DE10148177A1

DE10148177A1 - Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventiele eines 4-Takt-Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10148177A1
Application number: DE10148177A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Frank Himsel
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: DE10148177B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile (5) eines 4-Takt-Verbrennungsmotors mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A - eine Zahnwelle (1, 1') mit axialer Außenverzahnung (7, 7') und zumindest einem Nockenstück (2, 2') pro Zylinder (22, 22'), das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist und das verdrehfest und axial verschiebbar mit der Zahnwelle (1, 1') verbunden ist; DOLLAR A - das Nockenstück (2, 2') weist pro Gaswechselventil (5) zumindest zwei nebeneinander liegende Nocken (8, 9, 8', 9') mit unterschiedlichem Hub und gleichem Grundkreisdurchmesser sowie mit zwei am Umfang des Nockenstücks (2, 2') angeordneten, vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildeten Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') auf, deren vier Endstücke (14, 15) am Umfang des Nockenstücks (2, 2') auslaufen; DOLLAR A - gehäusefeste, radial zu dem Nockenstück (2, 2') hin bewegbare Aktuatorstifte (3, 3'), durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') das Nockenstück (2, 2') axial verschiebbar ist. DOLLAR A Der Platzbedarf der Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') und ihrer Aktuatorstifte (3, 3') wird dadurch verringert, daß die Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') aufgrund ihres geringen axialen Abstands sich kreuzen und einen einzigen Aktuatorstift (3, 3') für beide Verschieberichtungen aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile eines 4-Takt-Verbrennungsmotors, insbesondere nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für Gaswechselventile eines 4-Takt-Verbrennungsmotors beschrieben mit folgenden Merkmalen:

- Eine Zahnwelle mit axialer Außenverzahnung und zumindest einem Nockenstück pro Zylinder, das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist und das verdrehfest und axial verschiebbar mit der Zahnwelle verbunden ist;
- das Nockenstück weist pro Gaswechselventil zumindest zwei nebeneinander liegende Nocken mit unterschiedlichem Hub und gleichem Grundkreisdurchmesser sowie mit zwei am Umfang des Nockenstücks angeordneten, vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildeten Verschiebenuten auf, deren vier Endstücke am Umfang des Nockenstücks auslaufen;
- gehäusefeste, radial zu dem Nockenstück hin bewegbare Aktuatorstifte, durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten das Nockenstück axial verschiebbar ist.

Mit diesem Ventiltrieb können unterschiedliche Ventilhübe der Einlaßventile und damit ein Entdrosseln der Einlaßseite verwirklicht werden. Dadurch werden Teillastverbrauch und Schadstoffemission, insbesondere von Ottomotoren, gesenkt.

An beiden Enden des vorgegebenen Nockenstücks ist je eine Verschiebenut mit je zwei Aktuatorstiften angeordnet. Zusätzlich sind die beengten Platzverhältnisse und der Bauaufwand durch die mindestens doppelte Anzahl der Nocken pro Gaswechselventil bedingt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Platz- und Bauaufwand eines gattungsgemäßen Ventiltriebs für die Gaswechselventile eines 4-Takt- Verbrennungsmotors zu verringern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Durch den geringen Abstand und das daraus folgende sich Kreuzen der Verschiebenuten ist deren axialer Platzbedarf auf den einer einzigen reduziert. Da zur Steuerung der axialen Bewegung der Nockenstücke nur ein Aktuatorstift genügt, ist der Bauaufwand für den erfindungsgemäßen Ventiltrieb erheblich reduziert.

Für eine sichere Führung des Aktuatorstifts in den Verschiebenuten ist es von Vorteil, daß diese neben den äußeren Führungswänden einen mittigen Führungssteg außerhalb ihres Kreuzungsbereichs aufweisen.

Es hat Vorteile, daß die Zahnwelle in Zahnwellenlagern zwischen den Zylindern gelagert ist. Auf diese Weise ist ausreichend Platz für ein ungeteiltes Nockenstück, das beide Gaswechselventile beaufschlagt.

Von Vorteil ist auch, daß die Nocken des Nockenstücks jeweils ein Nockenpaar mit gleicher Anordnung der Nocken bilden und, daß die Verschiebenuten zwischen beiden Nockenpaaren angeordnet sind. Dadurch wird eine besonders kompakte Anordnung von Nocken und Verschiebenuten erzielt, die eine großzügige Dimensionierung beider erlaubt. Die beiden Nockenpaare mit ihren vier Nocken können auch mehr als nur zwei verschiedene Nocken aufweisen.

Für eine einfache Herstellung der Verschiebenuten ist es von Vorteil, wenn diese nur äußere Führungswände aufweisen. Diese Lösung ist möglich, da aufgrund der Massenträgheit des Nockenstücks bei einer Lageänderung desselben der Aktuatorstift ohnedies nur an den äußeren Führungswänden anliegt. Dadurch erübrigt sich im Regelfall ein mittiger Führungssteg.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß für eine andere Zahnwelle ein anderes Zahnwellenlager vorgesehen ist, das in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines anderen Zylinders angeordnet ist, wobei zu beiden Seiten des anderen Zahnwellenlagers je ein anderes Nockenstück vorgesehen ist. Zudem sind die anderen Nockenstücke zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet und weisen je ein lagernahes Nockenpaar sowie je zwei lagerferne Verschiebenuten auf. Der geringe Abstand zwischen den Nocken und dem Zahnwellenlager führt zur geringstmöglichen Biegebelastung der anderen Zahnwelle und damit zu einem steifen Ventiltrieb.

Die Variabilität der erfindungsgemäßen Lösung besteht auch darin, daß die anderen Nockenstücke durch die anderen Aktuatorstifte unabhängig voneinander betätigbar sind. Die zwei voneinander unabhängig verstellbaren Nockenstücke bieten die Möglichkeit, den Hub eines jeden Einlaßventils eines Zylinders einzeln zu verstellen. Bei einem Zylinder mit zwei Einlaßventilen kann man auf diese Weise durch einen unterschiedlichen Nockenhub der beiden Einlaßventile z. B. einen Luftdrall im Zylinder erzeugen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die anderen Vollhubnocken unterschiedlich große Vollhübe und die anderen Teilhubnocken unterschiedlich große Teilhübe aufweisen. Wenn z. B. alle vier Einlaßnocken eines Zylinders unterschiedlich sind, ist ein vierstufiger Ventiltrieb möglich. Falls die Vollhub- und Teilhubnocken der beiden Einlaßventile jeweils gleich sind, ist eine Dreistufigkeit möglich, nämlich: groß/groß; klein/klein und groß/klein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der dazugehörigen Zeichnung, auf der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Zahnwelle, die in Zahnwellenlagern zwischen den Zylindern gelagert ist und die zwischen den Zahnwellenlagern ein Nockenstück mit zwei Nockenpaaren und zwei Verschiebenuten sowie einem Aktuatorstift aufweist;
Fig. 2 eine andere Zahnwelle mit einem anderen Zahnwellenlager in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines Zylinders und beidseits des anderen Zahnwellenlagers je ein anderes Nockenstück, mit je zwei anderen Nockenpaaren und je zwei anderen Verschiebenuten sowie je einem dazugehörigen Aktuatorstift.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Bei dem vorliegenden 4-Takt-Verbrennungsmotor handelt es sich um einen Otto-Motor mit getrennter Einlaß- und Auslaßnockenwelle sowie zwei Einlaß- und Auslaßventilen pro Zylinder, der einen Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung aufweist.
Fig. 1 zeigt einen Teil des Ventiltriebs eines der Zylinder 22. Dazu gehören unter anderem eine Zahnwelle 1 mit einem Nockenstück 2, ein Aktuatorstift 3, zwei Nockenfolger 4 und zwei Gaswechselventile 5.
Die Zahnwelle 1 ist in zwei Zahnwellenlagern 6 gelagert, die zwischen den Zylindern 22 angeordnet sind. Sie weist außerhalb der Zahnwellenlager 6 eine axiale Außenverzahnung 7 auf. Eine zu dieser passende axiale Innenverzahnung des Nockenstücks 2 verbindet dieses verdrehfest, aber axial verschiebbar mit der Zahnwelle 1.
Im Bereich der beiden Enden des Nockenstücks 2 befindet sich je ein Vollhubnocken 8 und ein Teilhubnocken 9. Diese besitzen unterschiedlichen Nockenhub, aber gleichen Grundkreisdurchmesser. Der unterschiedliche Nockenhub dient der Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse des Motors, der gleiche Grundkreisdurchmesser ermöglicht ein axiales Verschieben der Nocken 8, 9 in deren Grundkreisphase. Die beiden Nocken 8, 9 bilden zusammen je ein Nockenpaar 10 mit gleicher Nockenfolge.
Zwischen den Nockenpaaren 10 befindet sich ein zylindrischer Abschnitt 11 des Nockenstücks 2 mit einer ersten und zweiten Verschiebenut 12, 13. Diese bewirken in Verbindung mit dem Aktuatorstift 3 ein axiales Verschieben des Nockenstücks 2 zwischen den Arbeitsstellungen der Nocken 8, 9. Deshalb sind die Verschiebenuten 12, 13 vorzugsweise spiegelsymmetrisch, d. h. mit gegenläufiger Steigung ausgebildet. Das Steigungsmaß ist so gewählt, daß das Nockenstück 2 bei einer Umdrehung um den Abstand der Nocken 8, 9 in die eine oder andere Richtung verschoben wird.
Die Verschiebenuten 12, 13 enden in vier paarweise parallel nebeneinander angeordneten Endstücken 14, 15, von denen in Fig. 1 zwei dargestellt sind. Die übrigen Endstücke 15, 14 befinden sich auf der nicht dargestellten Seite des zylindrischen Abschnitts 11. Deren Bezugszeichen sind in Fig. 1 in Klammern gesetzt.
Während die Verschiebenuten 12, 13 eine konstante Tiefe aufweisen, laufen deren Endstücke 14, 15 am Umfang des zylindrischen Abschnitts 11 aus.
Da die Verschiebenuten 12, 13 unmittelbar nebeneinander liegen und nur durch einen mittigen Führungssteg 21 getrennt sind, müssen diese sich kreuzen. Der Kreuzungsbereich 18 liegt auf halber Länge der Verschiebenuten 12, 13. Auf der Gegenseite des zylindrischen Abschnitts 11 befinden sich deren Endstücke 14, 15, die sich aufgrund der gekreuzten Anordnung der Verschiebenuten 12, 13 immer paarweise gegenüberliegen.
Ausgelöst wird die Hin- und Herbewegung des Nockenstücks 2 durch das Eingreifen des Aktuatorstifts 3 in eine der Verschiebenuten 12, 13.
Der Aktuatorstift 3 selbst sitzt in einem nicht dargestellten, zylinderkopffesten Aktuatorstiftgehäuse. Er ist radial auf die Verschiebenuten 12, 13 des Nockenstücks 2 gerichtet.
Die Nocken 8, 9 treiben über Rollen 19 von Nockenfolgern 20 die Gaswechselventile 5 an. Bei den Nockenfolgern 20 handelt es sich um konventionelle Schlepp- oder Schwinghebel. Es sind aber auch Kipphebel oder Tassenstößel denkbar.
Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Teil des Ventiltriebs eines anderen Zylinders 22'. Dazu gehören unter anderem eine andere Zahnwelle 1', mit zwei anderen Nockenstücken 2' und zwei andere Aktuatorstifte 3'. Der Ventiltrieb der Fig. 2 hat die gleiche Funktion wie der Ventiltrieb von Fig. 1, besitzt jedoch eine modifizierte konstruktive Ausbildung.
Bei der anderen Zahnwelle 1' kann es sich um eine solche für Ein- oder Auslaßventile handeln. Sie ist in einem anderen Zahnwellenlager 6' gelagert, das in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen 5 eines der anderen Zylinder 22' angeordnet ist. Dadurch wird im Vergleich zur Zahnwellenlagerung zwischen den Zylindern 22 ein geringeres Biegemoment auf die andere Zahnwelle 1' ausgeübt, was zu einem steiferen Ventiltrieb führt.
Außerhalb des anderen Zahnwellenlagers 6' weist die anderen Zahnwelle 1' eine andere axiale Außenverzahnung 7' auf, die zu der axialen Innenverzahnung der beiden anderen Nockenstücke 2' paßt, die auf diese Weise verdrehfest, aber axial verschiebbar mit der anderen Zahnwelle 1' verbunden sind.
Die anderen Nockenstücke 2' sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildet. An ihrem lagerseitigen Ende sind je ein anderer Vollhubnocken 8' und ein anderer Teilhubnocken 9' angeordnet, die unterschiedlichen Nockenhub, aber gleichen Grundkreisdurchmesser aufweisen. Sie beaufschlagen eine andere Rolle 19' eines nicht dargestellten Nockenfolgers.
Am lagerfernen Ende der anderen Nockenstücke 2' sind je eine andere erste und zweite Verschiebenut 12', 13' angeordnet, in die abwechselnd ein je anderer Aktuatorstift 3' eingreifen kann.
Auch die anderen Verschiebenuten 12', 13' sind unmittelbar nebeneinander angeordnet und kreuzen sich in einem anderen Kreuzungsbereich 18'. Dadurch verringert sich der Platzbedarf beider anderer Verschiebenuten 12', 13' auf den einer einzigen, was der Breite des anderen Zahnwellenlagers 6' und der anderen Nocken 8', 9' zugute kommt.
Im Gegensatz zu den Verschiebenuten 12, 13 der Fig. 1 fehlt den anderen Verschiebenuten 12', 13' ein mittiger Führungssteg. Dadurch wird deren Fertigung vereinfacht. Aufgrund der Massenträgheit der anderen Nockenstücke 2' legen sich diese nach Einfahren der anderen Aktuatorstifte 3' in die anderen Verschiebenuten 12', 13' an deren anderen, äußeren Führungswänden 16', 17' an. Dabei wechseln die anderen Aktuatorstifte 3' im anderen Kreuzungsbereich 18' die Anlage zwischen den anderen äußeren Führungswänden 16' und 17'. Selbstverständlich können die Verschiebenuten 12, 13 der Fig. 1 bei der Fig. 2 und umgekehrt angewendet werden.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb funktioniert folgendermaßen:
Bei hoher Last und Drehzahl des Motors sind die Vollhubnocken 8, 8' im Eingriff und sorgen für die dann erforderlichen großen Zeitquerschnitte der Gaswechselventile 5. Bei geringer Last und Drehzahl ist es vorteilhafter, mit dem kleineren Zeitquerschnitt der Teilhubnocken 9, 9' zu arbeiten. Das Umschalten zwischen den beiden Nocken 8, 9 bzw. 8', 9' wird durch Einfahren des Aktuatorstiftes 3 bzw. der anderen Aktuatorstifte 3' in die jeweils unter denselben liegenden Verschiebenuten 12, 13, bzw. 12',13' eingeleitet. Das Verschieben der Nocken 8, 9 bzw. 8', 9' geschieht während einer Schaltumdrehung des Nockenstücks 2, 2' in der gemeinsamen Grundkreisphase der beiden Nocken 8, 9 bzw. 8', 9'. Nach dieser Schaltumdrehung gelangen die Aktuatorstifte 3, 3' über die Endstücke der Verschiebenuten 12, 13, 12', 13' in ihre Ausgangsposition zurück, wo die Aktuatorstifte 3, 3' bis zum erneuten Einfahren in die jeweils andere Verschiebenut 12, 13, 12', 13' verharren, um einen neuerlichen Wechsel der Nockenposition einleiten zu können. Bezugszahlenliste 1 Zahnwelle
1' andere Zahnwelle
2 Nockenstück
2' anderes Nockenstück
3 Aktuatorstift
3' anderer Aktuatorstift
4 Nockenfolger
5 Gaswechselventil
6 Zahnwellenlager
6' anderes Zahnwellenlager
7 axiale Außenverzahnung
7' andere axiale Außenverzahnung
8 Vollhubnocken
8' anderer Vollhubnocken
9 Teilhubnocken
9' anderer Teilhubnocken
10 Nockenpaar
10' anderes Nockenpaar
11 zylindrischer Abschnitt
12 Verschiebenut
12' andere Verschiebenut
13 Verschiebenut
13' andere Verschiebenut
14 Endstück
15 Endstück
16 äußere Führungswand
16' ändere äußere Führungswand
17 äußere Führungswand
17' ändere äußere Führungswand
18 Kreuzungsbereich
18' anderer Kreuzungsbereich
19 Rolle
19' andere Rolle
20 Nockenfolger
21 mittiger Führungssteg
22 Zylinder
22' anderer Zylinder

Claims

1. Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile (5) eines 4- Takt-Verbrennungsmotors mit folgenden Merkmalen:

- eine Zahnwelle (1, 1') mit axialer Außenverzahnung (7, 7') und zumindest einem Nockenstück (2, 2') pro Zylinder (22, 22'), das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist und das verdrehfest und axial verschiebbar mit der Zahnwelle (1, 1') verbunden ist;

- das Nockenstück (2, 2') weist pro Gaswechselventil (5) zumindest zwei nebeneinander liegende Nocken (8, 9, 8', 9') mit unterschiedlichem Hub und gleichen Grundkreisdurchmesser sowie mit zwei am Umfang des Nockenstücks (2, 2') angeordneten, vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildeten Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') auf, deren vier Endstücke (14, 15) am Umfang des Nockenstücks (2, 2') auslaufen;

- gehäusefeste, radial zu dem Nockenstück (2, 2') hin bewegbare Aktuatorstifte (3, 3'), durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') das Nockenstück (2, 2') axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (12, 13, 12', 13') aufgrund ihres geringen axialen Abstands sich kreuzen und einen einzigen Aktuatorstift (3, 3') für beide Verschieberichtungen aufweisen.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (12, 13) äußere Führungswände (16, 17) und außerhalb ihres Kreuzungsbereichs (18) einen mittigen Führungssteg (21) aufweisen.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnwelle (1) in Zahnwellenlagern (6) zwischen den Zylindern (22) gelagert ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (8, 9) des Nockenstücks (2) jeweils ein Nockenpaar (10) mit gleicher Anordnung der Nocken (8, 9) bilden und daß die Verschiebenuten (12, 13) zwischen beiden Nockenpaaren (10) angeordnet sind.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Verschiebenuten (12', 13') nur äußere Führungswände (16', 17') aufweisen.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für eine andere Zahnwelle (1') ein anderes Zahnwellenlager (6') vorgesehen ist, das in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines anderen Zylinders (22') angeordnet ist.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des anderen Zahnwellenlagers (6') je ein anderes Nockenstück (2') angeordnet ist.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Nockenstücke (2') vorzugsweise zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet sind, mit je einem lagernahen, aus den anderen Nocken (8', 9') bestehenden, anderen Nockenpaar (10') und mit den je zwei anderen Verschiebenuten (12', 13'), die sich an das andere Nockenpaar (10') anschließen.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Nockenstücke (2') durch die anderen Aktuatorstifte (3') unabhängig voneinander betätigbar sind.

10. Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Vollhubnocken (8') unterschiedlich große Vollhübe und die anderen Teilhubnocken (9') unterschiedlich große Teilhübe aufweisen.