AT521670A1 - Variable ventiltriebeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebeinrichtung (2) zur Betätigung zumindest eines durch einen Nocken (5) einer drehbar gelagerten Nockenwelle (4) betätigten Hubventiles (3) einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem um einen Auflagerpunkt (11) schwenkbaren Ventilhebel (6), wobei der Auflagerpunkt (11) durch eine Verstellvorrichtung (12), vorzugsweise stufenlos, zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position verstellbar ist, mit einer Stützeinrichtung (20) um den Ventilhebel (6) in einer Richtung quer zur Hubrichtung (H) des Hubventils (6) abzustützen. Die Stützeinrichtung (20) weist ein durch eine Führungsnut (21) gebildetes erstes Stützelement (22) und ein durch einen Führungskörper (23) gebildetes zweites Stützelement (24) auf, wobei der Führungskörper (23) in der Führungsnut (21) entlang einer Führungsachse (21a) geführt ist. Das eine Stützelement (22; 24) ist dabei gehäusefest ausgebildet und das andere Stützelement (24; 22) ist mit dem Ventilhebel (6) verbunden. Dadurch kann eine einfache, betriebssichere und platzsparende variable Ventilbetätigung großer Variabilität im Ventilhub realisiert werden.

Description

Z U S A M M E N F A S S U N G

Die Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebeinrichtung (2) zur Betätigung zumindest eines durch einen Nocken (5) einer drehbar gelagerten Nockenwelle (4) betätigten Hubventiles (3) einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem um einen Auflagerpunkt (11) schwenkbaren Ventilhebel (6), wobei der Auflagerpunkt (11) durch eine Verstellvorrichtung (12), vorzugsweise stufenlos, zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position verstellbar ist, mit einer Stützeinrichtung (20) um den Ventilhebel (6) in einer Richtung quer zur Hubrichtung (H) des Hubventils (6) abzustützen.

Die Stützeinrichtung (20) weist ein durch eine Führungsnut (21) gebildetes erstes Stützelement (22) und ein durch einen Führungskörper (23) gebildetes zweites Stützelement (24) auf, wobei der Führungskörper (23) in der Führungsnut (21) entlang einer Führungsachse (21a) geführt ist. Das eine Stützelement (22; 24) ist dabei gehäusefest ausgebildet und das andere Stützelement (24; 22) ist mit dem Ventilhebel (6) verbunden. Dadurch kann eine einfache, betriebssichere und platzsparende variable Ventilbetätigung großer Variabilität im Ventilhub realisiert werden.

Fig. 1 / 13

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Die Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebeinrichtung zur Betätigung zumindest eines durch einen Nocken einer drehbar gelagerten Nockenwelle betätigten Hubventiles einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem um einen Auflagerpunkt schwenkbaren Ventilhebel, wobei der Auflagerpunkt durch eine Verstellvorrichtung, vorzugsweise stufenlos, zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position verstellbar ist, mit einer Stützeinrichtung um den Ventilhebel in einer Richtung quer zur Hubrichtung des Hubventiles abzustützen.

An die Ventiltriebvorrichtungen von Brennkraftmaschinen werden je nach Betriebszustand unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei geringer Last ist es von Vorteil, wenn der Ventilhub geringer ist als bei hoher Last, um die Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern nicht nachteilig zu beeinflussen. Gleichzeitig gibt es Bedarf, die Ventilhubkurve variieren zu können, um das Öffnen und Schließen der als Hubventile ausgeführten Ein- und Auslassventile zu beeinflussen. Es sind daher im Stand der Technik verschiedene Lösungen für variable Ventiltriebe bekannt, um entsprechende Einflussmöglichkeiten bereit zu stellen.

Variable Ventilbetätigungseinrichtungen mit jeweils einem Ventilhebel, dessen Auflagerpunkt zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position verstellbar ist, sind aus den Veröffentlichungen CN 106 837 465 A, US 4,986,227 A, US 4,986,227 A oder US 5,791,306 A bekannt. Nachteilig ist, dass durch den Auflagerpunkt keine Kräfte quer zum Ventilschaft des Hubventils aufgenommen werden können, wodurch auf den Ventilschaft Kräfte in Querrichtung einwirken können. Dies kann den Verschleiß der Ventilführung erhöhen und die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflussen.

Die GB 2 451 448 A beschreibt eine variable Ventilbetätigungseinrichtung mit Ventilhebel mit verstellbarem Auflagerpunkt, wobei zur Positionierung des Ventilhebels und Aufnahme von Querkräften ein gehäusefester Stift vorgesehen ist, welcher in eine Nut an der Unterseite des Ventilhebels eingreift. Nachteilig ist, dass die Beweglichkeit des Ventilhebels in einer Richtung parallel zum Ventilschaft eingeschränkt wird.

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Die WO 93/21437 A1 offenbart eine variable Ventilbetätigungseinrichtung mit einem verstellbaren Auflager für einen Ventilhebel, wobei der Ventilhebel über eine Hebelanordnung gehalten wird. Der Ventilhebel ist dabei auf der Hebelanordnung drehbar gelagert. Die Hebelanordnung ist schwenkbar im Zylinderkopf gelagert. Diese Lösung ermöglicht zwar eine ausreichende Beweglichkeit des Ventilhebels in einer Richtung parallel zum Ventilschaft, beansprucht allerdings viel Platz und erhöht die Anzahl an Bauteilen.

Weiters ist aus der WO 2008/045716 A1 eine variable Ventilbetätigungseinrchtung mit einem Ventilhebel bekannt, welcher zwei Auflagerpunkte aufweist, die alternativ geschaltet werden können. Der Ventilhebel weist dabei ein Langloch auf, welches im Wesentlichen in Richtung der Zylinderachse ausgebildet ist. In dem Langloch ist ein Schaft geführt, welcher zwischen einer unteren Position und einer oberen Position verschoben werden kann. In der unteren Position des Ventilhebelschaftes bildet der Schaft das Auflager für den Ventilhebel - der Ventilhebel schwenkt also um den Schaft. Durch Verschieben des Schaftes in eine obere Position wird dieser als Auflagerpunkt deaktiviert - der Ventilhebel stützt sich an seiner Oberseite über eine Rolle durch einen zweiten Auflagerpunkt am Gehäuse ab. Dadurch kann das Verhältnis der Hebelarme des Ventilhebels zwischen zwei Werten verändert werden. Eine stufenlose Verstellung ist nicht möglich. Weiters ist es nachteilig, dass die Reaktionskräfte des Ventilhebels in Verschieberichtung des Schaftes auf diesen einwirken. Die Verstellvorrichtung des Schaftes muss somit die Lagerkräfte für den Ventilhebel aufbringen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfache, betriebssichere und platzsparende variable Ventilbetätigung großer Variabilität im Ventilhub bereitzustellen.

Ausgehend von einer variablen Ventilbetätigung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stützeinrichtung ein durch eine Führungsnut gebildetes erstes Stützelement und ein durch einen Führungskörper gebildetes zweites Stützelement aufweist, welcher Führungskörper in der Führungsnut entlang einer Führungsachse führbar ist, wobei das eine Stützelement gehäusefest ausgebildet und das andere Stützelement fest oder drehbar mit dem Ventilhebel verbunden ist.

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Die Stützeinrichtung hat die Aufgabe Kräfte, die in einer Richtung normal zur Hubrichtung des Hubventils auf den Ventilhebel einwirken, aufzunehmen und den Ventilhebel dagegen abzustützen. Quer zur Hubrichtung auf den Ventilhebel einwirkende Kräfte werden somit über die beiden Stützelemente an den Zylinderkopf übertragen. Somit wird das Hubventil nur in seiner Hubrichtung, also parallel zur Ventilachse, mit Kräften beaufschlagt. Dadurch können Biegebelastungen auf den Ventilschaft des Hubventils vermieden werden.

Die Führungsachse ist dabei günstiger Weise im Wesentlichen in Hubrichtung des Hubventils, also beispielsweise parallel zur Ventilachse des Hubventils, ausgebildet. Alternativ zu einer geraden Führungsachse kann auch eine gekrümmte Führungsachse und eine entsprechend gekrümmt verlaufende Führungsnut vorgesehen sein. Mit anderen Worten ist in einer Variante die Führungsachse mit einem gekrümmten Verlauf bzw. gekrümmt ausgebildet. Dadurch kann erreicht werden, dass der Abstand zwischen dem Angriffspunkt des Ventilhebels am Hubventil und der Führungsachse in jeder Position des Ventilhebels konstant bleibt, was sich positiv auf den Verschleiß und damit auf die Betriebssicherheit auswirkt.

Um eine unbehinderte Relativbewegung zwischen Führungskörper und Führungsnut zu gewährleisten ist zwischen dem Führungskörper und der Führungsnut ein definiertes Spiel vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Führungskörper durch eine drehbar gelagerte Führungsrolle gebildet ist. Dadurch können Reibungsverluste zwischen Führungskörper Führungsnut minimiert werden. In einer kompakten und verlustarmen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungsnut gehäusefest und der Führungskörper ventilhebelfest, beispielsweise als durch eine drehbar am Ventilhebel gelagerte Führungsrolle, ausgebildet sind.

Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Ventilbetätigungseinrichtung auf einer der Nockenwelle abgewandten Seite des Ventilhebels einen - vorzugsweise ebenen - gehäusefesten Abstützbereich aufweist. Weiters kann vorgesehen sein, dass der Ventilhebel auf der der Nockenwelle abgewandten Seite einen - vorzugsweise ebenen - Auflagerbereich aufweist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Auflagerbereich und der Abstützbereich in einer mit der Schließstellung des Hubventils korrespondierenden Lage des / 13

Ventilhebels parallel zueinander verlaufen. Ebene Auflager- und Abstützbereiche haben den Vorteil einer einfachen Fertigung.

In einer erfindungsgemäßen Ausführung ist vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung einen zwischen dem Abstützbereich und dem Auflagerbereich angeordneten Auflagerkörper aufweist, welcher in einer Richtung parallel zum Abstützbereich bewegbar ist. Dies erlaubt es die Hebelarme des Ventilhebels platzsparend und mit geringem Krafteinsatz zu verändern. Die Reibungsverluste können dabei minimiert werden, wenn der Auflagerkörper durch eine Auflagerrolle gebildet ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Auflagerrolle in einem parallel zum Abstützbereich verschiebbaren Verstellrahmen der Verstellvorrichtung drehbar gelagert ist.

Um ein Verklemmen des Auflagekörpers zwischen dem Abstützbereich und dem Auflagerbereich bei Betätigung der Verstellvorrichtung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn in zumindest einer Stellung des Ventilhebels - vorzugsweise in einer mit der Schließstellung des Hubventils korrespondierenden Ventilhebelstellung - der Auflagerkörper vom Abstützbereich und/oder vom Auflagerbereich beabstandet ist.

In einer besonders platzsparenden Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilhebel zumindest eine Kröpfung aufweist. Unter Kröpfung ist dabei eine winklige Abbiegung, also ein Versatz im Längenverlauf des Ventilhebels zu verstehen. Dadurch ist es möglich die Hebelform an bauliche Zwänge anzupassen, um möglichst wenig Bauraum in Anspruch zu nehmen.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand des in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventiltriebeinrichtung in einer axonometrischen Darstellung,

Fig. 2 die Ventiltriebeinrichtung ohne Ventilhebel in einem Schnitt in einer Normalebene auf die Nockenwelle, / 13

Fig. 3 die Ventiltriebeinrichtung samt Ventilhebel in diesem Schnitt in der

Normalebene auf die Nockenwelle und

Fig. 4 die Ventileinrichtung in einer schematischen Darstellung.

Die Figs. 1 bis 4 zeigen jeweils eine in einem Zylinderkopf 1 einer

Brennkraftmaschine angeordneten variablen Ventiltriebeinrichtung 2 zur Betätigung von zumindest einem als Hubventil 3 ausgeführten Gaswechselventil. Der Zylinderkopf 1 ist dabei jeweils nur ausschnittsweise dargestellt. Die Ventiltriebeinrichtung 2 weist eine Nockenwelle 4 mit zumindest einem Nocken 5 auf, welcher über einen Ventilhebel 6 das Hubventil 3 betätigt und in einer parallel zur Ventilachse 3a des Hubventils 3 verlaufenden Hubrichtung H auslenkt, wobei der Nocken 5 an einer an einem ersten Ende 7a des als Kipphebels ausgebildeten Ventilhebels 6 drehbar gelagerten Abnehmerrolle 8 angreift. Das zweite Ende 7b des Ventilhebels 6 wirkt über eine Ventilspiel-Einstellschraube 9 auf den Ventilschaft 10 des Hubventils 3 ein.

Der Ventilhebel 6 kann bei Betätigung durch die Nockenwelle 4 um einen variablen Auflagerpunkt 11 geschwenkt werden, wobei sich der Ventilhebel 6 im Wesentlichen parallel zur Hubrichtung H des Hubventils 3 am Zylinderkopf 1 abstützt. Der Auflagerpunkt 11 ist über eine Verstellvorrichtung 12 verstellbar.

Im Bereich einer der Nockenwelle 4 abgewandten Seite 6a des Ventilhebels 6 weist die Ventiltriebeinrichtung 2 einen durch den Zylinderkopf 1 gebildeten ebenen Abstützbereich 13 auf. Weiters weist der Ventilhebel 6 auf der der Nockenwelle 4 abgewandten Seite 6a einen ebenen Auflagerbereich 14 auf. Abstützbereich 13 und Auflagerbereich 14 sind in einer mit der Schließstellung des Hubventils 3 korrespondierenden Stellung -der Ruhelage des Ventilhebels 6 - parallel zueinander und verlaufen im Wesentlichen normal zur Ventilachse 3a.

Die Verstellvorrichtung 12 weist einen durch eine Auflagerolle 15 gebildeten Auflagekörper16 auf, welcher in einer Richtung parallel zum Abstützbereich 13 also etwa normal zur Ventilachse 3a - bewegbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Auflagerrolle 15 in einem parallel zum Abstützbereich 13 in Längsrichtung des Ventilhebels 6 verschiebbaren Verstellrahmen 17 der Verstellvorrichtung 12 drehbar gelagert. Um ein unbehindertes Verstellen des Auflagepunktes 11 zu ermöglichen, ist in der Ruhelage des Ventilhebels 6 zwischen der Auflagerolle 15 und dem / 13

Abstützbereich 13 oder dem Auflagerbereich 14 ein Spiel b vorgesehen (Fig. 3). Der Verstellrahmen 17 wird durch einen elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch wirkenden Aktuator 18 betätigt (Fig. 4). Beispielsweise kann der Aktuator 18 eine durch einen Elektromotor M angetriebene Spindel 26 aufweisen, welche am Verstellrahmen 17 angreift und damit die Auflagerolle 15 verschiebt (siehe Fig. 4).

Um den Ventilhebel 6 bei der Ventilbetätigung in einer Richtung quer zur Hubrichtung H des Hubventils 3 abzustützen, ist eine Stützeinrichtung 20 mit einem durch eine Führungsnut 21 gebildeten ersten Stützelement 22 und einem durch einen Führungskörper 23 gebildeten zweiten Stützelement 24 vorgesehen. Im in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Führungsnut 21 im Zylinderkopf 1 angeordnet. Der Führungskörper 23 ist durch eine am Ventilhebel 6 drehbar gelagerte Führungsrolle 25 gebildet. Der Führungskörper 23 wird dabei in der Führungsnut 21 entlang einer Führungsachse 21a geführt, welche im Wesentlichen in bzw. parallel zur Hubrichtung H verläuft. Die Führungsachse 21a und die Führungsnut 21 können dabei leicht gekrümmt ausgeführt sein, um zu gewährleisten, dass sich der Abstand zwischen dem Kontaktpunkt S der VentilspielEinstellschraube 9 mit dem Ventilschaft 10 und einem durch Bezugszeichen O angedeuteten Bezugspunktes des Führungskörpers 23 auf der Führungsachse 21a während der Bewegung des Ventilhebels 6 nicht ändert (siehe Fig. 3).

Der Ventilhebel 6 ist also in der gehäusefesten Führungsnut 21 geführt, um in Längsrichtung L des Ventilhebels 6 - also im Wesentlichen normal zur Ventilachse 3a - wirkende Kräfte abzustützen. Diese Führungsnut 21 ist vorteilhaft so ausgeführt, dass der Kontakt zwischen der Ventilspiel-Einstellschraube 9 und dem Ventilschaft 10 wenig bis keine Relativbewegungen (Gleitreibung) während des Ventilhubs aufweist. Die in Fig. 3 dargestellte Strecke OS bzw. der Abstand zwischen den mit Bezugszeichen O und S gekennzeichneten Punkten darf dabei ihre Länge nicht ändern. Je nach Neigung der Führungsachse 21a lässt sich der gewünschte Pfad des Ventilhebels 6 während des Ventilhubes vorgeben, wobei die Führungsnut 21 bzw. der Querschnitt der Führungsnut 21 nicht prismatisch sein muss, sondern durchaus auch eine Krümmung aufweisen kann.

Im Ausführungsbeispiel weist der Ventilhebel 6 eine Kröpfung 6b auf. Dadurch kann bei unveränderter Hubventillänge Bauraum eingespart werden. Im / 13

Ausführungsbeispiel hat die Auflagerolle 15 nur Kontakt mit dem Auflagerbereich 14 des Ventilhebels 6 und dem Verstellrahmen 17, welcher im Zylinderkopf 1 geführt ist. Zwischen dem Abstützbereich 13 des Zylinderkopfes 1 und der Auflagerolle 15 ist ein Spalt b ausgebildet (Fig. 3), wodurch die Auflagerolle 15 sich mit der Bewegung des Ventilhebels 6 drehen kann, ohne dabei Reibung am Zylinderkopf 1 zu erzeugen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Kontaktpunkt K zwischen der Abnehmerrolle 8 und dem Nocken 5 auf der dem Ventilhebel 6 abgewandten Seite einer durch die Nockenwellenachse 4a verlaufenden Motorhochebene ε - zwischen der Motorhochebene ε und dem Kontaktpunkt K ist somit ein positiver Abstand a (siehe Fig. 3) ausgebildet. Dadurch kann die Spreizung des möglichen Übersetzungsverhältnisses des Ventilhebels 6 positiv beeinflusst werden. Die durch die Nockenwellenachse 4a verlaufende Motorhochebene ε ist parallel zu zumindest einer (nicht weiter dargestellten) Zylinderachse der Brennkraftmaschine ausgebildet.

Mit der beschriebenen Ventiltriebeinrichtung 2 mit variablem Auflagerpunkt 11 kann der Ventilhub des Hubventils 3 kontinuierlich angepasst werden.

Claims (12)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E

   1. Variable Ventiltriebeinrichtung (2) zur Betätigung zumindest eines durch einen Nocken (5) einer drehbar gelagerten Nockenwelle (4) betätigten Hubventiles (3) einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem um einen Auflagerpunkt (11) schwenkbaren Ventilhebel (6), wobei der Auflagerpunkt (11) durch eine Verstellvorrichtung (12), vorzugsweise stufenlos, zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position verstellbar ist, mit einer Stützeinrichtung (20) um den Ventilhebel (6) in einer Richtung quer zur Hubrichtung (H) des Hubventils (6) abzustützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinrichtung (20) ein durch eine Führungsnut (21) gebildetes erstes Stützelement (22) und ein durch einen Führungskörper (23) gebildetes zweites Stützelement (24) aufweist, wobei der Führungskörper (23) in der Führungsnut (21) entlang einer Führungsachse (21a) führbar ist, wobei das eine Stützelement (22; 24) gehäusefest ausgebildet und das andere Stützelement (24; 22) mit dem Ventilhebel (6) verbunden ist.
2. 2. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (21) gehäusefest ausgebildet ist und der Führungskörper (23) mit dem Ventilhebel verbunden ist.
3. 3. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (23) durch eine drehbar gelagerte Führungsrolle (25) gebildet ist.
4. 4. Ventiltriebeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsachse (21a) einen zumindest abschnittsweise gekrümmten Verlauf aufweist.
5. 5. Ventiltriebeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventiltriebeinrichtung (2) auf einer der Nockenwelle (4) abgewandten Seite (6a) des Ventilhebels (6) einen vorzugsweise ebenen - gehäusefesten Abstützbereich (13) aufweist.
6. 6. Ventiltriebeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhebel (6) auf der der Nockenwelle (4)

   9 / 13 abgewandten Seite (6a) einen - vorzugsweise ebenen - Auflagerbereich (14) aufweist.
7. 7. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagerbereich (14) in zumindest einer Stellung des Ventilhebels (6) vorzugsweise in der Schließstellung des Hubventils (3) - parallel zum Abstützbereich (13) ausgebildet ist.
8. 8. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (12) einen zwischen dem Abstützbereich (13) und dem Auflagerbereich (14) angeordneten Auflagerkörper (16) aufweist, welcher in einer Richtung parallel zum Abstützbereich (13) bewegbar ist.
9. 9. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagerkörper (16) durch eine Auflagerrolle (15) gebildet ist.
10. 10. Ventiltriebeinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerrolle (15) in einem parallel zum Abstützbereich (13) verschiebbaren Verstellrahmen (17) drehbar angeordnet ist.
11. 11. Ventiltriebeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Stellung des Ventilhebels (6) vorzugsweise in der Schließstellung des Hubventils (3) - der Auflagerkörper (16) vom Abstützbereich (13) und/oder vom Auflagerbereich (14) beabstandet ist.
12. 12. Ventiltriebeinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhebel (6) zumindest eine Kröpfung (6b) aufweist.