DE102011009416A1

DE102011009416A1 - Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung

Info

Publication number: DE102011009416A1
Application number: DE102011009416A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Kolbenschmidt Pierburg Innovations GmbH
Current assignee: Kolbenschmidt Pierburg Innovations GmbH
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: DE102011009416B4

Abstract

Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen, denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil eine Übertragungsanordnung zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle in Wirkverbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichtung eine drehbare Exzenterwelle mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, wobei die Exzenterwelle abhängig von der Zylinderzahl Lagerflächen aufweist und durch eine Antriebseinrichtung über ein Getriebeorgan antreibbar ist, wobei eine Lagerfläche als Getriebeorgan für die Exzenterwelle ausgebildet ist, derart, dass zwischen zwei Zylindern die Antriebseinrichtung auf das Getriebeorgan angreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen, denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil eine Übertragungsanordnung zugeordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung im Zylinderkopf mittels Lagermittel beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung und einer Nockenwelle in Verbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichung eine drehbare Exzenterwelle mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, wobei die Exzenterwelle abhängig von der Zylinderzahl Lagerflächen aufweist und durch eine Antriebseinrichtung über ein Getriebeorgan antreibbar ist.
Eine derartige mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung ist aus der DE 10 323 665 A1 bekannt. Dabei offenbart diese Patentanmeldung eine Anordnung, die eine Exzenterwelle aufweist, die derart konstruiert ist, dass sie im Zylinderkopf durchsteckbar ist und auf diese Weise keine geteilten Lager erfordert. Diese Ausführungsform bietet einen großen Fertigungs- und Montagevorteil. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist jedoch, dass die die Exzenterwelle antreibende Antriebseinrichtung lediglich auf eines der beiden Enden der Exzenterwelle angreifen kann. Dies führt zu einer erheblichen Einschränkung des Einsatzbereiches dieser bekannten mechanisch steuerbaren Ventiltriebanordnung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ventiltriebanordnung zu schaffen, die den oben genannten Nachteil vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an einer der Lagerflächen ein Getriebeorgan für die Exzenterwelle ausgebildet ist, derart, dass zwischen zwei der anderen Lagerflächen, vorzugsweise zwischen zwei Zylindern die Antriebseinrichtung am Getriebeorgan angreift. Auf diese Weise ist es möglich, für alle Motorenbauraumkonzepte eine mechanisch verstellbare Ventiltriebanordnung mit einer einheitlichen Exzenterwelle vorzufertigen und je nach Bauraumsituation die Exzenterwelle so weit in der Endbearbeitung anzupassen, dass sie dem jeweiligen Antriebskonzept entspricht.
Hierbei ist es denkbar, dass das Getriebeorgan ein einstückig mit der Exzenterwelle ausgeführtes Zahnradorgan ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist jedoch dadurch gegeben, dass das Getriebeorgan ein Zahnradorgan mit einer Durchstecköffnung für die Exzenterwelle ist, wobei das Zahnradorgan formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Lagerfläche verbunden ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft für eine einfache und korrekte Montage, wenn die Durchstecköffnung eine Innenkontur mit verkleinertem Durchmesser als Zentrierung für die Exzenterwelle aufweist. Dabei kann die Innenkontur als Teilkreis ausgeführt sein, der sich über einen Winkelbereich von α = 130° bis 180° erstreckt.
Darüber hinaus kann das Getriebeorgan als Axiallager dienen. In diesem Zusammenhang können im Zylinderkopf Anschlagflächen vorgesehen sein, an denen das Getriebeorgan beidseits in axialer Richtung anliegt.
Darüber hinaus hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, wenn jede Übertragungsanordnung mindestens einen Schwenkhebel und mindestens einen Kipphebel aufweist, wobei der Schwenkhebel mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil angreift und der Kipphebel in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung und der Nockenwelle steht und über eine Arbeitskontur auf den Schwenkhebel angreift.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, hierin zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfinderischen Ventiltriebanordnung,
2 eine Schnittansicht der im Zylinderkopf gelagerten Exzenterwelle, und
3 eine Schnittansicht durch das Getriebeorgan, das formschlüssig mit der Exzenterwelle verbunden ist.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventiltriebanordnung 10 mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26. Im vorliegenden Fall sind jeweils zwei Einlass-Gaswechselventile einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung 10 weist im vorliegenden Fall vier Übertragungsanordnungen 28, 29; 30, 31; 32, 33 und 34, 35 auf, denen jeweils zwei Gaswechselventile 12, 14; 16, 18; 20, 22; 24, 26 zugeordnet sind. Dabei sind die Übertragungsanordnungen 28, 29, 30, 31, 32, 33, und 34, 35 auf bekannte Weise im Zylinderkopf mittels Lagermitteln gelagert. Die Lagermittel 36, 38 werden in der vorliegenden 1 lediglich exemplarisch für die Lagerung eines Schwenkhebels 56 der Übertragungsanordnung 35 dargestellt. Darüber hinaus stehen die Übertragungsanordnungen 28, 29, 30, 31, 32, 33 und 34, 35 auf bekannte Weise mit einer Nockenwelle 40 in Wirkverbindung. Außerdem ist jede Übertragungsanordnung 28, 29, 30, 31, 32, 33 und 34, 35 durch Verstellorgane 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48, 49 einer Ventilhubverstelleinrichtung 41 derart ansteuerbar, dass ein geringerer oder höherer Ventilhub der Einlassventile 12, 14; 16, 18; 20, 22; 24, 26 einstellbar ist, wobei dies durch Exzenterorgane, die auf einer Exzenterwelle 50 vorgesehen sind, bewerkstelligt wird. Die Exzenterwelle 50 wird im vorliegenden Fall über ein als Zahnrad 53 ausgebildetes Getriebeorgan 53 durch eine Antriebseinrichtung 52 angetrieben. Als Antriebseinrichtung 52 kann ein sowohl vorwärts wie rückwärts laufender Drehantrieb genutzt werden. Die Exzenterwelle 50 kann damit derart angetrieben werden, dass in Abhängigkeit von der vorliegenden Position schnell und präzise der dem nächsten Betriebszustand entsprechende Ventilhub durch den Einsatz der entsprechenden, nicht weiter dargestellten Exzenterorgane gewählt werden kann. Auch Drehwinkel von > 360° sind damit realisierbar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist ein mechanisch ansteuerbarer Ventiltrieb 54 die Übertragungsanordnung 35 sowie das Gaswechselventil 26 auf. Die Übertragungsanordnung 35 besteht dabei aus dem Schwenkhebel 56 sowie einem Kipphebel 58, wobei der Schwenkhebel 56 mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil 26 angreift und der Kipphebel 58 in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung 41 und der Nockenwelle 40 steht. Dabei greift das Verstellorgan 48 der Ventilhubverstelleinrichtung 41 entgegen einer Vorspannkraft einer Feder 55 auf ein nicht weiter dargestelltes Angriffsorgan (beispielsweise eine Rolle) des Kipphebels 58 an. Der Kipphebel 58 greift mit einer nicht weiter dargestellten Arbeitskontur auf den Schwenkhebel 56 an. Auf der gegenüber gelegenen Seite sind Führungsrollen angeordnet, mit denen der Kipphebel 58 in einer Kulisse geführt ist. Die Führungsrollen sind wiederum auf einer Welle gelagert, die zwei benachbarte Kipphebel miteinander verbindet, wobei zwischen den Führungsrollen noch eine Rolle auf der Welle angeordnet ist, die wiederum mit der Nockenwelle in Wirkverbindung steht. Ein Nocken der Nockenwelle steht also mit zwei Übertragungsanordnungen in Wirkverbindung. Hinsichtlich der Funktion und Arbeitsweise einer derartigen Übertragungsanordnung wird explizit auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 40 635 A1 verwiesen.
2 zeigt nun eine Schnittansicht durch die Exzenterwelle 50, wobei Teile des Zylinderkopfes 60 schematisch dargestellt sind. Im vorliegenden Beispiel ist die Exzenterwelle 50 über acht Lagerflächen 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 im Zylinderkopf 60 gelagert. Das als Zahnrad 53 ausgebildete Getriebeorgan stellt im vorliegenden Fall ein Axiallager dar, das sich beidseits an zwei Anschlagsflächen 78, 80 des Zylinderkopfes abstützt. Darüber hinaus ist das Zahnradorgan über eine Schraubverbindung 82 an einer Lagerfläche 81 lösbar und formschlüssig mit der Exzenterwelle 50 verbunden. Es sollte deutlich sein, dass jede zwischen zwei Zylindern ausgebildete Lagerfläche prinzipiell als Getriebeorgan 53 ausgebildet werden kann. Auch ist es natürlich denkbar, durch eine geeignete Endbearbeitung ein einstückig mit der Exzenterwelle 50 ausgebildetes Getriebeorgan vorzusehen.
3 zeigt nun eine Querschnittsansicht durch das Zahnradorgan 53. Das Zahnradorgan ist formschlüssig mittels einer Schraubenverbindung 82 mit der Exzenterwelle 50 verbunden. Um beim Montageprozess eine einfache Zentrierung ohne eine Beschädigung der durch das Zahnradorgan 53 durchzuführenden Lagerflächen und Exzenterorgane vorzusehen, weist das Zahnradorgan 53 über einen Winkel β = 200° einen wesentlich größeren Durchmesser von beispielsweise 24 mm gegenüber der Exzenterwelle 50 mit einem Durchmesser von beispielsweise 22 mm auf. Über einen Winkel von α = 160° ist als Teilkreis eine Innenkontur 86 vorgesehen, die einen Durchmesser von genau 22 mm aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Exzenterwelle 50 leicht durch die Durchstecköffnung 84 des Zahnradorgans 53 durchsteckbar ist, auf der anderen Seite aber zur Herstellung der lösbaren Verbindung auf einfache Weise zu zentrieren ist. Die Antriebseinrichtung 52 ist auf bekannte Weise über ein Schneckenrad 88 mit dem Zahnradorgan 53 verbunden. Des Weiteren wird sichergestellt, dass der Teilkreis der Verzahnung des Zahnradorgans 53 hinsichtlich der Längsachse der Exzenterwelle 50 genau zentriert ist, was wiederum wichtig für die Führung der Antriebseinrichtung 52 ist.
Die Montage kann nun auf einfache Art und Weise derart durchgeführt werden, dass das Zahnradorgan 53 zwischen den Anschlagflächen im Zylinderkopf in Position gehalten wird und die Exzenterwelle 50 von der Stirnseite her eingeführt und die Schraubenverbindung vorgenommen werden kann. Natürlich ist es auch möglich, dass eine Stiftverbindung (lösbar oder unlösbar) eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, dass der Stift diagonal zur Längsachse der Exzenterwelle geführt ist, wodurch Bauraum eingespart wird. Die geringe Breite eines derartig befestigten Getrieborgans hätte den Vorteil, dass die Lagerfläche 81 als zusätzliche Radiallagerfläche nutzbar ist. Es ist auch denkbar, dass das Zahnrad zwecks verbesserter Durchführung der Exzenterwelle 50 erwärmt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10323665 A1 [0002]
DE 10140635 A1 [0013]

Claims

Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) mit mehreren in Reihe angeordneten Gaswechselventilen (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26), denen mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder zugeordnet sind, wobei mindestens einem Gaswechselventil (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26) eine Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) zugordnet ist, wobei jede Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) im Zylinderkopf (60) mittels Lagermittel (36, 38) beweglich gelagert ist und wobei jede Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) mit jeweils einer Ventilhubverstelleinrichtung (41) und einer Nockenwelle (40) in Wirkverbindung steht, wobei jede Ventilhubverstelleinrichtung (41) eine drehbare Exzenterwelle (50) mit mindestens einem Exzenterorgan aufweist, derart, dass verschiedene Ventilhubpositionen einstellbar sind, wobei alle möglichen Konturen der Exzenterorgane innerhalb eines Kreises liegen, der durch die Außendurchmesser einer Exzenterwellenlagerung gebildet ist, wobei die Exzenterwelle abhängig von der Zylinderzahl Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 81) aufweist und durch eine Antriebseinrichtung (52) über ein Getriebeorgan (53) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Lagerflächen (81) ein Getriebeorgan (53) für die Exzenterwelle (50) ausgebildet ist, derart, dass zwischen zwei der anderen Lagerflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76), vorzugsweise zwischen zwei Zylindern die Antriebseinrichtung (52) am Getriebeorgan (53) angreift.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeorgan (53) ein einstückig mit der Exzenterwelle (50) ausgeführtes Zahnradorgan ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeorgan (53) ein Zahnradorgan mit einer Durchstecköffnung (84) für die Exzenterwelle (50) ist, wobei das Zahnradorgan (53) formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Lagerfläche verbunden ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung eine Schraubverbindung (82) ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstecköffnung (84) eine Innenkontur (86) mit verkleinertem Durchmesser als Zentrierung für die Exzenterwelle (50) aufweist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (86) als Teilkreis, der sich über einen Winkelbereich α = 130°–180° erstreckt, ausgebildet ist.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeorgan (53) als Axiallager dient.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (60) Anschlagflächen (78, 80) vorgesehen sind, an denen das Getriebeorgan (53) beidseits in axialer Richtung anliegt.
Mechanisch steuerbare Ventiltriebanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Übertragungsanordnung (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) mindestens einen Schwenkhebel (56) und mindestens einen Kipphebel (58) aufweist, wobei der Schwenkhebel (56) mit einer Arbeitskurve auf das Gaswechselventil (12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26) angreift und der Kipphebel (58) in Wirkverbindung mit der Ventilhubverstelleinrichtung (41) und der Nockenwelle (40) steht und über eine Arbeitskontur auf den Schwenkhebel (56) angreift.