DE102006004935A1

DE102006004935A1 - Variabler Ventiltrieb zur Veränderung von Steuerzeiten nockenbetätigter Gaswechselventile

Info

Publication number: DE102006004935A1
Application number: DE102006004935A
Authority: DE
Inventors: Donald Troy Haefner; Florin Canton Bugescu
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US7380531B2; US20060219198A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein variabler Ventiltrieb zur Veränderung von Steuerzeiten nockenbetätigter Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit einem Stößel (6a, 6b, 6c), der mit einer konvexen Nockenabgriffskontur (5) einen Nocken (4a, 4b, 4c) einer Nockenwelle (3a, 3b, 3c) abgreift und längsbeweglich in einer drehbar gelagerten Stößelführung (7a, 7b, 7c) geführt ist, deren Drehwinkel (9) zur Veränderung der Steuerzeiten einstellbar ist. Dabei soll die Stößelführung (7a, 7b, 7c) um eine zu einer Längsachse (2) der Nockenwelle (3a, 3b, 3c) parallele Drehachse (8) drehbar gelagert sein.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb zur Veränderung von Steuerzeiten eines oder mehrerer nockenbetätigter Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb weist einen Stößel auf, der mit einer konvexen Nockenabgriffskontur einen Nocken einer Nockenwelle abgreift und längsbeweglich in einer drehbar gelagerten Stößelführung geführt ist, deren Drehwinkel zur Veränderung der Steuerzeiten einstellbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Ventiltrieb geht aus der als gattungsbildend betrachteten US-Patentschrift US 6,155,216 hervor. In dieser Schrift erfolgt die Veränderung der Steuerzeiten nicht, wie sonst üblich, durch Winkelverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle mittels eines Nockenwellenverstellers, sondern durch Ändern des Berührpunktwinkels einer Nockenabgriffskontur eines Stößels relativ zu einem Nocken der Nockenwelle.

Die zitierte Schrift schlägt hierzu eine in der Brennkraftmaschine drehbar gelagerte und im Drehwinkel einstellbare Stößelführung mit einer exzentrischen Öffnung zur längsbeweglichen Lagerung des Stößels vor. Bei Drehung der Stößelführung um ihre Längsachse verfährt der Stößel auf einer kreisförmigen Bahn, deren Radius -in einer Projektion in Stößellängsrichtung betrachtet- der Exzentrizität der Öffnung entspricht. Da die Nockenabgriffskontur des Stößels gleichzeitig einen Radius aufweist, beschreibt der Bahnverlauf des Berührpunktes zwischen Nocken und Nockenabgriffskontur -in einer Projektion in Längsachse der Nockenwelle betrachtet- gleichzeitig einen Kreisbogen. Da der Bahnverlauf die Summe der möglichen Berührpunkte zwischen Stößel und Nocken repräsentiert, entspricht der vom Kreisbogen eingeschlossene Winkel einer auf die Nockenwelle bezogenen Änderung der Steuerzeiten des von diesem Stößel betätigten Gaswechselventils.

Demnach lässt sich dieses Prinzip sehr vorteilhaft bei einer nockenselektiven Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einsetzen. Dies betrifft insbesondere Brennkraftmaschinen mit nur einer einzigen Nockenwelle, auf der die. Nocken zur Betätigung von Einlassventilen und von Auslassventilen gemeinsam angeordnet sind. Denn für die Fälle, bei denen die Steuerzeiten nur von Einlassventilen oder nur von Auslassventilen oder von Einlassventilen und Auslassventilen unabhängig voneinander verändert werden sollen, ist die alleinige Verwendung eines herkömmlichen Nockenwellenverstellers nicht zielführend.

Die in der zitierten Schrift vorgeschlagene geometrische Umsetzung dieses Prinzips weist dennoch einige gravierende Nachteile auf. Zum einen nimmt die Exzentrizität des Stößels in der Stößelführung mit der maximal zur erzielenden Änderung der Steuerzeiten zu, so dass der sich auch in Längsrichtung der Nockenwelle erstreckende Bahnverlauf des Berührpunkts zu einer beträchtlichen Zunahme der erforderlichen Nockenbreite führt. Der Nockenbreite sind jedoch bei modernen und kompakt bauenden Ventiltrieben und insbesondere bei mehrventiligen Brennkraftmaschinen enge Grenzen gesetzt, so dass die vorge schlagene Methode aufgrund der dann eingeschränkten Exzentrizität der Stößelführung nur einen kleinen Teil des geometrisch möglichen Potenzials zur Veränderung der Steuerzeiten ausschöpfen kann. Zum anderen weist der Stößel häufig eine Nockenrolle als reibungsarme Nockenabgriffskontur zum Nocken auf. Aus diesem Grund ist der Stößel gegen Verdrehen um seine Längsachse zu sichern und erfordert aufgrund der von ihm beschriebenen Bahnkunve eine hochkomplex ausgebildete Verdrehsicherung, die dieser Bahnkurve unter Einschränkung der rotativen Freiheitsgrade des Stößels folgt. Als Beispiel für den zu betreibenden Aufwand bei der Umsetzung einer dafür geeigneten Verdrehsicherung sei auf die US 2004/0065282 A1 verwiesen.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen variablen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, der eine möglichst große Veränderung der Steuerzeiten ermöglicht und bei dem die vorgenannten Nachteile beseitigt sind.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stößelführung um eine zu einer Längsachse der Nockenwelle parallele Drehachse drehbar gelagert ist. Durch diese einfach umzusetzende Maßnahme ist es möglich, die Nockenbreite für einen solchen Ventiltrieb bei gleichzeitig großer maximaler Änderung der Steuerzeiten unverändert schmal zu lassen. Außerdem kann eine ggf. erforderliche Verdrehsicherung des Stößels auf bewährten Konzepten aufbauen, da eine Stößelbewegung in Längsrichtung der Nockenwelle nicht mehr auftritt.

Eine Sicherung des Stößels gegen Verdrehen um seine Längsachse ist in dem Fall zwingend notwendig, wenn der Stößel zur Reibungsreduzierung des Ventiltriebs als außenzylindrischer Rollenstößel mit einer drehbar und wahlweise wälzgelagerten Rolle als konvexe Nockenabgriffskontur ausgebildet ist. Dabei kann der Rollenstößel zur Betätigung einer Stößelstange dienen, die von einer kalottenförmigen, an einem nockenfernen Endabschnitt befindlichen Einformung des Rollenstößels gelenkig aufgenommen ist. Solche Stößelstangen-Ventiltriebe kommen besonders bevorzugt bei mehrzylindrigen und großvolumigen V-Motoren mit einer einzigen, im Kurbelgehäuse gelagerten Nockenwelle zum Einsatz. Aber auch Rollenstößel, die beispielsweise einen Kipphebel ohne dazwischen angeordneter Stößelstange direkt betätigen, sollen vom Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.

Zur Verdrehsicherung des Rollenstößels eines Stößelstangen-Ventiltriebs soll zumindest eine an dem nockenfernen Endabschnitt des Rollenstößels angeformte Außenabflachung dienen, die in einer zur Drehachse senkrechten Querebene verläuft. Der Rollenstößel kann mit Hilfe dieser Maßnahme formschlüssig gegen Verdrehung um seine Längsachse beispielsweise dadurch gesichert werden, dass ein mit der Brennkraftmaschine starr verbundenes Verdrehsicherungsbauteil den Endabschnitt des Rollenstößels so umfasst, dass eine in dem Verdrehsicherungsbauteil angeformte Innenabflachung mit der Außenabflachung gleitend zusammenwirkt. Bei der Gestaltung des Verdrehsicherungsbauteil ist jedoch ein geeigneter Freigang des Rollenstößels aufgrund seiner Drehung um die Drehachse zu berücksichtigen.

In einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stößel eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung mit einem entweder als so genanntes Reverse-Spring-Ventil oder als so genanntes Freeball-Ventil ausgebildeten Rückschlagventil aufweist. Diese Bauweisen hydraulischer Ventilspielausgleichsvorrichtungen sind als solche der Fachwelt bekannt und brauchen daher an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben zu werden. Es werden dennoch kurz deren Grundzüge erläutert, da sie für eine hohe Änderungsgeschwindigkeit der Steuerzeiten des erfindungsgemäßen Ventiltriebs eine entscheidende Rolle spielen können. Eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung umfasst grundsätzlich einen Ausgleichskolben, der einen verschließbaren Arbeitsraum sowie einen zur Versorgung des Arbeitsraums dienenden Vorratsraum begrenzt. Der Arbeitsraum und der Vorratsraum sind über ein im Ausgleichskolben angeordnetes Rückschlagventil hydraulisch miteinander verbun den. Dabei dient ein üblicherweise als Kugel ausgebildeter Verschlusskörper des Rückschlagventils zum druckdichten Verschließen des Arbeitsraums, damit das Gaswechselventil dem Nockenhub idealerweise vollständig folgen kann. Zu diesem Zweck ist der Verschlusskörper mit einem meist als Schraubendruckfeder ausgeführten Federmittel in Richtung seiner Schließstellung beaufschlagt, um Hubverluste des Gaswechselventils, die bei einem erst mit Hubbeginn des Nockens einsetzenden Schließvorgang des Verschlusskörpers aufgrund am Schließkörper vorbeiströmenden Hydraulikmittels auftreten können, zu vermeiden. Dies hat jedoch andererseits die Gefahr zur Folge, dass auch ungewollte Unebenheiten in der Nockenkontur in eine Hubbewegung des Gaswechselventils umgesetzt werden. Solche Unebenheiten, wie sie beispielsweise durch Schleifformfehler des Nockens oder dynamische Verlagerungen der Nockenwelle hervorgerufen werden, können dann im Grundkreisbereich des Nockens zu einem unerwünschten Öffnen des Gaswechselventils mit den bekannten negativen Folgen hinsichtlich des Ladungswechsel- und Brennverlaufs sowie der mechanischen Triebwerksbelastung führen.

Unter diesen Umständen kann die Verwendung eines Reverse-Spring-Ventils oder Freeball-Ventils als Rückschlagventil hilfreich sein. Bei diesen Bauarten entfällt die Kraftbeaufschlagung des Schließkörpers in Richtung seiner Schließstellung. Demnach wird der Schließkörper in erster Linie lediglich durch Strömungskräfte des ihn umströmenden Hydraulikmittels in seine Schließstellung verlagert und durch hydraulische Druckkräfte dort gehalten. Insofern kommt es bei einem einsetzenden Nockenhub erst zu einer Verkürzung des Arbeitsraums, bevor der Schließkörper vollständig seine Schließstellung erreicht hat und den Arbeitsraum abdichtet. Der so erzeugte kontrollierte Hubverlust kann dadurch noch gesteigert werden, dass der Schließkörper durch ein Federmittel entgegen der Schließstellung beaufschlagt wird, um die resultierenden in Schließstellung wirkenden Kräfte zu reduzieren und folglich die Dauer des Schließvorgangs zu verlängern. In diesem Fall wird das Rückschlagventil als Reverse-Spring-Ventil bezeichnet, während das Freeball-Ventil kein Federmittel aufweist.

Aufgrund der vorbeschriebenen Eigenschaften können sich sowohl Reverse-Spring-Ventile als auch Freeball-Ventile ebenfalls hervorragend zur Kompensation von Auswirkungen kinematischer Eigenschaften des erfindungsgemäßen Ventiltriebs auf die hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung des Stößels eignen. Dies hängt in erster Linie mit der -in Längsachse der Nockenwelle betrachtet- kreisbogenförmigen Bahnkurve des Berührpunkts zwischen Nocken und Nockenabgriffskontur des Stößels zusammen, wodurch sich die Einbaulänge des Stößels mit dem Abstand zwischen Nockenabgriffskontur und Ausgleichskolben bei Veränderung der Steuerzeiten verändert. Ein der veränderten Einbaulänge des Stößels entsprechender Ausgleichsweg führt bekanntlich zu einer Verlängerung oder Verkürzung des Arbeitsraums. Während es eine Eigenschaft von hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtungen ist, eine vergrößerte Einbaulänge des Stößels durch Verlängerung des Arbeitsraums unmittelbar zu kompensieren, ist umgekehrt aufgrund der Funktion des Rückschlagventils eine schnelle Verkürzung des Arbeitsraums üblicherweise nur eingeschränkt möglich. Insofern wären einer hohen Änderungsgeschwindigkeit der Steuerzeiten des hier vorliegenden Ventiltriebs zur Vermeidung des unerwünschten Öffnen des Gaswechselventils Grenzen gesetzt. Diese Grenzen lassen sich besonders vorteilhaft durch den Einsatz eines Freeball-Ventils oder Reverse-Spring-Ventils erweitern, da diese Rückschlagventile zu der erläuterten widerstandsarmen Verkürzung des Arbeitsraums bei Hubbeginn des Nockens führen.

Bei einer ersten zweckmäßigen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stößelführung als Innenteil eines Kugelgelenks ausgebildet ist. Das Kugelgelenk kann so gestaltet sein, dass es einen an einer Außenmantelfläche der Stößelführung ausgebildeten Kugelabschnitt sowie den Kugelabschnitt drehbar lagernde Lagerringe umfasst. Die Lagerringe verlaufen in Längsrichtung einer die Stößelführung umgebenden Ausnehmung der Brennkraftmaschine zu beiden Seiten der Drehachse auf Kleinkreisen des Kugelabschnitts und sind an der Ausnehmung zumindest in deren Längsrichtung fixiert.

In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgeschlagen, die Stö ßelführung mit einem zentralen Längsabschnitt in einer transversalen Durchgangsöffnung eines Stößelführungsträgers anzuordnen. Dieser ist um die zur Längsachse der Nockenwelle parallel verlaufende Drehachse mit einstellbarem Drehwinkel drehbar gelagert. Dabei ist die Stößelführung mit dem Stößelführungsträger in Drehrichtung um die Drehachse im wesentlichen spielfrei verbunden.

Diese Ausführungsvariante kann sich besonders gut für eine Modulbauweise mit reduzierter Bauteileanzahl eignen, bei der eine Gruppe von Stößelführungen vom Stößelführungsträger aufgenommen und gemeinsam verdreht wird. Hierzu ist der Stößelführungsträger mit einer zylindrischen Außenmantelfläche von einer zylindrischen Innenmantelfläche eines Trägerrohrs drehbar gelagert aufgenommen. Ein Freigang der Stößelführung bei deren Verdrehung um die Drehachse ist dadurch gewährleistet, dass das Trägerrohr transversal und langlochartig ausgebildete Öffnungen aufweist, in denen den zentralen Längsabschnitt umgebende Nachbarabschnitte der Stößelführung um die Drehachse frei drehbar sind.

Zur Aufnahme einer weiteren Stößelführung, in der ein weiterer Stößel längsbeweglich gelagert ist und die nicht oder nicht gemeinsam mit der erstgenannten Stößelführung verdreht werden soll, weist der Stößelführungsträger eine transversal verlaufende weitere Durchgangsöffnung auf. Diese ist langlochartig so ausgebildet, dass der Stößelführungsträger um den zentralen Längsabschnitt der weiteren Stößelführung in Drehrichtung um die Drehachse frei drehbar ist. Eine Fixierung der weiteren Stößelführung in Umfangsrichtung des Trägerrohrs erfolgt derart, dass deren den zentralen Längsabschnitt umgebende Nachbarabschnitte von transversal verlaufenden weiteren Öffnungen des Trägerrohrs so umschlossen sind, dass die weitere Stößelführung in Drehrichtung um die Drehachse im wesentlichen spielfrei mit dem Trägerrohr verbunden ist.

Die zweite Ausführungsvariante ist zur Steigerung der Variabilität des Ventiltriebs weiterhin dadurch ausbaubar, dass das Trägerrohr in der Brennkraftmaschine um die Drehachse drehbar gelagert ist und einen vom Drehwinkel des Stößelführungsträgers unabhängig einstellbaren Drehwinkel aufweist. Durch diese Maßnahme ist ein einfach aufgebautes Modul geschalten, das den Stößelführungsträger, das Trägerrohr und im Drehwinkel unabhängig voneinander einstellbare Stößelführungen umfasst.

Eine Applizierung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist besonders für solche Brennkraftmaschine von Interesse, wenn der Nocken zur Betätigung eines als Einlassventil ausgebildeten Gaswechselventils dient und mit einem weiteren Nocken, der zur Betätigung eines als Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventils dient, gemeinsam auf der Nockenwelle angeordnet ist. In diesem Fall ist es dann möglich, entweder nur die Steuerzeiten des Einlassventils bei starren Steuerzeiten des Auslassventils zu verändern oder umgekehrt die Steuerzeiten des Auslassventils bei starren Steuerzeiten des Einlassventils zu verändern. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit sowohl die Steuerzeiten des Einlassventils als auch die des Auslassventils unabhängig voneinander zu verändern, wozu optional auch ein Nockenwellenversteller Bestandteil des Ventiltriebs sein kann.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In beiliegenden Zeichnungen ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb für beispielhafte Ausführungsvarianten dargestellt. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs
2 einen Längsschnitt durch eine kugelgelenkig gelagerte Stößelführung als erstes Ausführungsvariante,
3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante mit Stößelführungsträger und Trägerrohr,
4 den Schnitt A-A aus 2 und
5 den Schnitt B-B aus 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das kinematische Prinzip des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist nachfolgend anhand des in 1 dargestellten Getriebeschemas erläutert. Dabei ist mit 1 ein Grundkreis eines um eine Längsachse 2 einer Nockenwelle 3a rotierenden Nockens 4a einer Brennkraftmaschine bezeichnet, der von einer konvexen Nockenabgriffskontur 5 eines Stößels 6a abgegriffen wird. Der Stößel 6a ist in einer Stößelführung 7a, die um eine Drehachse 8 drehbar gelagert und deren Drehwinkel 9 einstellbar ist, längsbeweglich gelagert, so dass der Stößel 6a mit der Stößelführung 7a ein Dreh-Schub-Gelenk 10 bildet.
In einer gestrichelt dargestellten Grundposition dieses Ausführungsbeispiels schneidet eine Längsachse 11 des Stößels 6a die Längsachse 2 der Nockenwelle 3a. Eine Verdrehung der Stößelführung 7a um den Drehwinkel 9 führt zu der durchgezogen dargestellten Verstellposition, bei der der Kontakt zwischen der Nockenabgriffskontur 5 und dem Nocken 4a um einen Änderungswinkel 12 verdreht ist. Der Änderungswinkel 12 entspricht einer auf die Nockenwelle 3a bezogenen Veränderung der Steuerzeiten nicht dargestellter Gaswechselventile der Brennkraftmaschine. Es ist offensichtlich, dass dieses kinematische Prinzip ebenso spiegelsymmetrisch zur Längsachse 11 des Stößels 6a anwendbar ist, so dass dann eine Veränderung der Steuerzeiten der Gaswechselventile von insgesamt dem doppelten Änderungswinkel 12 darstellbar ist.
Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Stößel 6a beim Verstellen aus der Grundposition in die Verstellposition um einen Ausgleichsweg 13 in Richtung des Nockens 4a verfährt, um den Kontakt zwischen der Nockenabgriffskontur 5 und dem Nocken 4a aufrecht zu halten. Der Ausgleichsweg 13 ist bei der konkreten Ausgestaltung des Stößels 6a zu beachten, wie es in der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsvarianten des efindungsgemäßen Ventiltriebs erläutert ist.
In 2 ist eine erste Ausführungsvariante dargestellt, bei dem ein als außenzylindrischer Rollenstößel 14 ausgebildeter Stößel 6b mit der Nockenabgriffskontur 5 in Form einer wälzgelagerten Rolle 15 einen Nocken 4b abgreift. Der Nocken 4b ist auf einer um die Längsachse 2 rotierenden Nockenwelle 3b angeordnet. Der Rollenstößel 14 ist längsbeweglich in einer Stößelführung 7b geführt, die als Innenteil 16 eines um die Drehachse 8 drehbaren Kugelgelenks 17 ausgebildet ist. Das Kugelgelenk 17 umfasst einen an einer Außenmantelfläche 18 der Stößelführung 7b ausgebildeten Kugelabschnitt 19 sowie den Kugelabschnitt 19 drehbar lagernde Lagerringe 20. Die Lagerringe 20 sind in Längsrichtung einer die Stößelführung 7b umgebenden zylindrischen Ausnehmung 21 zu beiden Seiten der Drehachse 8 angeordnet und lagern den Kugelabschnitt 19 auf Kleinkreisen 22. Sie sind ferner an der Ausnehmung 21 zumindest in deren Längsrichtung fixiert.
Die Stößelführung 7b ist gegenüber der Grundposition um den Drehwinkel 9 ausgelenkt dargestellt. Die Einstellung des Drehwinkels 9 erfolgt über einen nicht dargestellten Aktuator, der mit der Stößelführung 7b grundsätzlich so in Wirkverbindung steht, dass der Drehwinkel 9 eingestellt und bis zu dessen erneuter Änderung gehalten wird. Eine denkbare Ausführungsform für einen solchen Aktuator ist beispielsweise ein Linearaktuator, der entweder mit einer oder mit einer Gruppe gleichzeitig zu verstellender Stößelführungen 7b in Wirkverbindung steht. Bauart und Dimensionierung des Aktuators sind neben der Anzahl zu betätigender Stößelführungen 7b auch von kinematischen Einflussgrößen des Ventiltriebs abhängig. Hierzu zählt insbesondere der Abstand der Drehachse 8 von der Längsachse 2 der Nockenwelle 3b. So führt bei gegebenem Änderungswinkel 12 (siehe 1) der Steuerzeiten eine Verkürzung dieses Abstandes zu einer Erhöhung des Drehwinkels 9. Gleichzeitig lassen sich dadurch die vom Aktuator aufzubringenden Kräfte reduzieren, so dass insbesondere in Abhängigkeit dieser Parameter ein optimaler Kompromiss für den Abstand der Drehachse 8 zur Längsachse 2 der Nockenwelle 3b zu finden ist.
Der Rollenstößel 14 ist mit einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung 23 ausgestattet, wie sie der Fachwelt als solche bekannt ist. Die Ventilspielausgleichsvorrichtung 23 umfasst einen Ausgleichskolben 24, der einenends einen Arbeitsraum 25 und anderenends einen Vorratsraum 26 zur hydraulischen Versorgung des Arbeitsraums 25 begrenzt. Der Arbeitsraum 25 und der Vorratsraum 26 sind durch ein als Freeball-Ventil 27 ausgebildetes Rückschlagventil 28 hydraulisch voneinander dadurch entkoppelbar, dass eine Kugel 29 mit einem Dichtsitz 30 des Ausgleichskolbens 24 hydraulisch dichtend zusammenwirkt. Ein charakteristisches Merkmal des Freeball-Ventils 27 ist, dass die Kugel 29 frei von Federmittelkräften lediglich durch Strömungskräfte in den Dichtsitz 30 geführt und dort gehalten wird. Ausgehend von der vom Dichtsitz 30 beabstandeten Kugel 29 resultieren die Strömungskräfte aus einem Umströmen der Kugel 29 mit Hydraulikmittel, das beispielsweise bei einsetzendem Hubbeginn des Nockens 4b den Arbeitsraum 25 in Richtung des Vorratsraums 26 verlässt. Gleichzeitig kommt es zu einer Verkürzung des Arbeitsraums 25 entsprechend einer verkleinerten Einbaulänge des Rollenstößels 14. Diese Eigenschaft der Ventilspielausgleichsvorrichtung 23 wird bei dem vorliegenden Ventiltrieb dazu genutzt, die Einbaulänge des Rollenstößels 14 um den in 1 dargestellten Ausgleichsweg 13, um den sich der Arbeitsraum 25 in der Verstellposition gegenüber der Grundposition verlängern kann, ohne Gefahr eines unerwünschten Öffnens des zugehörigen Gaswechselventils und folglich kraftarm und schnell zu verkürzen.
Zur Schmierung des Kugelgelenks 17 im Kontakt zwischen Kugelabschnitt 19 der Stößelführung 7b und Lagerringen 20 dient ein in der Brennkraftmaschine verlaufender Druckmittelkanal 31, der zwischen den Lagerringen 20 in die Ausnehmung 21 mündet. Im Kugelabschnitt 19 verlaufende Bohrungen 32 können darüber hinaus zur Schmierung des Rollenstößels 14 sowie über einen nicht dargestellten Hydraulikmittelpfad zur Versorgung der hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung 23 dienen.
In 3 ist eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Ventiltriebs in perspektivischer Ansicht offenbart. Dargestellt ist eine um die Längsachse 2 drehbare Nockenwelle 3c mit einem Nocken 4c, der über einen Stößel 6c in Form des Rollenstößels 14 ein als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil betätigt. Zur längsbeweglichen Lagerung des Rollenstößels 14 dient eine Stößelführung 7c, die transversal zu einem Stößelführungsträger 33 verläuft. Der Stößelführungsträger 33 weist eine zylindrische Außenmantelfläche 34 auf, mit der er in einer zylindrischen Innenmantelfläche 35 eines zum Stößelführungsträger 33 konzentrischen Trägerrohrs 36 um die zur Längsachse 2 der Nockenwelle 3c parallele Drehachse 8 drehbar gelagert und im Drehwinkel 9 einstellbar ist. Ein als Auslassventil ausgebildetes Gaswechselventil wird von einem weiteren Nocken 4d über einen ebenfalls als Rollenstößel 14 ausgebildeten weiteren Stößel 6d betätigt. Der weitere Stößel 6d ist in einer weiteren Stößelführung 7d, die ebenfalls transversal zu dem Stößelführungsträger 33 verläuft, längsbeweglich gelagert.
Funktion und Ausbildung des Stößelführungsträgers 33 und des Trägerrohrs 36 sind nachfolgend unter Zuhilfenahme der 4 und 5 erläutert. 4 zeigt den Einbau des Stößels 6c gemäß dem Schnitt A-A aus 3. Ein zentraler Längsabschnitt 37 der Stößelführung 7c ist von einer transversal durch den rohrförmig ausgebildeten Stößelführungsträger 33 verlaufenden Durchgangsöffnung 38 so umfasst, dass die Stößelführung 7c mit dem Stößelführungsträger 33 in Drehrichtung um die Drehachse 8 im wesentlichen spielfrei verbunden ist. Der bei Verdrehen des Stößelführungsträgers 33 erforderliche Freigang der Stößelführung 7c im Trägerrohr 36 ist dadurch gewährleistet, dass das Trägerrohr 36 transversal verlaufende und langlochartig ausgebildete Öffnungen 39 aufweist, in denen den zentralen Längsabschnitt 37 umgebende Nachbarabschnitte 40 der Stößelführung 7c um die Drehachse 8 frei drehbar sind.
In 5 ist die weitere Stößelführung 7d gemäß dem Schnitt B-B aus 3 dargestellt. In diesem Fall ist die weitere Stößelführung 7d in Drehrichtung um die Drehachse 8 im wesentlichen spielfrei mit dem Trägerrohr 36 verbunden.
Zu diesem Zweck sind durch das Trägerrohr 36 transversal verlaufende weitere Öffnungen 41 kreiszylindrisch ausgebildet, so dass die Nachbarabschnitte 40, die den zentralen Längsabschnitt 37 der weiteren Stößelführung 7d umgeben, von den Öffnungen 41 eng umschlossen sind. Gleichzeitig ist der Stößelführungsträger 33 um den zentralen Längsabschnitt 37 der weiteren Stößelführung 7d frei drehbar, indem eine weitere Durchgangsöffnung 42 transversal und langlochartig im Stößelführungsträger 33 ausgebildet ist.
Diese Anordnung und Ausbildung von Stößelführungsträger 33, Trägerrohr 36 und einer für die Stößel 6c, 6d gemeinsamen Nockenwelle 3c erlaubt die Darstellung eines kompakt bauenden Systems, das insbesondere eine selektiv einstellbare Änderung der Steuerzeiten von den Stößeln 6c zugehörigen Einlassventilen gegenüber den Stößeln 6d zugehörigen Auslassventilen erlaubt. Eine voneinander unabhängige Änderung der Steuerzeiten sowohl von Einlassventilen als auch von Auslassventilen kann in dieser Ausführungsvariante dadurch erreicht werden, dass auch ein Drehwinkel 43 des Trägerrohrs 36 durch einen weiteren, vom Aktuator des Stößelführungsträgers 33 unabhängigen Aktuator eingestellt und in dieser Position gehalten wird. Für diese Ausführungsvariante des Ventiltriebs sind sowohl über einen Hebelarm angelenkte Linearaktuatoren als auch rotative Antriebe gegebenenfalls mit zwischengeschaltetem Stirnrad oder Schneckengetriebe denkbar.
Jeder der Rollenstößel 14 weist an einem nockenfernen Endabschnitt 44 zumindest eine angeformte Außenabflachung 45 auf, die in einer zur Drehachse 8 senkrechten Querebene verläuft. Durch dieses Merkmal sind die Rollenstößel 14 formschlüssig gegen Verdrehung um ihre Längsachse 11 sicherbar, wobei dies beispielsweise durch ein mit der Brennkraftmaschine fest verbundenes und starres Verdrehsicherungsbauteil mit je einer zu der Außenabflachung 45 gleitend zusammenwirkenden Innenabflachung erfolgen kann. Bei der Gestaltung des Verdrehsicherungsbauteils ist jedoch der erforderliche Freigang des Rollenstößels 14 in dem Verdrehsicherungsbauteil aufgrund seiner Drehung um die Drehachse 8 zu berücksichtigen.
Wie schließlich aus 2 ersichtlich, weist der Rollenstößel 14 ein im Bereich des nockenfernen Endabschnitts 44 angeordnetes Kolbenoberteil 46 mit einer kalottenförmigen Einformung 47 zur gelenkigen Aufnahme einer nicht dargestellten Stößelstange auf. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb ist dennoch nicht auf den Einsatz in solchen Stößelstangen-Ventiltrieben beschränkt, sondern ebenso bei Rollenstößeln anwendbar, die beispielsweise einen Kipphebel ohne dazwischen angeordneter Stößelstange direkt betätigen.

1: Grundkreis
2: Längsachse
3a, b, c: Nockenwelle
4a, b, c, d: Nocken
5: Nockenabgriffskontur
6a, b, c, d: Stößel
7a, b, c, d: Stößelführung
8: Drehachse
9: Drehwinkel
10: Dreh-Schub-Gelenk
11: Längsachse
12: Änderungswinkel
13: Ausgleichsweg
14: Rollenstößel
15: Rolle
16: Innenteil
17: Kugelgelenk
18: Außenmantelfläche
19: Kugelabschnitt
20: Lagerring
21: Ausnehmung
22: Kleinkreis
23: Ventilspielausgleichsvorrichtung
24: Ausgleichskolben
25: Arbeitsraum
26: Vorratsraum
27: Freeball-Ventil
28: Rückschlagventil
29: Kugel
30: Dichtsitz
31: Druckmittelkanal
32: Bohrung
33: Stößelführungsträger
34: Außenmantelfläche
35: Innenmantelfläche
36: Trägerrohr
37: Längsabschnitt
38: Durchgangsöffnung
39: Öffnung
40: Nachbarabschnitt
41: weitere Öffnung
42: weitere Durchgangsöffnung
43: Drehwinkel
44: Endabschnitt
45: Außenabflachung
46: Kolbenoberteil
47: Einformung

Claims

Variabler Ventiltrieb zur Veränderung von Steuerzeiten eines oder mehrer nockenbetätigter Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit einem Stößel (6a, 6b, 6c), der mit einer konvexen Nockenabgriffskontur (5) einen Nocken (4a, 4b, 4c) einer Nockenwelle (3a, 3b, 3c) abgreift und längsbeweglich in einer drehbar gelagerten Stößelführung (7a, 7b, 7c) geführt ist, deren Drehwinkel (9) zur Veränderung der Steuerzeiten einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelführung (7a, 7b, 7c) um eine zu einer Längsachse (2) der Nockenwelle (3a, 3b, 3c) parallele Drehachse (8) drehbar gelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (6b, 6c) als außenzylindrischer Rollenstößel (14) mit einer drehbar und wahlweise wälzgelagerten Rolle (15) als konvexe Nockenabgriffskontur (5) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel (14) an einem nockenfernen Endabschnitt (44) eine kalottenförmige Einformung (47) zur gelenkigen Aufnahme einer Stößelstange aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel (14) durch zumindest eine an dem nockenfernen Endabschnitt (44) des Rollenstößels (14) angeformte Außenabflachung (45), die in ei ner zur Drehachse (8) senkrechten Querebene verläuft, formschlüssig gegen Verdrehung um eine Längsachse (11) des Rollenstößels (14) sicherbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (6b, 6c) eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung (23) mit einem als Reverse-Spring-Ventil oder Freeball-Ventil (27) ausgebildeten Rückschlagventil (28) aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelführung (7b) als Innenteil (16) eines Kugelgelenks (17) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (17) einen an einer Außenmantelfläche (18) der Stößelführung (7b) ausgebildeten Kugelabschnitt (19) sowie den Kugelabschnitt (19) drehbar lagernde Lagerringe (20) umfasst, die in Längsrichtung einer die Stößelführung (7b) umgebenden Ausnehmung (21) der Brennkraftmaschine zu beiden Seiten der Drehachse (8) auf Kleinkreisen (22) des Kugelabschnitts (19) verlaufen und an der Ausnehmung (21) zumindest in Längsrichtung der Ausnehmung (21) fixiert sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler Längsabschnitt (37) der Stößelführung (7c) in einer transversalen Durchgangsöffnung (38) eines um die zur Längsachse (2) der Nockenwelle (3c) parallele Drehachse (8) drehbar gelagerten Stößelführungsträgers (33) mit einstellbarem Drehwinkel (9) so gelagert ist, dass die Stößelführung (7c) mit dem Stößelführungsträger (33) zumindest in Drehrichtung um die Drehachse (8) wenigstens nahezu spielfrei verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass • der Stößelführungsträger (33) mit einer im wesentlichen zylindri schen Außenmantelfläche (34) von einer im wesentlichen zylindrischen Innenmantelfläche (35) eines Trägerrohrs (36) drehbar gelagert aufgenommen ist; • den zentralen Längsabschnitt (37) umgebende Nachbarabschnitte (40) der Stößelführung (7c) innerhalb im Trägerrohr (36) transversal und langlochartig ausgebildeter Öffnungen (39) um die Drehachse (8) frei drehbar sind; • der Stößelführungsträger (33) eine transversal verlaufende weitere Durchgangsöffnung (42) aufweist, in der eine weitere Stößelführung (7d) zur längsbeweglichen Lagerung eines weiteren Stößels (6d) angeordnet ist, der einen weiteren Nocken (4d) der Nockenwelle (3c) abgreift; • die weitere Durchgangsöffnung (42) des Stößelführungsträgers (33) langlochartig so ausgebildet ist, dass der Stößelführungsträger (33) um den zentralen Längsabschnitt (37) der weiteren Stößelführung (7d) um die Drehachse (8) frei drehbar ist; • durch das Trägerrohr (36) transversal verlaufende weitere Öffnungen (41) vorgesehen sind, in denen die den zentralen Längsabschnitt (37) umgebenden Nachbarabschnitte (40) der weiteren Stößelführung (7d) so gelagert sind, dass die weitere Stößelführung (7d) zumindest in Drehrichtung um die Drehachse (8) wenigstens nahezu spielfrei mit dem Trägerrohr (36) verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (36) in der Brennkraftmaschine um die Drehachse (8) drehbar gelagert ist und einen vom Drehwinkel (9) des Stößelführungsträgers (33) unabhängig einstellbaren Drehwinkel (43) aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (4b, 4c) zur Betätigung wenigstens eines als Einlassventil ausgebildeten Gaswechselventils dient und mit einem weiteren Nocken (4b, 4d) der zur Betätigung wenigstens eines als Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventils dient, gemeinsam auf der Nockenwelle (3b, 3c) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Steuerzeiten des Einlassventils bei unveränderbaren Steuerzeiten des Auslassventils veränderbar sind oder die Steuerzeiten des Auslassventils bei unveränderbaren Steuerzeiten des Einlassventils veränderbar sind oder sowohl die Steuerzeiten des Einlassventils als auch des Auslassventils unabhängig voneinander und wahlweise unter Einbeziehung eines die Nockenwelle (3b, 3c) winkelverstellenden Nockenwellenverstellers veränderbar sind.