser Ventiltriebe sind jedoch für oben liegende Nockenwellen ausgeführt. In der DE 101 40 635 Al wird eine Ventilhubvorrichtung zur unabhängigen variablen Hubverstellung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, bei der die Ventilhubcharakteristik durch die Geometrie der Kulissenbahn, durch die Kontur der Verstelleiste und durch eine Arbeitskurve des Kipphebels gebildet wird, so dass mit dieser Ventilhubvorrichtung die beiden Einlassventile eines 4- Ventilmotors mit unterschiedlichen Hubkurven betätigt werden. Aus DE 1 751 690 und der DE 2 256 091 sind Ventilsteuereinheiten bekannt, die den Ventilhub eines Ventils last- und drehzahlabhängig für Verbrennungsmotoren mit untenliegender Nockenwelle verändern können. Jedoch basieren beide auf Gleitkontakten und haben damit Probleme mit der Reibung und damit mit der Verlustleistung.
Nachteilig bei den bekannten mechanischen variablen Ventiltrieben mit untenliegender Nockenwelle oder Kipphebeln ist, dass diese Ventiltriebe einen zusätzlichen Hebel verwenden, der die Bewegung der Stoßstange auf das Zwischenglied überträgt, welches für die Variabilität der Ventilhubkurven verantwortlich ist. So ergeben sich für die gleiche Funktionalität mehr Bauteile und Gelenk- bzw. Kontaktstellen. Dadurch ergibt sich weiterhin eine größere Toleranz- sowie Steifigkeitsproblematik. Außerdem wirkt sich die Anzahl der Bauteile und Gelenk- bzw. Kontaktstellen negativ auf die Systemkosten aus. Eine Steuerzeitverschiebung bzw. Phasenverschiebung des maximalen Ventilhubes ist in diesen Systemen nicht vorgesehen. Bei den hier aufgeführten bekannten Systemen kann sowohl der Ventilhub, die Ventilöffhungszeit als auch die Steuerzeit bzw. die Phasenlage des Hubmaximums nicht verändert werden, obwohl die aufgeführten Systeme einzelne der an einen mechanisch variablen Ventiltrieb gestellten Anforderungen erfüllen können. Jedoch gibt es kein System, das sowohl die Öffnungszeit und den Hub, sowie die Spreizung der Ventile verstellen kann. Außerdem ist bei diesen Systemen nicht vorgesehen, dass man für einen Motor mit nur einer Nockenwelle die Ventilhubparameter für die Ein- und Auslassventile getrennt verstellen kann.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit untenliegender Nockenwelle oder Kipphebeln mit - A -
variablem Ventilhub und variabler Öffhungs- und Schließzeit zu schaffen, mit dem ein kompaktes Übertragungsgetriebe zwischen Stoßstangenantrieb oder Steuerwelle und Ein- und Auslassventilen erhalten wird, die Anzahl der benötigten Bauteile des Übertragungsgetriebes reduziert werden und zusätzlich ein mechanischer vollvariabler Ventiltrieb erhalten wird mit einer erweiterten Variabilität des Ventiltriebs, insbesondere für Motoren mit Stoßstangen- oder Kipphebeltrieben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Kennzeichen der unabhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Zwischenhebel über eine Achse mit einer Stößelstange so verbunden, dass eine auf der Achse drehbar gelagerte Kulissenrolle durch die Nockenwelle angetrieben in einer Kulisse bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche am Zwischenhebel sich an einer Exzenterwelle oder an einer zweiten Kontaktfläche abstützt und über eine Arbeitskurve ein Hebel bewegbar ist, über den die Gaswechselventile geöffnet und/oder geschlossen werden. Die Abstützung der ersten Kontaktfläche kann über ein elastisches Element, z.B. eine Feder, unterstützt bzw. verstärkt werden.
An einem an der Stößelstange vorgesehenen Stößel können Mittel zur zusätzlichen Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und/oder Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffnung und - Schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sein.
Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der kompakten Gestalt des Übertragungsgetriebes, das zwischen Nockenantrieb und Ventilbetätigung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit untenliegender Nockenwelle, angeordnet ist. Weiterhin wird durch die Kopplung des Zwischenhebels mit der Stößelstange ein vollvariabler Ventiltrieb erzielt, bei dem die Anzahl der Bauteile des Übertragungsgetriebes sehr gering ist. Die Systemtoleranzen des Übertragungsgetriebes können gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben deutlich verbessert werden. Ein weiterer großer Vorteil der neuen variablen mechanischen Ventilsteuerung gemäß der Erfindung besteht darin, dass sowohl der Ventilhub, die Ventilöffhungszeit als auch die Phasenlage des Hubmaximums unabhängig voneinander verändert werden kann.
Vorteilhaft ist, dass die Hebel, die direkt über den Gaswechselventilen angebracht sind, als Kipp- oder Schwinghebel ausgebildet sein können und dass die Bahn der
Kulisse durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt einer Hebelrolle und ein erster Bereich der Arbeitskurve durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt der
Kulissenrolle gebildet werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einer
Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel und die Hebel, die direkt über den
Gaswechselventilen angeordnet sind, für die Ventilbetätigung unterschiedliche
Geometrien aufweisen und nicht auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der über den Gaswechselventilen vorgesehene Hebel direkt über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile betätigt. Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform wird darin gesehen, dass die Kontaktfläche des Zwischenhebels zur Exzenterwelle Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle ist. Damit ist ein reibungsarmer Betrieb des Übertragungsgetriebes gegeben.
Dadurch, dass unter anderem mit der vorliegenden Erfindung die Variation des Ventilhubs von einem Maximalhub bis zu einem Nullhub ausfuhrbar ist, kann eine Ventilstillegung einzelner Ventile bis zur Stillegung aller Ventile eines Zylinders erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der variablen mechanischen Ventilsteuerung bei einer Brennkraftmaschine mit untenliegender Nockenwelle wird darin gesehen, dass unabhängig von der Ventilhubvariation die Phasenlage der Ventilhubmaxima durch ein weiteres Verstellelement, das eine Exzenterwelle mit einem Anlenkpunkt umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel gekoppelt ist, durch eine Verdrehung der Exzenterwelle eine vorgegebene Veränderung der Phasenlage und Ventilerhebungen der Gaswechselventile erfolgen kann. Des Weiteren ist es möglich, dass, je nach Verschiebung der axialen Lage der Stößelstange mit dem Stößel in entgegengesetzte Richtungen bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle die Ventilöffnungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte unterschiedlich einstellbar sind, so dass beispielsweise die Ventilöffhungszeitpunkte bei unterschiedlichen Ventilhub scharen gleich sind und die Schließzeitpunkte sich über dem Nockenwinkel verändern. Für andere Auslegungen der Brennkraftmaschinen kann es vorteilhaft sein, die Schließzeitpunkte der Ventilhubscharen konstant zu halten und die Öffnungsbeginne der Ventilerhebungskurven zu verändern. Hierzu ist durch das Verstellelement entsprechend die axiale Lage der Stößelstange zu verändern.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bestehen darin, dass die Verstellung von Ein- und Auslassventilerhebungen zueinander getrennt und unterschiedlich erfolgt und dass die Nockenwelle mindestens einen Sekundarnocken aufweist, über den je Nockenwellendrehung ein zweites Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile erfolgt. Hiermit lässt sich insbesondere die Restgassteuerung von Motoren vorteilhaft über die Variation des Sekundarhubes steuern. Dieser Vorteil wirkt sich besonders bei Brennkraftmaschinen vorteilhaft aus, an denen als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffhung und Schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundarhub vorgesehen ist. Durch das zweite Betätigungssystem kann die Ventilöffnung der Gaswechselventile veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primarhub erfolgen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass eine feststehende Achse für den Zwischenhebel vorgesehen ist, wodurch der Zwischenhebel nicht durch mehrere Kontakte gefuhrt ist, was Vorteile für die Ventiltriebsdynamik bringt. Außerdem reduziert sich durch diese Führung auf einer Achse die Zahl der Bauteile und damit die bewegte und nicht bewegte Masse im Ventiltrieb sowie die Bauhöhe des Ventiltriebes.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Zwischenhebel über die Arbeitskurve ein Zwischenglied bewegt, über das mindestens ein Gaswechselventil betätigt wird und/oder dass die Ventilhübe, die Ventilöffhungszeit und die Phasenlage des Hubmaximums in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis zueinander veränderbar sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass an einem an der Stößelstange angeordneten Schwinghebel Mittel zur Verstellung der Phasenlage, des Hubes und der Öffnungszeit der Ventilerhebungen der Gaswechselventile bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung vorgesehen sind und/oder dass die feststehende Achse fluchtend zur Lage für mindestens einen Zwischenhebel im Zylinderkopf vorgesehen ist.
Für einige Ausführungsformen des mechanisch variablen Ventiltriebs ist es vorteilhaft, dass die feststehende Achse für benachbarte Zwischenhebel nicht fluchtende Positionslagen im Zylinderkopf aufweist.
Bei Zylinderköpfen insbesondere für Dieselmotoren kann es vorteilhaft sein, dass die Zwischenhebel und die Hebel von benachbarten Gaswechselventilen im Zylinderkopf unterschiedliche Geometrien bezüglich der feststehenden Achse im Zylinderkopf aufweisen. Damit können insbesondere bei Ventiltrieben mit Ein- und Auslasskanälen, die für Drallbewirkung relativ zur Längsachse des Zylinderkopfes nicht symmetrisch ausgeführt sind, die Antriebsmittel des variablen Ventiltriebs für die Gaswechselventile den Geometrieverhältnissen der Gaswechselkanäle angepasst werden, wobei unterschiedliche Hebelgeometrien vorteilhaft sind. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass für den Kraftschluss des Übertragungsgetriebes an den Hebeln je nach Geometrie die Federn entfallen oder dass für den Kraftschluss des Übertragungsgetriebes an den Zwischenhebeln oder am Stößel je nach Geometrie Federn vorgesehen sind.
Ein weiterer großer Vorteil der variablen mechanischen Ventilsteuerung besteht darin, dass sowohl der Ventilhub, die Ventilöffhungszeit als auch die Phasenlage des Hubmaximums in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis zueinander spielfrei veränderbar sind. Je nach Lage der Längsachse der Stößelstange in Relation zur Mittelachse der Nockenwelle kann bei variabler Verstellung des Stößels oder eines entsprechend gestalteten vorgesehenen Schwinghebels das Maximum der variablen Ventilhubkurvenschar in der Phase verschoben werden.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Zwischenhebel über die Arbeitskurve ein Zwischenglied bewegt, über das mindestens ein Gaswechselventil betätigt wird.
Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der kompakten Gestalt des Übertragungsgetriebes, das zwischen Nockenantrieb und
Ventilbetätigung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit untenliegender
Nockenwelle, angeordnet sein kann. Weiterhin wird durch die Kopplung des
Gelenkes am Zwischenhebel mit der Stößelstange ein vollvariabler Ventiltrieb erzielt, bei dem die Anzahl der Bauteile des Übertragungsgetriebes sehr gering ist und durch die geringe Anzahl der Bauteile die Systemreibung des
Übertragungsgetriebes minimiert wird. Das dynamische Verhalten des
Ventiltriebs wird durch Wegfall von Kontaktstellen optimiert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bestehen darin, dass einfach die Option für einen sekundären Nocken gegeben ist. Eine weitere reibungsminimierte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die feststehende Achse des Zwischenhebels walzgelagert ist, um einen reibungsarmen Betrieb des Übertragungsgetriebes vorzusehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass ein Zwischenhebel über eine Achse mit einer Steuerwellenrolle so verbunden ist, dass eine auf der Achse drehbar gelagerte Kulissenrolle über eine Nockenwellenrolle und über die Achse durch die Nockenwelle angetrieben in einer Kulisse bewegt wird, wobei eine Kontaktfläche am Zwischenhebel sich, vorzugsweise über eine Feder verstärkt, an einer Steuerwelle abstützt und eine Arbeitskurve einen Kipp- oder Schlepphebel bewegt, über den die Gaswechselventile geöffnet und/oder geschlossen werden. An mindestens einer der Nocken- oder Steuerwellen ist ein Phasenversteller angebracht, so dass eine Phasenverschiebung zwischen der mit gleicher Drehzahl drehenden Nockenwelle und der Steuerwelle so vorgesehen ist, dass bei der variablen Ventilsteuerung für unterschiedliche Ventilhübe entweder der Ventilöffnungszeitpunkt oder der Ventilschließzeitpunkt für die unterschiedlichen Ventilhübe gleich ist. Die Nockenwelle kann zur Steuerwelle den gleichen Drehsinn oder einen entgegen gesetzten Drehsinn aufweisen.
Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der kompakten Gestalt des Übertragungsgetriebes, das zwischen Steuerwellenantrieb und Ventilbetätigung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Kipp- oder Schwinghebeln, angeordnet ist. Die Systemtoleranzen des Übertragungsgetriebes können gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben deutlich verbessert werden. Ein weiterer großer Vorteil der variablen mechanischen Ventilsteuerung nach der Erfindung besteht darin, dass sowohl der Ventilhub, die Ventilöffnungszeit als auch die Phasenlage des Hubmaximums mit nur einer Verstellung verändert werden können.
Vorteilhaft ist auch, dass die Hebel, die direkt über den Gaswechselventilen angebracht sind, als Kipp- oder Schwinghebel ausgebildet sein können. Die Bahn der Kulisse kann durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt einer Hebelrolle und/oder einen ersten Bereich der Arbeitskurve durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt der Kulissenrolle gebildet werden. Bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen können die entsprechenden Zwischenhebel und Hebel, die direkt über den Gaswechselventilen angeordnet sind, für die Ventilbetätigung unterschiedliche Geometrien aurweisen und entweder auf einer gemeinsamen Achse oder auf unterschiedlichen Achsen gelagert sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der über den Gaswechselventilen vorgesehene Hebel direkt über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile betätigt.
Eine vorteilhafte Ausführungsförm wird darin gesehen, dass die Kontaktfläche des Zwischenhebels für die Steuerwelle Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle ist. Damit ist ein reibungsarmer Betrieb des Übertragungsgetriebes gegeben .
Dadurch, dass unter anderem mit der vorliegenden Erfindung die Variation des Ventilhubs von einem Maximalhub bis zu einem Nullhub ausführbar ist, kann eine Ventilstillegung einzelner Ventile bis zur Stillegung aller Ventile eines Zylinders erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der variablen mechanischen Ventilsteuerung bei einer Brennkraftmaschine mit Kipphebeln wird darin gesehen, dass abhängig von der Ventilhubvariation die Phasenlage der Ventilhubmaxima durch nur ein Verstellelement und durch eine permanente Rotation der Steuerwelle eine vorgegebene Veränderung der Phasenlage und Ventilerhebungen der Gaswechselventile erfolgt. Des Weiteren ist es möglich, dass je nach Verschiebung der Phasenlage der zwei Steuerwellen zueinander, bezogen auf die maximale Auslenkung der zwei Steuerwellen, die Ventilöffnungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte unterschiedlich einstellbar sind, so dass beispielsweise die Ventilöffnungszeitpunkte bei unterschiedlichen Ventilhubscharen gleich sind und die Schließzeitpunkte sich über dem Steuerwellenwinkel verändern. Für andere Auslegungen der Brennkraftmaschinen kann es vorteilhaft sein, die Schließzeitpunkte der Ventilhubscharen konstant zu halten und die Öffhungsbeginne der Ventilerhebungskurven zu verändern. Hierzu ist durch das Verstellelement entsprechend die Phasenlage der zwei Steuerwellen zu verändern.
Weitere vorteilhafte Ausiuhrungsforrnen bestehen darin, dass die Verstellung von Ein- und Auslassventilerhebungen zueinander getrennt und unterschiedlich erfolgt. Die Nockenwelle kann mindestens einen Sekundärnocken aufweisen, über den je Steuerwellendrehung ein zweites Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile erfolgt. Hiermit lässt sich insbesondere die Restgassteuerung von Motoren vorteilhaft über die Variation des Sekundärhubes steuern. Dieser Vorteil wirkt sich besonders bei Brennkraftmaschinen vorteilhaft aus, an denen als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und Schließung je Steuerwellendrehung kein zweites Betätigungssystem für einen Sekundarhub vorgesehen ist, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffhung der Gaswechselventile veränderlich und abhängig von der Öffnung von einem Primärhub erfolgt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen: Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs eines Gaswechselventils mit untenliegender Nockenwelle in Seitenansicht;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs für einen Motor mit Verstellung der Phasenlage und des Ventilhubs;
Fig. 3 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung bei maximalem Nockenhub; Fig. 4 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung für eine Nockengrundkreisstellung;
Fig. 5 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Teilhubstellung bei maximalem Nockenhub; Fig. 6 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit Linearverschiebung A;
Fig. 7 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit Linearverschiebung AV;
Fig. 8 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und Sekundarnocken;
Fig. 9 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Nullhubstellung mit maximaler exzentrischer Verschiebung und Sekundarnocken;
Fig. 10 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Sekundärhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und
Sekundärnockenbetrieb;
Fig. 11 den variablen Ventiltrieb bei Stellung des Übertragungsgetriebes für eine Vollhubstellung mit exzentrischer Verschiebung und Sekundarnocken;
Fig. 12 ein drittes Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs für eine V- Motor-Anordnung;
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs mit seitlich versetzten Ventilen;
Fig. 14 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebs;
Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilöffnungszeitpunkt;
Fig. 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilschließzeitpunkt; Fig. 17 ein Ausfuhrungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs eines Gaswechselventils mit untenliegender Nockenwelle in Seitenansicht;
Fig. 18 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs eines Gaswechselventils mit untenliegender Nockenwelle in Seitenansicht; Fig, 19 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebes mit konstantem Ventilöffhungszeitpunkt;
Fig. 20 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Ventilhubschar des variablen Ventiltriebes mit konstantem Ventilschließzeitpunkt;
Fig. 21 ein Ausfuhrungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs eines Gaswechselventils mit Kipphebeln in Seitenansicht;
Fig. 22 eine Ventilhubschar des Ausfuhrungsbeispiels des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilöffhungszeitpunkt; und
Fig. 23 eine Ventilhubschar eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilschließpunkt.
Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einen variablen Ventiltrieb, bestehend aus einer Nockenwelle 1, einem Nockenfolger 2, der an einer Nocke der Nockenwelle 1 abrollt und ausgelenkt wird. Der Nockenfolger 2 ist drehbar in einem Stößel 3 gelagert, der linear (senkrecht) geführt ist. An der Oberseite des Stößels 3 ist eine Stößelstange 4 drehbar gelagert. Die Stößelstange 4 ist drehbar in einer Achse 8 und mit einem Zwischenhebel 7 verbunden. Der Zwischenhebel 7 stutzt sich über eine Kulissenrolle 6, eine erste Kontaktfläche 10 und eine Hebelrolle 14 ab. Über eine Verstellung der Exzenterwelle 11 wird der Zwischenhebel 7 relativ zum Drehpunkt der Kulissenrolle 6 gekippt. Ein Hebel 16 ist in einem Hebeldrehpunkt 17 drehbar gelagert. Ein Gaswechselventil 19 wird über den Hebel 16 betätigt. Der Nockenhub wird gemäß Figur 1 über den Stößel 3 und die gelenkig mit dem Stößel 3 verbundene Stößelstange 4 auf den Zwischenhebel 7 übertragen, wobei der Stößel 3 auch als Schwinghebel vorgesehen ist. Sowohl der Stößel als auch der Schwinghebel 3 können entweder über einen Gleit- oder einen Rollenkontakt mit einem Nocken der Nockenwelle 1 in Berührung stehen. Die Stößelstange 4 ist über ein Kugel-, Dreh- oder Drehschubgelenk mit dem Stößel 3 verbunden. Der Zwischenhebel 7 rollt mit der Kulissenrolle 6 in einer Kulisse 9 ab. Außerdem stützt sich der Zwischenhebel 7 mit der ersten Kontaktfläche 10 an der Exzenterwelle 11 ab. Die erste Kontaktfläche 10 kann auch Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle des Zwischenhebels 7 sein.
Ausgelenkt durch den Nockenhub kippt der Zwischenhebel 7, so dass die am Hebel 16 drehbar gelagerte Hebelrolle 14 auf einer Arbeitskurve 13 des Zwischenhebels 7 abläuft. Abhängig von der Positionierung durch die Exzenterwelle 11 oder einen Gleitstein kommen unterschiedliche Bereiche der Arbeitskurve 13 mit der Hebelrolle 14 in Kontakt. Befindet sich die Hebelrolle 14 in Kontakt mit dem Nullhubbereich der Arbeitskurve 13 wird, trotz Schwenken des Zwischenhebels 7, keine Bewegung des Hebels 16 erzeugt und somit das Gaswechselventil 19 nicht betätigt. Befindet sich die Hebelrolle 14 in Kontakt mit dem Hubbereich der Arbeitskurve 13, wird der Hebel 16 und mit ihm auch das Gaswechselventil 19 betätigt. Je länger die Hebelrolle 14 durch Verstellung des Zwischenhebels 7 auf dem Nullhubbereich abrollt, umso kürzer rollt sie im Hubbereich und umso kleiner wird der Ventilhub bis hin zum Nullhub, wenn nur der Nullhubbereich der Arbeitskurve 13 während des Nockenhubes abgefahren wird. Außerdem verschiebt sich symmetrisch zum maximalen Nockenhub der Öffnungszeitpunkt nach spät und der Schließzeitpunkt nach früh.
Um einen Kraftschluss zwischen allen Bauteilen gewährleisten zu können, können mehrere Federn 5, 15 in das System eingefügt werden. Die Art, Anzahl und Positionierung der Federn 5 und 15 hängt von der Konfiguration und Auslegung des Systems ab.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausftihrungsbeispiel des variablen Ventiltriebs weist ein Verstellelement auf, das eine Exzenterwelle 22 mit einem Anlenkpunkt 21 umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel 3 gekoppelt ist, wobei durch eine Verdrehung der Exzenterwelle 22 eine vorgegebenen Änderung der Phasenlage und der Ventilerhebungen der Gaswechselventile 19 vorgesehen ist. Anstelle der Verstellung durch die Exzenterwelle 11 ist bei diesem Ausfuhrungsbeispiel nur die zweite Kontaktfläche 12 als Anlage des Zwischenhebels 7 vorgesehen.
In Fig. 3 bis 5 werden unterschiedliche Ventilhubstellungen des variablen Ventiltriebs dargestellt. In Fig. 3 ist bei der maximalen Nockenhubstellung das Übertragungsgetriebe für eine Stellung dargestellt, bei der das Gaswechselventil 19 einen Nullhub macht. In Fig. 4 ist ebenfalls eine Nullhubstellung am Gaswechselventil 19 eingestellt, diesmal mit einer Nockenhubstellung für die Stellung der Nockenwelle 1 in einer Grundkreisposition. Ia Fig. 5 ist eine Teilhubstellung des Gaswechselventils 19 eingestellt.
In Fig. 6 ist eine verstellbare Linearführung 20 dargestellt, mit der die Phasenlage und der Ventilhub zusätzlich veränderlich gestaltet werden kann. Die Spreizung A kann je nach Stellung der Linearführung 20 verändert werden.
In Fig. 7 ist für diese Linearführung 20 eine Position mit einer Spreizung verschoben AV dargestellt, bei der die Achse der Stößelstange 4 außermittig einer Mittelachse 24 der Nockenwelle 1 verläuft. Der Betrag der Linearführung 20 ist mit AV gekennzeichnet. Durch die veränderliche Linearführung 20 kann die Phasenlage und der Ventilhub der Ventilsteuerung variabel eingestellt werden.
In Fig. 8 ist für ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel des variablen Ventiltriebs an der Nockenwelle 1 ein Sekundärnocke 23 dargestellt. Je Nockenwellenumdrehung wird mit dem Sekundarnocken 23 das Gaswechselventil 19 zusätzlich geöffnet und geschlossen. Diese zusätzliche Öffnung des Gaswechselventils 19 kann als Restgassteuerung an Motoren genutzt werden. Ein Teil des Abgases von dem letzten Verbrennungstakt verbleibt im Zylinder. Damit lassen sich die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine senken.
Vorteilhaft für die Brennkraftmaschine ist, wenn der Sekundarnocken 23 mit einer unabhängig von der Steuerung des Gaswechselventils 19 vorhandenen variablen Ventilsteuerung zusätzlich auch variabel betätigt werden kann. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der variablen Ventilsteuerung ist als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und -Schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundarhub vorgesehen, durch das das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile 19 veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primarhub vornimmt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Haupt- und Sekundarhub auf zwei Nocken aufzuteilen. Durch Verwendung zweier Nockenfolger 2 auf einem gemeinsamen Stößel 3 lässt sich der Sekundarhub bei Bedarf über ein Lostmotionelement ganz wegschalten. Dabei ist der Nockenfolger 2 des Sekundarhubs mit dem Lostmotionelement am Stößel 3 angebracht und der Nockenfolger 2 des Primarhubs ständig fest mit dem Stößel 3 verbunden.
Bei der Aufteilung des Haupt- und Sekundarhubes auf zwei Nocken ist es auch möglich, zwei Betätigungssysteme, die aus zwei Nockenfolgern 2 bzw. zwei
Schwinghebel, zwei Stößelstangen 4 und zwei Zwischenhebel 7 bestehen, zu verwenden, die jedoch nur einen gemeinsamen Hebel 16 betätigen. Durch eine getrennte oder gekoppelte Ansteuerung der beiden Betätigungssysteme kann die
Phasenlage und die Hohe und Öffnungszeit des Ventilhubes zueinander frei eingestellt werden. Mit je einer Nocke für den Haupthub und den Sekundarhub können auch zwei getrennte Schwinghebel anstelle der Stößel 3 für die beiden
Nocken der Nockenwelle 1 verwendet werden, von denen nur einer mit der
Stößelstange 4 verbunden ist. Verbindet man die beiden Zwischenhebel 7 miteinander, so werden beide Nockenhübe benutzt. Durch Verstellen des Zwischenhebels 7 über die Exzenterwelle 11 so weit, dass die Hebelrolle 14 schon in der Grundkreisphase durch den Hubbereich der Arbeitskurve 13 betätigt wird, ist ein ständiges geringes Öffnen des Gaswechselventils 19 erreichbar, wie es für eine Konstantdrosselmotorbremsfunktion notwendig ist.
Weiterhin ist in Fig. 8 ein weiteres Verstellmittel zur Veränderung der Phasenlage und des Ventilhubs der variablen Ventilsteuerung in Form einer Exzenterwellenverstellung mit einer Exzenterwelle 22 und einem Anlenkpunkt 21 dargestellt.
In Fig. 9 bis 11 sind verschiedene Ventilhubstellungen der variablen Ventilsteuerung für unterschiedliche Stellungen der Exzenterwelle 22 bzw. Anlenkpunkte 21 dargestellt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist der variable Ventiltrieb für eine V-Motor-Anordnung gezeigt. Vorteilhaft ist hierbei eine kompakte Lösung, bei der die Stößel 3 auf eine gemeinsame untenliegende Nockenwelle 1 zum Antrieb der Gaswechselventile 19 zurückgreifen. In einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Stößel 3 von unterschiedlichen Nockenwellen 1 angetrieben werden.
In Fig. 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs aufgezeigt, bei dem der Zwischenhebel 7 und der Hebel 16 unterschiedliche Geometrien aufweisen und bei dem das Verstellgetriebe, das vorzugsweise im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist, mindestens zwei Exzenterwellen 11 aufweist. Dadurch können die Gaswechselventile 19 unterschiedlich variabel betätigt werden. In einem weiteren nicht näher aufgeführten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Hebel 16 über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile 19 betätigt.
In Fig. 14 bis 16 sind Ventilhubscharen des variablen Ventiltriebs über dem Nockenwinkel für verschiedene Ausführungsbeispiele der variablen
Ventilsteuerung und Stellungen des Verstellelementes am Stößel 3 dargestellt. Je nach Lage der Achse des Stößels 3 bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle 24 stellt sich die Lage der Hubmaxima bzw. die Öffhungs- oder Schließzeitpunkte der Ventilerhebungen über dem Nockenwinkel dar. In Fig. 14 ist eine symmetrische Ventilhubschar dargestellt, die vorzugsweise erhalten wird, wenn die Achse der Stößelstange 4 durch die Mittelachse der Nockenwelle 24 verläuft. Fig. 17 zeigt in einem Ausführungsbeispiel einen variablen Ventiltrieb, bestehend aus einer Nockenwelle 101, einem Stößel 106 einer Stößelstange 109, einem Übertragungsgetriebe mit einem Gelenk 110, über den ein Zwischenhebel 111 mit der Stößelstange 109 so verbunden ist, dass der auf einer fest stehenden Achse 112 drehbar gelagerte Zwischenhebel 111 durch die Nockenwelle 101 angetrieben bewegbar ist. Über eine Arbeitskurve 113 ist ein Hebel 116 bewegbar, über den die Gaswechselventile 119 geöffnet und/oder geschlossen werden.
Der Nockenhub wird gemäß Figur 17 über den Stößel oder Schwinghebel 106 und eine gelenkig mit dem Stößel oder Schwinghebel 106 verbundene Stößelstange
109 über das Gelenk 110 auf den Zwischenhebel 111 übertragen, wobei der
Stößel oder Schwinghebel 106 auch als reiner Schwinghebel vorgesehen sein kann. Sowohl der Stößel als auch der Schwinghebel 106 können entweder über einen Gleit- oder einen Rollenkontakt mit einem Nocken der Nockenwelle 101 in Berührung stehen. Die Stößelstange 109 ist über ein Kugel-, Dreh-,
Drehschub gelenk als Gelenk oder Kontakt 108 mit dem Stößel 106 verbunden.
Ausgelenkt durch den Nockenhub der Nockenwelle 101 oder eines
Sekundärnockens 102 schwenkt der Zwischenhebel 111 um die feststehende
Achse 112, so dass eine an einem Hebel 116 drehbar gelagerte Hebelrolle 114 auf einer Arbeitskurve 113 des Zwischenhebels 111 abläuft.
Über die Verstellung einer Exzenterwelle 105 mit ihrem Anlenkpunkt 107 wird die Stößelstange 109 bewegt und mit dieser der Zwischenhebel 111 relativ um die feststehende Achse 112 geschwenkt und somit die Relativposition des Zwischenhebels 111 und dessen Arbeitskurve 113 zur Hebelrolle 114 geändert. Abhängig von dieser Positionierung kommen unterschiedliche Bereiche der Arbeitskurve 113 mit der Hebelrolle 114 in Kontakt. Befindet sich die Hebelrolle 114 in Kontakt mit dem Nullhubbereich der Arbeitskurve 113 wird, trotz Schwenken des Zwischenhebels 111, keine Bewegung des Hebels 116 erzeugt und somit auch nicht das Gaswechselventil 119 betätigt. Befindet sich die Hebelrolle 114 in Kontakt mit dem Hubbereich der Arbeitskurve 113, wird der Hebel 116 und mit ihm auch das Gaswechselventil 119 betätigt. Je länger die Hebelrolle 114 durch Verstellung des Zwischenhebels 111 auf dem Nullhubbereich abrollt, desto kürzer rollt sie im Hubbereich und desto kleiner wird der Ventilhub bis hin zum Nullhub, wenn nur der Nullhubbereich der Arbeitskurve 113 während des Nockenhubes abgefahren wird. Außerdem verkürzt sich symmetrisch zum maximalen Nockenhub die Öffnungszeit des Ventils. Durch die Verschiebung der Position des Stößels oder Schwinghebels 106 zur der Mittelachse der Nockenwelle 103 verschiebt sich das Hubmaximum der Ventilhubkurvenschar je nach Verschiebungsrichtung zu einem früheren oder späteren Steuerzeitenzeitpunkt. Um einen Kraftschluss zwischen allen Bauteilen gewährleisten zu können, kann es notwendig sein, Federn, wie z.B. Federn 115, einzufügen. Die Art, Anzahl und Positionierung der Federn 115 hängt von der Konfiguration und Auslegung des Übertragungsgetriebes ab, wobei für den Kraftschluss des Übertragungsgetriebes entweder an den Zwischenhebeln 111 oder am Stößel oder Schwinghebel 106 je nach Geometrie Federn 115 vorgesehen sind.
Je nach Lage und Anzahl der feststehenden Achsen 112 fluchtend bzw. nicht fluchtend zueinander kommen unterschiedliche Geometrien der Zwischenhebel 111 und/oder Hebel 116 zum Einsatz. Insbesondere für Dieselmotoren sind damit die Freiheitsgrade zur Gestaltung der Gaswechselkanäle groß.
Das in Fig. 18 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs betätigt statt des Kipphebels 116 über die Hebelrolle 113 ein Zwischenglied 120, das mindestens zwei Gaswechselventile 119 betätigt. Das Zwischenglied kann als Ventilbrücke ausgebildet sein. In Fig. 19 und 20 sind Ventilhubscharen für die Gaswechselventile 119 des variablen Ventiltriebs mit dem Ventilbub über dem Nockenwinkel für verschiedene Ausführungsbeispiele der variablen Ventilsteuerung und Stellungen des Verstellelementes, das von dem Stößel oder Schwinghebel 106, der Exzenterwelle 105 und dem Anlenkpunkt 107 gebildet wird, dargestellt. Je nach Lage der Achse des Stößels 106 bezogen auf die Mittelachse der Nockenwelle 103 stellt sich die Lage der Hubmaxima bzw. die Öffhungs- oder Schließzeitpunkte der Gaswechselventilerhebungen über dem Nockenwinkel dar. Die in Fig. 19 dargestellte Hubkurvenschar zeigt einen Gaswechselventilhubverlauf mit konstantem Ventilöffhungszeitpunkt und die in Fig. 20 dargestellte Hubkurvenschar stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des variablen Ventiltriebs mit konstantem Ventilschließzeitpunkt dar, wobei diese beiden Auslegungsergebnisse als Ausführungsbeispiele für die jeweilige erreichbare Variation der Ventilhubkurvenschar als Extrem- Auslegungen anzusehen sind, und Auslegungen zwischen diesen
Gaswechselventilhubkurvenscharen sind ebenfalls möglich.
Fig. 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines variablen Ventiltriebs, bestehend aus einer Nockenwelle 202, einer Nockenwellenrolle 207, die an einer Kontur der
Nockenwelle 202 abrollt und ausgelenkt wird. Die Nockenwellenrolle 207 ist drehbar in einem Zwischenhebel 210 gelagert. Der Zwischenhebel 10 stützt sich über eine Kulissenrolle 204, eine Kontaktfläche 209 und eine Hebelrolle 213 ab.
Eine Steuerwelle 208 rotiert mit einer Drehzahl der Nockenwelle 202 und der Zwischenhebel 210 wird relativ zum Drehpunkt der Kulissenrolle 204 gekippt.
Ein Kipp- oder Schwinghebel 215 ist in einem Hebeldrehpunkt 214 drehbar gelagert. Ein Gaswechselventil 201 wird über den Hebel 215 betätigt. Der
Zwischenhebel 210 rollt mit der Kulissenrolle 204 in einer Kulisse 206 ab.
Außerdem stützt sich der Zwischenhebel 210 mit der Kontaktfläche 209 an der Steuerwelle 208 ab. Die Kontaktfläche 209 kann auch Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle des Zwischenhebels 110 sein. Ausgelenkt durch die Kontur der Nockenwelle 202 kippt der Zwischenhebel 210, so dass die am Kipp- oder Schwinghebel 215 drehbar gelagerte Hebelrolle 213 auf einer Arbeitskurve 211 des Zwischenhebels 210 abläuft. Abhängig von der Positionierung durch die rotierende Steuerwelle 208 kommen unterschiedliche Bereiche der Arbeitskurve 211 mit der Hebelrolle 213 in Kontakt. Befindet sich die Hebelrolle 213 in Kontakt mit dem Nullhubbereich der Arbeitskurve 211, wird trotz Schwenken des Zwischenhebels 210 keine Bewegung des Kipp- oder Schwinghebels 215 erzeugt und somit auch nicht das Gaswechselventil 201 betätigt. Befindet sich die Hebelrolle 213 in Kontakt mit dem Hubbereich der Arbeitskurve 211, wird der Hebel 215 und mit ihm auch das Gaswechselventil 201 betätigt. Je länger die Hebelrolle 213 durch Verstellung des Zwischenhebels 210 auf dem Nullhubbereich abrollt, desto kürzer rollt sie im Hubbereich und desto kleiner wird der Ventilhub bis hin zum Nullhub, wenn nur der Nullhubbereich der Arbeitskurve 211 während des Nockenhubes abgefahren wird. Außerdem verschiebt sich je nach Ausrichtung der Nockenwelle 202 und der Steuerwelle 208 zueinander entweder der Öffhungszeitpunkt nach spät und der Schließzeitpunkt bleibt gleich oder umgekehrt. Diese Verstellung kann vorzugsweise durch einen Phasenversteller erfolgen.
Um einen Kraftschluss zwischen allen Bauteilen gewährleisten zu können, können mehrere Federn in das System eingefügt werden. Die Art, Anzahl und Positionierung der Federn hängt von der Konfiguration und Auslegung des Systems ab.
Zum Ausgleich des Ventilspiels zwischen Ventil und den Ventiltriebskomponenten kann ein mechanisches Ventilspielausgleichselement 216 oder ein hydraulischer Ventilspielausgleichsmechanismus vorgesehen sein.
Bei bestimmten geometrischen Stellungen der Bauteile des Übertragungsgetriebes ist ein Nullhub eines Gaswechselventils 201 einstellbar und damit kann mindestens ein Gaswechselventil 201 je Zylinder stillgelegt werden. Die Nockenwelle 202 kann weiterhin mindestens eine Sekundarerhebung 217 am Grundkreisdurchmesser der Nockenkontur der Nockenwelle 202 aufweisen, über die je Nockenwellenumdrehung ein zweites Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile erfolgen kann.
Weiterhin kann als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und - Schließung je Nockenwellenumdrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundarhub vorgesehen sein, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile 201 veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primarhub erfolgt. Zur Einstellung des Zwischenhebel 210 bzw. des Kipp- oder Schwinghebels 215 können Mittel zur Feineinstellung an dem Hebelrollenpunkt 212 und dem Hebeldrehpunkt 214 der Achse 205 sowie der Kulisse 206 vorgesehen sein. Die Geometrien der Ventiltriebsbetätigung der Zwischenhebel 210, der Kipp- oder Schwinghebel 215, die Nockenkonturen der Nockenwelle 202 oder die Exzenter an der Steuerwelle 208 können derart ausgebildet sein, dass unterschiedliche Ventilhübe benachbarter Ventile einstellbar sind.
In den Fig. 22 und 23 sind Ventilhubscharen des variablen Ventiltriebs über dem Drehwinkel der Steuerwellen für verschiedene Ausführungsbeispiele der variablen Ventilsteuerung und Stellungen der rotierenden Nockenwelle 202 und der Steuerwelle 208 zueinander dargestellt. Je nach Phasenverschiebung der Nockenwelle 202 und der Steuerwelle 208 stellt sich die Lage der Hubmaxima bzw. die Öffnungs- oder Schließzeitpunkte der Ventilerhebungen über dem Nockenwinkel dar. Bezugszeichenhste
1 Nockenwelle
2 Nockenfolger
3 Stößel
4 Stößelstange
5 Feder
6 Kulissenrolle
7 Zwischenhebel
8 Achse
9 Kulisse
10 Erste Kontaktfläche
11 Exzenterwelle
12 Zweite Kontaktfläche
13 Arbeitskurve
14 Hebelrolle
15 Feder
16 Hebel
17 Hebeldrehpunkt
18 Hydraulisches Ventilspielausgleichselement
19 Gaswechselventil
20 Linearführung
21 Anlenkpunkt
22 Exzenterwelle
23 Sekundarnocke
24 Mittelachse der Nockenwelle
AV Spreizung verschoben
A Spreizung fest
101 Nocken
102 Sekundäπiocken
103 Mittelachse der Nockenwelle 104 Nockenfolger
105 Exzenterwelle
106 Stößel oder Schwinghebel
107 Anlenkpunkt
108 Gelenk oder Kontakt
109 Stößelstange
110 Gelenk
111 Zwischenhebel
112 feststehende Achse
113 Arbeitskurve
114 Hebelrolle
115 Feder
116 Hebel
117 Hebeldrehpunkt
118 Hydraulisches Ventilspielausgleichselement
119 Gaswechselventil
120 Zwischenglied
201 Gaswechselventil
202 Nockenwelle
203 Mittelachse der Nockenwelle
204 Kulissenrolle
205 Achse
206 Kulisse
207 Nockenwellenrolle
208 Steuerwelle
209 Kontaktfläche
210 Zwischenhebel
211 Arbeitskurve
212 Hebelrollendrehpunkt
213 Hebelrolle
214 Hebeldrehpunkt
215 Kipp- oder Schwinghebel
216 Ventilspielausgleichselement 217 Sekundärerhebung

Claims

Patentansprüche
1. Variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffhungs- und Schließzeit mindestens eines Einlass- und/oder
Auslassventils (19), wobei ein über ein Übertragungsgetriebe und mindestens eine Stößelstange (4) mittels einer Nockenwelle (1) angetriebener Hebel (16) das Ein- und/oder Auslassventil (19) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenhebel (7) über eine Achse (8) mit der Stößelstange (4) so verbunden ist, dass eine auf der Achse (8) drehbar gelagerte Kulissenrolle (6) durch die Nockenwelle (1) angetrieben in einer Kulisse (9) bewegt wird, wobei eine erste Kontaktfläche (10) am Zwischenhebel (7) sich an einer Exzenterwelle (11) oder an einer zweiten Kontaktfläche (12) abstützt und über eine Arbeitskurve (13) der Hebel (16) bewegbar ist, über den das Gaswechselventil (19) geöffnet und/oder geschlossen wird, und wobei an einem an der Stößelstange (4) vorgesehenen Stößel (3) Mittel zur Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen des Gaswechselventils (19) bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung des Ventilhubs und Mittel zur zusätzlichen unabhängig steuerbaren Ventilhuböffnung und -Schließung je Nockenwellenumdrehung vorgesehen sind.
2. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (16) als Kipp- oder Schwinghebel ausgebildet ist.
3. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, χ dass die Bahn der Kulisse (9) durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt einer Hebelrolle (14) und/oder ein erster Bereich der Arbeitskurve (13) , 21 -
durch einen Kreisbogen um den Mittelpunkt der Kulissenrolle (6) gebildet wird.
4. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel (7) und die Hebel (16) für die Ventilbetätigung unterschiedliche Geometrien aufweisen und nicht auf einer gemeinsamen Achse vorgesehen sind.
5. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (16) über eine Ventilbrücke gleichzeitig zwei Gaswechselventile (19) betätigt.
6. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (10) des Zwischenhebels (7) Bestandteil einer drehbar gelagerten Rolle ist.
7. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmten geometrischen Stellungen der Bauteile des Übertragungsgetriebes ein Nullhub eines Gaswechselventils (19) einstellbar ist und damit mindestens ein Gaswechselventil (19) je Zylinder stillgelegt ist.
8. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (3) zwischen Stößelstange (4) und Nockenwelle (1) als
Schwinghebel ausgebildet ist.
9. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen der Gaswechselventile (19) oder der Ventilhübe und der Ventilöffhungs- und
Schließzeitpunkte an dem Stößel oder Schwinghebel (3) ein zusätzliches Verstellelement vorgesehen ist.
10. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement eine Exzenterwelle (22) mit einem Anlenkpunkt (21) umfasst und mit dem Stößel oder Schwinghebel- (3) gekoppelt ist, wobei durch eine Verdrehung der Exzenterwelle (22) eine vorgegebenen Veränderung der Phasenlage und Ventilerhebungen des Gaswechselventils (19) erfolgt.
11. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Verschiebung der axialen Lage der Stößelstange (4) mit dem Stößel (3) in entgegengesetzte Richtungen bezogen auf die Mittelachse (24) der Nockenwelle (1) die Ventilöffnungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte sich unterschiedlich einstellen.
12. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (3) durch das Verstellelement linear verstellbar ist.
13. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung von Ein- und Auslassventilerhebungen zueinander getrennt und unterschiedlich erfolgt.
14. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) mindestens einen Sekundarnocken (23) aufweist, über den je Nockenwellendrehung ein zweites Öffnen und Schließen des
Ein- und/oder Auslassventils erfolgt.
15. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und
Schließung je Nockenwellendrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundärhub vorgesehen ist, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung des Gaswechselventils (19) veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primarhub erfolgt.
16. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (5) zur Verstärkung der Abstützung der ersten Kontaktfläche (10) an der Exzenterwelle (11) oder der zweiten Kontaktfläche vorgesehen ist.
17. Variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffnungs-, Schließ- und Steuerzeit mindestens eines Einlass- und/oder Auslassventils (119), wobei ein über ein Übertragungsgetriebe und mindestens eine Stößelstange (109) mittels einer Nockenwelle (101) angetriebener Hebel (116) das Ein- und/oder Auslassventil (119) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenhebel (111) über ein Gelenk (110) mit einer Stößelstange (109) so verbunden ist, dass der auf einer feststehenden Achse (112) drehbar gelagerte Zwischenhebel (111) durch die Nockenwelle (101) angetrieben bewegbar ist, wobei über eine Arbeitskurve (113) der Hebel (116) bewegbar ist, über den das Gaswechselventil (119) geöffnet und/oder geschlossen wird, und wobei an einem an der Stößelstange (109) vorgesehenen Stößel oder Schwinghebel (106) Mittel zur Verstellung der Phasenlage, des Hubes und der Öffnungszeit der Ventilerhebungen des Gaswechselventils (119) bei gleichzeitiger spielfreier Verstellung vorgesehen sind.
18. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (111) über die Arbeitskurve (113) ein
Zwischenglied (120) bewegt, über das mindestens ein Gaswechselventil (119) betätigt wird.
19. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhübe, die Ventilöffhungszeit und die Phasenlage des Hubmaximums in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis zueinander veränderbar sind.
20. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Achse (112) fluchtend zur Lage für mindestens einen Zwischenhebel (111) im Zylinderkopf vorgesehen ist.
21. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Achse (112) für benachbarte Zwischenhebel (111) nicht fluchtende Positionslagen im Zylinderkopf aufweist.
22. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhebel (111) und die Hebel (116) von benachbarten Gaswechselventilen (119) im Zylinderkopf unterschiedliche Geometrien bezüglich der feststehenden Achse (112) im Zylinderkopf aufweisen.
23. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss des Übertragungsgetriebes an den Hebeln (116) ohne Federn (115) erfolgt.
24. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kraftschluss des Übertragungsgetriebes an den Zwischenhebeln (111) oder am Stößel (106) Federn (115) vorgesehen sind.
25. Variable mechanische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Kipp- oder Schwinghebel zur Einstellung eines Ventilhubes und einer Öffhungs- und Schließzeit mindestens eines Einlass- und/oder Auslassventils (201), mit einer eine Nockenkontur aufweisenden Nockenwelle (202), bei der die Nockenkontur eine Teilkontur zum Öffnen und eine Teilkontur zum Schließen des Einlass- und/oder Auslassventils
(201) aufweist, mit einem Übertragungsgetriebe, das einen Zwischenhebel (210) mit einer Arbeitskurve (211), eine Kulisse (206) zur Führung des Zwischenhebels (210), eine Kontaktfläche (209) des Zwischenhebels, die sich an einer eine Exzenterkontur aufweisenden Steuerwelle (208) abstützt, aufweist, wobei ein über das Übertragungsgetriebe mittels der Nockenwelle
(202) angetriebener Kipphebel (215) das Ein- und/oder Auslassventil (201) betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (210) über eine Achse (205) mit einer Nockenwellenrolle (207) so verbunden ist, dass eine auf der Achse (205) drehbar gelagerte Kulissenrolle (204) durch die Nockenwelle (202) über die Nockenwellenrolle (207) und der Achse (205) angetrieben in der Kulisse (206) bewegt wird, wobei die Kontaktfläche (209) am Zw-ischenhebel (210) sich an der Steuerwelle (208) abstützt und über die Arbeitskurve (211) der Kipp- oder Schwinghebel (215) bewegbar ist, über den das Gaswechselventil (201) geöffnet wird und/oder schließbar ist, wobei eine
Phasenverschiebung zwischen der mit gleicher Drehzahl drehenden Nockenwelle (202) und der Steuerwelle (208) so vorgesehen ist, dass bei der variablen Ventilsteuerung für unterschiedliche Ventilhübe entweder der Ventilöffhungszeitpunkt oder der Ventilschließzeitpunkt für die unterschiedlichen Ventilhübe gleich ist und wobei an der Nockenwelle
(202) und/oder an der Steuerwelle (208) ein Phasenversteller zur Verstellung der Phasenlage der Ventilerhebungen des Gaswechselventils (201) vorgesehen ist.
26. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (202) zur Steuerwelle (208) den gleichen Drehsinn aufweist.
27. Variable mechanische Ventilsteuerung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (202) zur Steuerwelle (208) einen entgegengesetzten Drehsinn aufweist.
28. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn der Kulisse (206) durch einen Kreisbogen um einen Mittelpunkt einer Hebelrolle (13) und/oder ein erster Bereich der Arbeitskurve (211) durch einen Kreisbogen um einen Mittelpunkt der Kulissenrolle (204) gebildet wird.
29. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel (210) und/oder die Kipp- oder Schwinghebel (215) für die Ventilbetätigung unterschiedliche
Geometrien aufweisen und auf einer gemeinsamen Achse (205) gelagert sind.
30. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlass- und/oder Auslassventilen die entsprechenden Zwischenhebel (210) und/oder die Kipp- oder Schwinghebel (215) für die Ventilbetätigung unterschiedliche Geometrien aufweisen und auf unterschiedlichen Achsen (205) gelagert sind.
31. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenversteller nicht direkt an der Nockenwelle (202) oder an der Steuerwelle (208) vorgesehen ist, sondern vorzugsweise an einem Getriebe zwischen Nockenwelle (202) und Steuerwelle (208) angeordnet ist.
32. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer höheren Variabilität der Ventilerhebungen ein zusätzlicher Phasenversteller entweder an der Nockenwelle (202) oder an der Steuerwelle (208) oder an dem Zwischengetriebe (210) vorgesehen ist.
33. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Phasenlage der Nockenwelle (202) oder Steuerwelle (208) zueinander sich die Ventilöffhungszeitpunkte bzw. die Ventilschließzeitpunkte unterschiedlich einstellen.
34. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Nockenwelle (202) zur Steuerwelle (208) oder die Steuerwelle (208) zur Nockenwelle (202) oder beide gleichzeitig phasenverschiebbar sind.
35. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich des Ventilspiels zwischen Ventil und den Ventiltriebskomponenten ein mechanisches Ventilspielausgleichselement (216) oder ein hydraulischer Ventilspielausgleichsmechanismus vorgesehen ist.
36. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipp- oder Schwinghebel (215) über eine Verbindung, vorzugsweise eine Ventilbrücke, gleichzeitig zwei Gaswechselventile (201) betätigt.
37. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (209) des Zwischenhebels (210) Bestandteil einer drehbar im Zwischenhebel (210) gelagerten Rolle ist.
38. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmten geometrischen Stellungen der Bauteile des Übertragungsgetriebes der Nullhub eines Gaswechselventils (201) einstellbar ist und damit mindestens ein Gaswechselventil (201) je Zylinder stillgelegt ist.
39. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Verstellung der Einlassventile die Verstellung der Auslassventile voneinander getrennt und unterschiedlich erfolgt.
40. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (202) mindestens eine Sekundärerhebung (217) am Grundkreisdurchmesser der Nockenkontur aufweist, über die je Nockenwellenumdrehung ein zweites Öffnen und Schließen des Ein- und/oder Auslassventils erfolgt.
41. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur zusätzlichen unabhängigen Ventilhuböffnung und
Schließung je Nockenwellenumdrehung ein zweites Betätigungssystem für einen Sekundärhub vorgesehen ist, wobei durch das zweite Betätigungssystem die Ventilöffnung der Gaswechselventile (201) veränderlich und unabhängig von der Öffnung von einem Primärhub erfolgt.
42. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Zwischenhebels (210) bzw. des Kipp- oder Schwinghebels (215) Mittel zur Feineinstellung an den Achsen (212, 213, 205) sowie der Kulisse (206) vorgesehen sind.
43. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrien der Ventiltriebsbetätigung der Zwischenhebel (210), der Kipp- oder Schwinghebel (215), die Nockenkonturen der Nockenwelle (202) und/oder die Exzenter an der Steuerwelle (208) derart ausgebildet sind, dass unterschiedliche Ventilhübe benachbarter Ventile einstellbar sind.
44. Variable mechanische Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 25 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenhebel (210) durch mindestens eine Feder vorgespannt ist.
PCT/EP2006/001925 2005-03-03 2006-03-02 Variable mechanische ventilsteuerung einer brennkraftmaschine WO2006092312A1 (de)

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