DE10306154A1

DE10306154A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10306154A1
Application number: DE2003106154
Authority: DE
Inventors: Jurij Gartner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-26

Abstract

Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Antriebswelle (2) und einer koaxial um die Antriebswelle (2) drehbar angeordneten Nocke (3, 3') mit einer ersten Drehachse (3a), wobei eine Drehung der Antriebswelle (2) zumindest über ein erstes Übertragungselement (4, 4') mit einer zweiten Drehachse (4a) und ein zweites Übertragungselement (5, 5') auf die Nocke (3, 3') übertragbar und eine Lage der zweiten Drehachse (4a) gegenüber der ersten Drehachse (3a) radial veränderbar ist, wobei eine Lageveränderung der zweiten Drehachse (4a) durch eine Lageveränderung der Antriebswelle (2) erfolgt. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventiltriebs ist ein einfacher und steifer Ventiltrieb realisierbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der europäischen Patentschrift EP 0 865 566 B1 aus. In dieser Patentschrift ist ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine beschrieben, mit dem die Ventilöffnungsdauer variiert werden kann. Hierfür weist die Nockenwelle radial an ihrem Außenumfang einen Exzenter auf, um den wiederum radial außen liegend ein erstes Übertragungselement angeordnet ist. Das erste Übertragungselement ist über einen Stift phasenstarr zur Nockenwelle angeordnet und kann über den Exzenter radial von der Nockenwellenachse weg und hin verschoben werden. In einer radialen, zum Nocken offenen Nut im ersten Übertragungselement ist schiebebeweglich ein zweites Übertragungselement gelagert. Das zweite Übertragungselement erstreckt sich in Richtung der Nockenwellenachse und ist außerhalb des Schiebesitzes zylindrisch ausgebildet. Der zylindrische Teil ragt in eine Bohrung in der Nocke, die drehbeweglich um die Nockenwelle angeordnet ist. Wird nun beim Betrieb der Brennkraftmaschine die radiale Lage des ersten Übertragungselementes mit Hilfe des Exzenters verstellt, so wird die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Beschleunigung des Nockens über den Drehwinkel der Nockenwelle verändert. Auf diese Weise ist es möglich, die Öffnungsdauer eines Gaswechselventils durch die Beschleunigung bzw. Verzögerung der Nockendrehgeschwindigkeit zu verkürzen oder zu verlängern. Allgemein werden derartige Kupplungen auch Ungleichkupplungen genannt.

Nachteilig an der beschriebenen Ausgestaltung ist der hohe mechanische Aufwand, der für die Fertigung eines derartigen Ventiltriebes notwendig ist, sowie die Anzahl der bewegten Teile im Ventiltrieb.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb aufzuzeigen, der im Aufbau einfacher und steifer ist.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Anzahl der Bauteile im Ventiltrieb deutlich reduziert, sowie die Anzahl der Lagerungen um die Antriebswelle, d. h. die Nockenwelle, reduziert. Daher weist der Ventiltrieb wesentlich weniger Spielpassungen auf und ist einfacher zu fertigen sowie wesentlich verschleißärmer, wodurch die Produktion vereinfacht und die Lebensdauer erhöht ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass je nach Ausführung des Ventiltriebs entweder pro Zylinder oder pro Antriebswelle nur ein einziger Verstellmechanismus notwendig ist. Hierdurch wird die Anzahl der benötigten Bauteile nochmals wesentlich reduziert.

Gemäß Patentanspruch 2 ist das Lager mitsamt der Antriebswelle im Zylinderkopf verschiebbar angeordnet, wodurch nur noch ein einziger Verstellmechanismus notwendig ist.

Zur Lageänderung des Lagers sowie der Antriebswelle sind gemäß der Patentansprüche 3 und 4 sowohl hydraulische und/oder elektromechanische Antriebe möglich. Der Antrieb kann entweder direkt auf die Lager bzw. beispielsweise über einen Exzenter oder eine Exzenterwelle auf alle Lager gleichzeitig einwirken.

Nach Patentanspruch 5 erfolgt die Lageveränderung weitgehend in Richtung eines Ventilschaftes, je genauer die Lageveränderung in Ventilschaftrichtung stattfindet, desto größer ist der Einfluss der Verstellung der Antriebswelle auf die Drehgeschwindigkeit der Nocke.

Gemäß Patentanspruch 6 kann das erste Übertragungselement form- und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Antriebswelle verbunden sein. Die Wahl der Verbindung richtet sich nach den fertigungstechnischen Gegebenheiten, entscheidend ist, dass das erste Übertragungselement phasenstarr zur Antriebswelle ist.

Gemäß der Patentansprüche 7 bis 9 können zwei Nocken über ein Verbindungselement zu einem Nockenpaar zusammengefasst werden. Ein derartiges Nockenpaar kann entweder einlassseitig und/oder auslassseitig im Zylinder angeordnet sein, zum Antrieb eines Einlassgaswechselventilpaares oder eines Auslassgaswechselventilpaares. Ebenso ist es möglich, einlassseitig ein Nockenpaar und auslassseitig eine einzelne Nocke vorzusehen. Für einen Vierventilmotor ist sowohl einlassseitig als auch auslassseitig ein Nockenpaar vorgesehen.

Die Ausgestaltung des zweiten Übertragungselementes gemäß Patentanspruch 10 gewährleistet die statische Bestimmtheit der Tribologie und ist somit verschleißarm.

Im Folgenden ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in vier Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes,
2 zeigt eine Aufsicht auf eine Antriebswelle mit zwei ersten Übertragungselementen und zwei zweiten Übertragungselementen,
3 zeigt die Aufsicht auf ein Nockenpaar,
4 zeigt die Aufsicht auf ein zweites Übertragungselement.
1 zeigt die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb. Alle Bezugszeichen für gleiche Bauteile gelten auch für die 2 bis 4. In 1 sind in zwei geteilten Lagern 8, 8' eine Antriebswelle 2 sowie eine Exzenterwelle 10 mit zwei Exzentern 9, 9' gelagert. Die Lager 8, 8' sind schiebebeweglich in einem Zylinderkopf angeordnet, die Verschieberichtung ist jeweils durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die Verschiebung erfolgt durch eine Verdrehung der Exzenterwelle 10, die drehbar im Zylinderkopf gelagert ist. Bei einer Verschiebung der Lager 8, 8' wird die Antriebswelle 2 entsprechend der Pfeilrichtung bewegt. Zentrisch zwischen den Lagern 8, 8' ist radial um die Antriebswelle 2 ein Nockenpaar 14, bestehend aus zwei Einzelnocken 3, 3', die mit einem Verbindungselement 6 einstückig verbunden sind, angeordnet. Das Nockenpaar 14 weist eine Durchführbohrung 13 für die Antriebswelle 2 auf und ist um erste Drehachse 3a um die Antriebswelle 2 drehbeweglich angeordnet. Die Durchführbohrung 13 weist einen lichten Durchmesser auf, der einem Außendurchmesser der Antriebswelle 2 und mindestens einem maximalen Verschiebeweg der Lager 8, 8' entspricht. Das Nockenpaar 14 ist am Verbindungselement 6 drehbar im Zylinderkopf gelagert. Jeder Nocken 3, 3' steht mit seiner radialen Umfangsfläche mit einem Ventilspielausgleichselement 7, 7' in Wechselwirkung. Die Ventilspielausgleichselemente 7, 7' sind hydraulische Ventilspielausgleichselemente und wirken auf nicht dargestellte Gaswechselventile ein. Zwischen den Lagern 8, 8' und den Nocken 3, 3' ist jeweils ein erstes Übertragungselement 4, 4' ortsfest an die Antriebswelle 2 angeordnet. Die ersten Übertragungselemente 4, 4' sind auf die Antriebswelle 2 aufgeschrumpft und somit phasenstarr zur Antriebswelle 2. Die ersten Übertragungselemente 4, 4' weisen in radialer Richtung eine Vierkantlängsnut auf, in der jeweils ein zweites Übertragungselement 5, 5' in radialer Richtung schiebebeweglich angeordnet ist. Wie aus 4 ersichtlich ist weisen die zweiten Übertragungselemente 5, 5' auf der einem rechteckigen Abschnitt 5b gegenüberliegenden Seite einen zylindrischen Abschnitt 5a auf. Dieser zylindrische Abschnitt 5a ragt in eine zur Antriebswelle 2 parallelen Bohrung 12, 12' der Nocke 3, 3'.
In 2 ist die Aufsicht auf die Antriebswelle 2 mit zwei ersten Übertragungselementen 4, 4' sowie zwei zweiten Übertragungselementen 5, 5' dargestellt. In 2 ist nochmals ersichtlich, wie die zweiten Übertragungselemente 5, 5' mit ihrem rechteckigen Abschnitt 5b in den Vierkantführungen 11, 11' in den ersten Übertragungselementen 4, 4' geführt sind.
In 3 ist die Aufsicht auf ein Nockenpaar 14 dargestellt. Aus 3 sind nochmals die Bohrungen 12, 12' ersichtlich, in denen jeweils der zylindrische Abschnitt 5a eines zweiten Übertragungselemente 5, 5' drehbar gelagert ist, sowie die Durchführbohrung 13 für die Antriebswelle 2.
In 4 ist ein zweites Übertragungselement 5 abgebildet mit dem zylindrischen Abschnitt 5a und dem gegenüber angeordneten rechteckigen Abschnitt 5b.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Antriebswelle 2 von einem nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise über eine Kette oder ein elastisches Zugmittel, angetrieben. Diese rotiert in den Lagern 8, 8' und überträgt ihre Drehbewegung über die ersten Übertragungselemente 4, 4' sowie die zweiten Übertragungselemente 5, 5' auf das Nockenpaar 14. Entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, bzw. der angeforderten Last und/oder Leistung, kann es erforderlich sein, die Ventilöffnungszeit zu vergrößern oder zu verkleinern. Der Ventilhub bleibt hierbei unverändert. Die Verstellung der Ventilöffnungszeit erfolgt durch eine Verschiebung der Lager 8, 8' im Zylinderkopf über die Exzenter 9, 9' der Exzenterwelle 10. Durch Drehung der Exzenterwelle 10, dies kann hydraulisch und/oder elektromechanisch erfolgen, werden die Lager 8, 8, sowie die Antriebswelle 2 und die ersten Übertragungselemente 4, 4'entsprechend den Doppelpfeilen verschoben. Durch die Verschiebung wird der Ankoppelpunkt des zweiten Übertragungselementes 4, 4' an das erste Übertragungselement verändert, das bedeutet, sind die erste und die zweite Drehachse 3a, 4a nicht deckungsgleich, liegt eine Ungleichkupplung vor. Diese vergrößert bzw. verkleinert die Winkelgeschwindigkeit der Nocken 3, 3' über deren Drehwinkel gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 2. Die Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit der Nocken 3, 3' führt zu einer verlängerten bzw. verkürzten Ventilöffnungsdauer. Grundsätzlich gilt bei einer Verschiebung der Antriebswelle 2 in Richtung der Gaswechselventile einer Verlängerung der Ventilöffnungsdauer, Verschiebung der Antriebswelle 2 in Richtung weg von den Gaswechselventilen einer Verkürzung der Ventilöffnungsdauer.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur eine Verkürzung der Ventilöffnungsdauer vorgesehen. Hierdurch kann der Nocken 3, 3' bestmöglich für eine Volllast ausgelegt werden. Eine Verkürzung der Ventilöffnungsdauer findet somit nur bei einer Teillast statt, d. h. bei einer geringeren Drehzahl und somit bei einer unkritischeren Winkelgeschwindigkeit des Nocken 3, 3'. Jedoch ist auch eine andere Auslegung technisch möglich und realisierbar, entsprechend Patentanspruch 1. Durch die Variation der Ventilöffnungsdauer ist der Ladungswechsel im Brennraum positiv beeinflussbar, es wird eine bessere Füllung für jeden Betriebszustand der Brenn kraftmaschine erzielt. Darüber hinaus ist der Restgasgehalt, d. h. die im Zylinder verbleibende Abgasrestmenge für den nächsten Verbrennungszyklus, in vorteilhafter Weise steuerbar. Somit werden der Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen verringert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das dargestellte Nockenpaar 14 für den Betrieb von zwei Einlassventilen eines Zylinders, in weiteren Ausführungsbeispielen kann ein derartiges Nockenpaar 14 sowohl einlassseitig als auch auslassseitig des Zylinders vorgesehen sein. Darüber hinaus kann diese Verstelleinheit auch für einen einzigen Nocken 3 vorgesehen werden, der entsprechend im Zylinderkopf gelagert wird. Es ist möglich, eine Verstelleinrichtung für einen einzelnen Zylinder einlassseitig und/oder auslassseitig vorzusehen. Um die Anzahl der verwendeten Bauteile gering zu halten, kann für eine gesamte Antriebs-, bzw. Nockenwelle eine einzige Verstelleinrichtung vorgesehen werden. Dies ist für eine Einlass- und/oder eine Auslassnockenwelle möglich.
Mit dem vorgeschlagenen System werden deutlich weniger Bauelemente als beim Stand der Technik benötigt, außerdem ist die Anzahl der Spielpassungen reduziert. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass nur noch ein einziger Verstellmechanismus für eine Nockenwelle notwendig ist.

1: Ventiltrieb
2: Antriebswelle
3, 3': Nocken
3a: Erste Drehachse
4, 4': Erstes Übertragungselement
4a: Zweite Drehachse
5, 5': Zweites Übertragungselement
5a: Zylindrischer Abschnitt
5b: Rechteckiger Abschnitt
6: Verbindungselement
7, 7': Ventilspielausgleichselement
8, 8': Lager
9, 9': Exzenter
10: Exzenterwelle
11, 11': Vierkantführung
12, 12': Bohrung
13: Durchführbohrung
14: Nockenpaar

Claims

Ventiltrieb (1) für eine Brennkraftmaschine, bestehend aus einer Antriebswelle (2) und einer koaxial um die Antriebswelle (2) drehbar angeordneten Nocke (3, 3') mit einer ersten Drehachse (3a), wobei eine Drehung der Antriebswelle (2) zumindest über ein erstes Übertragungselement (4, 4') mit einer zweiten Drehachse (4a) und ein zweites Übertragungselement (5, 5') auf die Nocke (3, 3') übertragbar und eine Lage der zweiten Drehachse (4a) gegenüber der ersten Drehachse (3a) radial veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageveränderung der zweiten Drehachse (4a) durch eine Lageveränderung der Antriebswelle (2) erfolgt.
Ventiltrieb nach Patentanspruch 1, wobei die Antriebswelle (2) in einem Lager (8, 8') in einem Zylinderkopf gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8, 8') mit der Antriebswelle (2) im Zylinderkopf verschiebbar angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageveränderung des Lagers (8, 8') hydraulisch, und/oder elektromechanisch erfolgt.
Ventiltrieb nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageveränderung über einen Exzenter (9, 9') oder eine Exzenterwelle (10) erfolgt.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei der Ventiltrieb mindestens ein Gaswechselventil mit einem Ventilschaft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageveränderung weitgehend in Richtung des Ventilschaftes erfolgt.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungselement (4, 4') form-, und/oder kraft-, und/oder stoffschlüssig mit der Antriebswelle (2) verbunden ist.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei zwei Nocken (3, 3') koaxial um die Antriebswelle (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (3, 3') über ein Verbindungselement (6) starr miteinander zu einem Nockenpaar 14 verbunden sind.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Nockenpaar 14 für einen Zylinder vorgesehen ist.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei der Zylinder eine Einlassseite und eine Auslassseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einlassseite und/oder die Auslassseite ein Nockenpaar 14 vorgesehen ist.
Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungselement (5, 5') mit dem ersten Übertragungselement (4, 4') schiebebeweglich und mit dem Nocken (3, 3') drehbeweglich in Wirkverbindung steht.