DE19835921B4

DE19835921B4 - Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung eines Zylinderventils

Info

Publication number: DE19835921B4
Application number: DE19835921A
Authority: DE
Inventors: Seinosuke Atsugi Hara; Keisuke Atsugi Takeda; Yoshihiko Atsugi Yamada; Tsutomu Atsugi Hibi; Akira Atsugi Ohnuki; Shunichi Yokosuka Aoyama; Makoto Isehara Nakamura; Shinichi Fujisawa Takemura; Tetsuro Yokosuka Goto; Katsuya Moteki; Tsuneyasu Fujisawa Nohara
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-08-08
Also published as: US5988125A; DE19835921A1

Abstract

Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung eines Zylinderventils für einen Motor mit obenliegender Nockenwelle, welcher pro Zylinder zumindest ein Zylinderventil (12) aufweist, umfassend:
– eine Antriebswelle (13),
– einen an der Antriebswelle (13) zur gemeinsamen Drehung befestigten Drehnocken (15),
– mindestens einen schwenkbaren Ventilbetätigungsnocken (20), welcher zum Öffnen des Zylinderventils (12, 62) angeordnet ist,
– einen Kulissenhebel (18) mit einem ersten Arm (18b) und einem zweiten Arm (18c), wobei sich der erste Arm (18b) in Betätigungsverbindung mit dem Drehnocken (15) befindet und sich der zweite Arm (18c) in Betätigungsverbindung mit dem Ventilbetätigungsnocken (20) befindet, und
– eine Steuerstange (16) mit einem exzentrischen Steuernocken (17), wobei der exzentrische Steuernocken (17) den Kulissenhebel (18) verschwenkbar hält,
– dadurch gekennzeichnet, dass
– die Antriebswelle (13) drehbar an der Position einer obenliegenden Nockenwelle über dem Zylinderventil (12, 62) abgestützt ist,
– der Drehnocken (15) als Exzenter ausgebildet ist,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung in einem Motor mit obenliegender Nockenwelle nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 12 und 17.

Aus der DE 30 14 005 A1 ist ein System zur variablen Zeit- und Öffnungssteuerung von Ventilen bekannt. Das System weist eine Antriebswelle, eine Steuerstange mit axial beabstandeten, exzentrischen Nocken und ein Drehgelenk auf. Das Drehgelenk trägt Ventilbetätigungsnocken zur Ermöglichung einer Schwenkbewegung über den Ventilstößeln der Zylinderventile. Für die Ventilbetätigungsnocken sind jeweils Federn vorgesehen, die einen zugehörigen Nockenhebel in seine Ruhestellung vorspannen, in der das zugehörige Zylinderventil geschlossen ist. Die Ventilbetätigungsnocken werden jeweils von Hebelarmen betätigt, und die gemeinsam mit der Steuerstange drehbaren exzentrischen Nocken tragen jeweils die Hebelarme. Die Achse jedes exzentrischen Nockens dient als Antriebszentrum für den zugehörigen Hebelarm. An der Steuerstange befestigte Nocken betätigen jeweils die Hebelarme. Ferner ist ein elektronisches Steuermodul vorgesehen, und Sensoren an dem Motor senden Informationen über die Motordrehzahl, die Motorleistung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Kühlmitteltemperatur an das Steuermodul. Bei, einem bestimmten Schaltpunkt sendet das Steuermodul ein Signal an einen Stellmotor für die Steuerstange. Wenn der Stellmotor die Steuerstange dreht, ändert sich die Exzentrizität jedes exzentrischen Nockens gegenüber der Achse der Steuerstange. Dies ändert die Lage des Drehmittelpunktes der Hebelarme gegenüber der Lage des Drehmittelpunktes der Ventilbetätigungsnocken. Damit wird die Ventilzeitsteuerung und das Öffnen jedes Zylinderventils variiert.

Bei diesem bekannten System ergibt sich die bedeutende Schwierigkeit, daß eine wesentliche Änderung des üblichen Motors mit obenliegender Nockenwelle erforderlich ist, um die Antriebswel le zu installieren. Außerdem benötigen das Drehgelenk und die Antriebswelle einen beachtlichen Einbauraum.

Die Antriebsanordnung, bei der die Hebelarme die Ventilbetätigungsnocken gegen die Federn drücken, begrenzt den zulässigen Winkel, in dem die Ventilbetätigungsnocken verschwenken können, auf einen relativ engen Bereich, um sicherzustellen, daß die Hebelarme sich nicht von den Ventilbetätigungsnocken lösen.

Bei dieser Antriebsanordnung halten die Federn den Kontakt der Ventilbetätigungsnocken mit den Hebelarmen aufrecht. Wenn die Antriebswelle mit hoher Drehzahl rotiert, kann dieser Kontakt jedoch wegen der Massenträgheit der Federn nicht aufrechterhalten werden. Dies führt zum Auftreten unerwünschter Bewegungen der Zylinderventile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ventilbetätigung zu schaffen, die in übliche Motoren mit obenliegender Nockenwelle eingebaut werden kann, ohne daß eine wesentliche Änderung der Zylinderköpfe erforderlich ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 12 und 17 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung wird der Antriebskontakt zwischen einem Hebelarm und einem Ventilbetätigungsnocken ohne die Vorspannkraft einer Feder bewirkt. Dieser Antriebskontakt stellt eine verlustfreie Bewegungsverbindung zwischen dem Hebelarm und dem Ventilbetätigungsnocken über sämtliche Betriebsbedingungen des Motors einschließlich einer hohen Drehzahl einer Antriebswelle sicher.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Ventilbetätigung folgende Bauelemente auf:
eine Antriebswelle,
einen an der Antriebswelle zu gemeinsamer Drehung befestigter exzentrischer Drehnocken,
einen drehbaren Ventilbetätigungsnocken,
einen Kulissenhebel mit einem ersten und einem zweiten Arm, von denen der zweite Arm mit dem Ventilbetätigungsnocken verbunden bzw. gekoppelt ist,
eine Steuerstange mit einem exzentrischen Steuernocken, der den Kulissenhebel verschwenkbar hält, und
einen Kurbelarm, der den exzentrischen Drehnocken und den ersten Arm des Kipphebels miteinander verbindet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 einen Schnitt in der Linie 1-1 der 2,
2 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ventilbetätigung im zusammengebauten Zustand,
3 eine Ansicht der Vorrichtung zur Ventilbetätigung von oben,
4 eine perspektivische Ansicht eines exzentrischen Kreisnockens,
5 die Kurven eines Ventilöffnungsdiagramms,
6(A) einen Schnitt in der Linie 6-6 der 2 mit der Darstellung der Teile in der Stellung einer Steuerstange in der Null-Grad-Lage für eine erste Motorbetriebs art, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
6(B) eine der 6(A) entsprechende Darstellung, jedoch mit der Darstellung der Teile für die erste Motorbetriebsart zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein maximales Öffnungsmaß L₁,
7(A) eine der 6(A) entsprechende Darstellung, mit der Darstellung der Teile in einer von der Null-Grad-Lage weitergedrehten Stellung der Steuerstange für eine zweite Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
7(B) eine der 6(B) entsprechende Darstellung, mit der Darstellung der Teile bei der für die zweite Motorbetriebsart verdrehten Stellung der Steuerstange zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein vergrößertes maximales Öffnungsmaß L₂,
8 Kurven eines Ventilöffnungsdiagramms für ein Zylinderventil in Form eines Einlaßventils, das mit einer Vorrichtung zur Ventilbetätigung versehen ist,
9 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
10 eine Ansicht der zweiten Ausführungsform von oben,
11 einen Schnitt in der Linie 11-11 der 9,
12 einen Schnitt in der Linie 12-12 der 9,
13 eine der 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
14 eine der 7(B) entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
15 einen Schnitt in der Linie 15-15 der 17 mit der Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
16 eine teilweise Ansicht der in 15 gezeigten Vorrichtung zur Ventilbetätigung von oben unter Weglassung unwesentlicher Teile,
17 eine Ansicht der in 15 gezeigten Vorrichtung zur Ventilbetätigung von oben mit weggelassenen oder gestrichelt dargestellten unwesentlichen Teilen,
18(A) einen Schnitt in der Linie 18-18 der 16 mit der Darstellung der Teile in der Stellung einer Steuerstange in der Null-Grad-Lage für eine erste Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
18(B) eine der 18(A) entsprechende Darstellung, jedoch mit der Darstellung der Teile für die erste Motorbetriebsart zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein maximales Öffnungsmaß L₁,
19 eine der 18(A) entsprechende Darstellung, mit der Darstellung der Teile in einer von der Null-Grad-Lage weitergedrehten Stellung der Steuerstange für die erste Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
20 eine der 15 entsprechende Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
21 eine teilweise Ansicht der in 20 gezeigten Vorrichtung zur Ventilbetätigung von oben unter Weglassung unwesentlicher Teile,
22 eine perspektivischer Darstellung einer bei der sechsten Ausführungsform verwendeten Antriebswelle,
23 in gestrichelten Linie die Lage der Teile nach der sechsten Ausführungsform in der Stellung einer Steuerstange in der Null-Grad-Lage für eine erste Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt, und in ausgezogenen Linie die Darstellung der Teile in einer aus der Null-Grad-Lage verdrehten Stellung der Steuerstange für die zweite Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
24 in gestrichelten Linien die Stellung der Teile bei der sechsten Ausführungsform für die erste Motorbetriebsart zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein maximales Öffnungsmaß, und in ausgezogenen Linien die Stellung der Teile bei der für die zweite Motorbetriebsart verdrehten Stellung der Steuerstange zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein vergrößertes maximales Öffnungsmaß L₂,
25 eine der 20 entsprechende Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ventilbetätigung,
26 in gestrichelten Linie die Lage der Teile nach der siebten Ausführungsform in der Stellung einer Steuerstange in der Null-Grad-Lage für eine erste Motorbetriebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt, und in ausgezogenen Linie die Darstellung der Teile in einer aus der Null-Grad-Lage verdrehten Stellung der Steuerstange für die zweite Motorbe triebsart, die den zugehörigen Ventilstößel in seiner Ruhelage beläßt,
27 in gestrichelten Linien die Stellung der Teile bei der siebten Ausführungsform für die erste Motorbetriebsart zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein maximales Öffnungsmaß, und in ausgezogenen Linien die Stellung der Teile bei der für die zweite Motorbetriebsart verdrehten Stellung der Steuerstange zum Anheben des zugehörigen Ventilstößels um ein vergrößertes maximales Öffnungsmaß L₂,
28 Kurven der bei der siebten Ausführungsform auf den Schwenkarm ausgeübten unterschiedlichen Belastung in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle.
In der zugehörigen Zeichnung werden in allen Figuren zur Vereinfachung der Beschreibung gleiche Bezugsziffern und Buchstaben zur Bezeichnung gleicher oder sich entsprechender Teile verwendet.
In den 1 bis 3 bezeichnet die Bezugsziffer 11 den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle. Der Motor hat für jeden Zylinder vier Ventile, nämlich zwei Einlaßventile 12 und zwei (nicht dargestellte) Auslaßventile. Nicht dargestellte Ventilführungen des Zylinderkopfs 11 halten die Einlaßventile 12.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung arbeitet mit wenigstens einem Zylinderventil, das sich beim Ansaug- oder beim Auslaßtakt des Zylinders öffnet. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung werden die Einlaßventile 12 als Beispiel für die Ventile des Zylinders genommen. Das beschriebene Ventil kann jedoch in gleicher Weise auch als Auslaßventil ausgebildet sein.
An dem Zylinderkopf 11 befindliche Nockenlager, von denen eines bei 14 dargestellt ist, halten eine Antriebswelle 13, die einen Hohlraum aufweist (vgl. 3), sowie eine Steuerstange 16. Gemäß 3 liegt die Antriebswelle 13 oberhalb von und in Betätigungskontakt mit Ventilstößeln 19 für die Einlaßventile 12. Das Nockenlager 14 weist einen Hauptträger 14a auf, der die Antriebswelle 13 an dem Zylinderkopf 11 hält. Ein Hilfsträger 14b hält die Steuerstange 16 an dem Hauptträger 14a in Abstand von der Antriebswelle 13. Ein Paar von Befestigungselementen in Form von Schraubbolzen 14c (vgl. 1) legt die Träger 14a und 14b an dem Zylinderkopf 11 fest. Eine (nicht dargestellte) Kurbelwelle überträgt die Antriebskraft vom Motor über Zahnriemen und eine Steuerkette auf die Antriebswelle 13. Die Antriebswelle 13 verläuft vom Vorderende des Zylinderkopfs 11 bis zu dessen hinterem Ende.
Die Antriebswelle 13 hat zwei axial beabstandete exzentrische Drehnocken 15 je Zylinder. Die auch als Treibnocken zu bezeichnenden exzentrischen Drehnocken 15 sind an der Antriebswelle 13 befestigt. Wie am besten aus 2 ersichtlich, sind jeweils zwei exzentrische Drehnocken 15 für die beiden Einlaßventile 12 vorgesehen. Sie sind axial voneinander beabstandet und befinden sich außerhalb des Bewegungsbereiches der Ventilstößel 19 für die Einlaßventile 12. Wie auch aus 4 ersichtlich, hat jeder exzentrische Drehnocken 15 einen kreisförmigen Nockenbereich 15a und einen kreisförmigen Flanschbereich 15b und ist mit einer Durchgangsöffnung 15c versehen. Die Antriebswelle 13 ist mit Preßsitz in die Durchgangsöffnungen 15c der exzentrischen Drehnocken 15 eingepaßt. Der kreisförmige Nockenbereich 15a jedes exzentrischen Drehnockens 15 hat eine zylindrische Außenumfangsfläche 15d und eine Achse bzw. Mitte X, die gegenüber einer Achse Y, nämlich der Drehachse der Antriebswelle 13, versetzt ist. Bei dieser Ausführungsform haben die exzentrischen Drehnocken 15 jedes Zylinders Achsen X, die in derselben Exzenter-Richtung und um dasselbe Maß gegenüber der Achse Y der Antriebswelle 13 versetzt sind. Bei Bedarf können sie jedoch auch in unterschiedlichen Exzenter-Richtungen und/oder Abständen gegenüber der Wellenachse Y versetzt sein.
Wie in 2 und 3 gezeigt, haben die exzentrischen Drehnocken 15 in von dem Nockenlager 14 fortweisenden Richtungen einen axialen Abstand, um es Ventilbetätigungsnocken 20 zu ermöglichen, mit den Ventilstößeln 19 in Kontakt zu kommen. Aus 2 ist ersichtlich, daß die exzentrischen Drehnocken 15 auf der rechten und der linken Seite des Nockenlagers 14 nicht gleich gestaltet sind, sondern hinsichtlich einer gedachten, das Nokkenlager 14 teilenden vertikalen Ebene spiegelbildlich geformt sind. Dabei haben die spiegelbildlichen exzentrischen Drehnocken 15 ihre Flanschbereiche 15b auf der von dem Nockenlager 14 entfernten Seite der kreisförmigen Nockenbereiche 15a.
2 zeigt, daß die Ventilbetätigungsnocken 20 auf der linken und der rechten Seite nicht gleich gestaltet sind. Sie sind hinsichtlich der gedachten vertikalen Teilungsebene spiegelbildlich geformt. Die spiegelbildlichen Ventilbetätigungsnocken 20 haben Öffnungen 22a und zueinander hinweisende Naben 22, die sich in Anlagekontakt mit den gegenüberliegenden Flächen des Nockenlagers 14 befinden. Bei dieser Ausführungsform haben die spiegelbildlichen Ventilbetätigungsnocken 20 dasselbe, in 1 gezeigte Profil, obwohl sie bei Bedarf auch unterschiedliche Profile haben können.
Die Antriebswelle 13 verläuft durch die Öffnungen 22a der Ventilbetätigungsnocken 20 und die Durchgangsöffnungen 15c der exzentrischen Drehnocken 15. Eine Drehung der Antriebswelle 13 um die Achse Y leitet kein oder nur ein geringes Drehmoment in die Ventilbetätigungsnocken 20 ein, obgleich sie eine Drehung der exzentrischen Drehnocken 15 als eine Einheit mit der Antriebswelle 13 bewirkt.
Wie am besten aus 1 ersichtlich, weist jeder Ventilbetätigungsnocken 20 eine Nockenvorsprung 23 auf, der von der zugehörigen Nabe 22 nach außen verläuft und mit einer Umfangsnocken fläche in Betätigungskontakt mit dem zugehörigen Ventilstößel 19 ist. Die Umfangsnockenfläche besteht aus einem Basiskreisteil 24a, der einen Teil eines Basiskreises um die Wellenachse Y bildet, einen eine Rampe bildenden Steigungsteil 24b und einen Hubteil 24c, der einen Hub des Nockenvorsprungs 23 bildet.
Die Steuerstange 16 hat eine Steuerstangenachse P2 sowie axial beabstandete exzentrische Steuernocken 17, jeweils in der Form einer Buchse 17 mit einer Achse P1 und einem verdickten Teil 17a. Gemäß 2 sind die Steuernocken 17 auf der rechten bzw. linken Seite des Nockenlagers 14 angeordnet und an der Steuerstange 16 zu gemeinsamer Drehung um die Steuerstangenachse P2 festgelegt. Gemäß 1 ist die Achse P1 jedes Steuernockens 17 gegenüber der Steuerstangenachse P2 in Richtung zu der Antriebswelle 13 hin um ein Maß α versetzt. Die auf der rechten und der linken Seite des Nockenlagers 14 angeordneten Steuernocken 17 tragen jeweils Kulissenhebel 18, die um die Achse P1 schwenkbeweglich sind.
Gemäß 2 und 3 haben die Kulissenhebel 18 Buchsen 18a, die jeweils die Steuernocken 17 aufnehmen. Die Buchsen 18a können sich gegenüber den Steuernocken 17 um die Achse P1 drehen.
Gemäß 2 und 3 sind die Kulissenhebel 18 rechts und links des Nockenlagers 14 nicht identisch ausgebildet, sondern spiegelbildlich bezüglich der gedachten, das Nockenlager 14 teilenden vertikalen Ebene. Im einzelnen haben die beiden spiegelbildlichen Kulissenhebel 18 erste Arme 18b und zweite Arme 18c. Die ersten Arme 18b verlaufen von den Buchsen 18a radial nach außen und bilden an den Buchsen 18a den von dem Nockenlager 14 am weitesten entfernten Teil des linken und des rechten Kulissenhebels 18. Die zweiten Arme 18c verlaufen in einer anderen Richtung von den Buchsen 18a radial nach außen und bilden deren dem Nockenlager 14 am nächsten liegenden Teil des linken und des rechten Kulissenhebels 18.
Die ersten Arme 18b wirken jeweils mit den angrenzenden exzentrischen Drehnocken 15 zusammen, während die zweiten Arme 18c jeweils mit den angrenzenden Ventilbetätigungsnocken 20 zusammenwirken. Wie am besten aus 2 ersichtlich, sind die zweiten Arme 18c mit den jeweiligen Ventilbetätigungsnocken 20 vertikal ausgerichtet.
Die ersten Arme 18b und die angrenzenden exzentrischen Drehnocken 15 sind jeweils durch Kurbelarme 25 miteinander verbunden, während die zweiten Arme 18c und die angrenzenden Ventilbetätigungsnocken 20 durch Laschen 26 verbunden sind.
Wie am besten aus 1 zu erkennen, hat jeder Kurbelarm 25 einen ringförmigen Basisteil 25a und daran einen radialen Vorsprung 25b. In dem ringförmigen Basisteil 25a ist eine zylindrische Bohrung 25c ausgebildet, die den kreisförmigen Nockenbereich 15a des exzentrischen Drehnockens 15 aufnimmt. Im einzelnen hat der ringförmige Basisteil 25a eine zylindrische Innenwand, die die Bohrung 25c bildet. Diese zylindrische Innenwand grenzt mit Gleitkontakt an die zylindrische Außenumfangsfläche 15d, um eine Bewegung des ringförmigen Nockens 15a gegenüber dem ringförmigen Basisteil 25a zu ermöglichen. Der radiale Vorsprung 25b weist eine Öffnung 25d zur Aufnahme eines Stiftes 21 auf, der in einer durch den ersten Arm 18b des angrenzenden Kulissenhebels 18 gebohrten Öffnung 18d sitzt. Bei dieser Ausführungsform sitzt der Stift 21 an einem Ende mit Preßsitz in der Öffnung 18d, um den Stift 21 gegenüber dem ersten Arm 18b unbewegbar zu machen. An dem anderen Ende ist er in die Öffnung 25d eingesetzt, um eine Drehung des radialen Vorsprungs 25b gegenüber dem Stift 21 zu ermöglichen. Ein Sprengring 30 greift in den Stift 21 ein, um ein Lösen des radialen Vorsprungs 25b von dem Stift 21 zu verhindern. Falls gewünscht, kann ein Stift 21 an dem radialen Vorsprung 25b festgelegt werden. In diesem Fall wird der Stift 21 in die Öffnung 18d des ersten Arms 18b zum Ermöglichen einer Drehung des ersten Arms 18b gegenüber dem Stift 21 eingesetzt. In beiden Fäl len muß der Stift 21 fest genug sein, um die Öffnungen 18d und 25d miteinander ausgerichtet zu halten.
Jede Lasche 26 ist gerade mit runden Enden 26a und 26b. Das runde Ende 26a hat eine Öffnung 26c zur Aufnahme eines Stiftes 28, der mit Preßsitz in eine durch den zweiten Arm 18c des angrenzenden Kulissenhebels 18 gebohrte Öffnung 18e eingesetzt ist. Wie in 2 gezeigt, ist ein Sprengring 31 in Eingriff mit dem Stift 28, um ein Lösen der Lasche 26 von dem Stift 28 zu verhindern. Das andere runde Ende 26b hat eine Öffnung 26d zur Aufnahme eines Stiftes 29, der mit Preßsitz in eine durch den Nockenvorsprung 23 des zugehörigen Ventilbetätigungsnockens 20 gebohrte Öffnung 23a (vgl. 2) eingesetzt ist. Ein Sprengring 32 ist in Eingriff mit dem Stift 29, um ein Lösen der Lasche 26 von dem Stift 29 zu verhindern. In diesem Fall ist der Stift 28 gegenüber dem zweiten Arm 18c des Kulissenhebels 18 festgelegt, und der Stift 29 ist gegenüber dem Ventilbetätigungsnocken 20 festgelegt, während die Lasche 26 sich gegenüber den Stiften 28 und 29 drehen kann. Falls gewünscht, können die Stifte 28 und 29 an der Lasche 26 festgelegt werden. Der Stift 28 wird in diesem Fall in die Öffnung 18e des zweiten Arms 18c eingesetzt, um eine Drehung des zweiten Arms 18c gegenüber dem Stift 28 zu ermöglichen. Ferner wird der andere Stift 29 in die Öffnung 23a des Ventilbetätigungsnockens 20 eingesetzt, um eine Drehung des Ventilbetätigungsnockens 20 gegenüber dem Stift 29 zu ermöglichen. In beiden Fällen muß der Stift 28 fest genug sein, um die Öffnungen 26c und 18e in Ausrichtung miteinander zu halten, und der Stift 29 muß fest genug sein, um die Öffnungen 26d und 23a in Ausrichtung miteinander zu halten.
Ein Stellglied in Form eines nicht dargestellten elektromagnetischen Stellantriebes steht mit der Steuerstange 16 in Antriebsverbindung. Desgleichen ist ein nicht dargestellter elektronischer Steuermodul bzw. eine Steuerung oder Regelung vorgesehen. Sensoren an dem Motor senden Informationen über die Motordrehzahl, die Motorleistung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Kühlmitteltemperatur an den elektronischen Steuermodul. Bei einem vorgegebenen Schaltpunkt gibt der elektronische Steuermodul ein Signal an das Stellglied für die Steuerstange 16.
Gemäß 1 erstrecken sich der Basiskreisteil, der Steigungsteil und die Hubteile 24a, 24b, 24c jedes Ventilbetätigungsnockens 20 über Winkel θ1, θ2, θ3 um die Achse Y der Antriebswelle 13, im Term des Kurbelwellenwinkels ausgedrückt. Das Ventilhubdiagramm von 5 zeigt die Kontur der äußeren Nockenfläche des Ventilbetätigungsnockens 20. Aus der weiteren Erörterung wird ersichtlich, daß der Schwenkwinkel, um den jeder Ventilbetätigungsnocken 20 sich drehen kann, auf ein ausreichendes Maß vergrößert werden kann, da die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung den Einsatz eines Kulissenhebels mit einem größerem Hebelverhältnis ermöglicht. Das Hebelverhältnis ist das Verhältnis des Abstandes zwischen dem Mittelpunkt des Stiftes 28 und der Achse P1 gegenüber dem Abstand zwischen der Achse P1 und dem Mittelpunkt des Stiftes 21. Dieser ausreichend vergrößerte Schwenkwinkel ermöglicht den Einsatz einer genügend langen Steigung, um die Geschwindigkeit herabzusetzen, mit der der Ventilbetätigungsnocken 20 an den Ventilstößel anschlägt, womit zur Geräuschminderung bei diesem Zusammenwirken beigetragen wird.
Bei dieser Ausführungsform verdreht das Stellglied die Steuerstange 16 zwischen der Stellung der 6A und der Stellung der 7A. Dabei ist die Stellung der 7A dieselbe wie in 1.
Während der Verstellung von der Stellung der 7a in die Stellung der 6A kreist der verdickte Teil 17a jedes Steuernockens 17 im Gegenuhrzeigersinn um die Steuerstangenachse P2, wenn sich die Steuerstange 16 im Gegenuhrzeigersinn um einen bestimmten Winkel von beispielsweise 220 Grad dreht. Diese Kreisbewegung wird durch die Drehung im Uhrzeigersinn des Kurbelarms 25 gegenüber dem exzentrischen Drehnocken 15 ermöglicht. Als Ergebnis dieser Bewegung ändert sich die Richtung der Exzentrizität der Achse P1 jedes Steuernockens 17 gegenüber der Steuerstangenachse P2 in einem bestimmten Winkel, und die Achse P1 jedes Steuernockens 17 wird um ein bestimmtes Maß versetzt. Dies veranlaßt jeden Kulissenhebel 18, den zugehörigen Stift 28 aus der Stellung der 7A in die Stellung der 6A zu verstellen und zu bewirken, daß die Lasche 26 den Ventilbetätigungsnocken 20 im Gegenuhrzeigersinn aus der Stellung der 7A in die Stellung der 6A verdreht.
Bei einer entgegengesetzten Verstellung aus der Stellung der 6A in die Stellung der 7A kreist der verdickte Teil 17a im Uhrzeigersinn um die Achse P2, wenn die Steuerstange 16 sich im Uhrzeigersinn um den bestimmten Winkel von beispielsweise 220 Grad dreht. Diese Kreisbewegung wird durch die Drehung des Kurbelarms 25 gegenüber dem exzentrischen Drehnocken 15 im Uhrzeigersinn ermöglicht. Dies veranlaßt jeden Kulissenhebel 18, den zugehörigen Stift 28 aus der Stellung der 6A in die Stellung der 7A abzusenken und zu bewirken, daß die Lasche 26 den Ventilbetätigungsnocken 20 im Uhrzeigersinn aus der Stellung der 6A in die Stellung der 7A verdreht.
Es sei angenommen, daß die Achse P1 die Stellung gemäß 7A und 7B für die zweite Motorbetriebsart einnimmt. Bei dieser Ausführungsform stellt die zweite Motorbetriebsart den Motorbetrieb bei hoher Drehzahl und großer Belastung dar. Bei laufendem Motor verursacht eine Drehung der Antriebswelle 13 um 360 Grad eine Kreisbewegung der Achse X um die Achse Y um 360 Grad. Die erste Hälfte jeder solchen Kreisbewegung der Achse X verursacht eine Bewegung des Stiftes 21 aus der Stellung der 7A in die Stellung der 7B. Die der ersten Hälfte folgende zweite Hälfte verursacht eine Bewegung des Stiftes 21 aus der Stellung der 7B in die Stellung der 7A. Die Drehung der Antriebswelle 13 wird auf diese Weise in eine hin- und hergehende Bewegung des Stiftes 21 zwischen der Stellung der 7A und der Stellung der 7B umgesetzt. Diese hin- und hergehende Bewegung des Stiftes 21 wird durch den Kulissenhebel 18, den Stift 28, die Lasche 26 und den Stift 29 in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung des Ventilbetätigungsnockens 20 zwischen der Stellung der 7A und der Stellung der 7B umgewandelt. Die hin- und hergehende Schwenkbewegung des Ventilbetätigungsnockens 20 bewirkt, daß der Ventilstößel 19 zwischen der geschlossenen Stellung der 7A und der geöffneten bzw. abgehobenen Stellung der 7B um ein Hubmaß L2 wechselt. Die voll ausgezogene Kurve in 8 stellt ein Ventilöffnungsdiagramm für jedes Einlaßventil 12 unter dieser Voraussetzung dar. Die 8 zeigt gleichzeitig in einer strichpunktierten Linie ein Ventilöffnungsdiagramm des zugehörigen Auslaßventils. Aus diesen beiden Ventilöffnungsdiagrammen wird ersichtlich, daß die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung eine ausreichend lange Ventilöffnungszeit bietet, die bei hoher Motordrehzahl und großer Belastung für die Einlaßventile 12 erforderlich ist. Dabei werden die Kontur der Steigung und die Steigungs- und Hubteile 24b, 24c jedes Ventilbetätigungsnockens 20 bei der Hin- und Herbewegung in Betätigungskontakt mit den zugehörigen Ventilstößeln 19 gebracht.
Es sei nunmehr angenommen, daß die Achse P1 die Stellung der 6A und 6B für die erste Motorbetriebsart einnimmt, die in diesem Fall den Betrieb des Motors bei niedriger Drehzahl und geringer Belastung darstellt. Beim Lauf des Motors wird die Drehung der Antriebswelle 13 in eine hin- und hergehende Bewegung des Stiftes 21 zwischen der Stellung der 6A und der Stellung der 6B umgewandelt. Die hin- und hergehende Bewegung des Stiftes 21 wird durch den Kulissenhebel 18, den Stift 28, die Lasche 26 und den Stift 29 in eine hin- und hergehende Bewegung des Ventilbetätigungsnockens 20 zwischen der Stellung der 6A und der Stellung der 6B übertragen. Die hinund hergehende Bewegung des Ventilbetätigungsnockens 20 verursacht ein Wechseln des Ventilstößels 19 zwischen seiner geschlossenen Stellung der 6A und seiner geöffneten bzw. abgehobenen Stellung der 6B um ein Hubmaß L1, welches kleiner als das Hubmaß L2 (7B) ist. Die punktierte Kurve in 8 stellt das Ventilöffnungsdiagramm jedes Einlaßventils 12 unter dieser Bedingung dar. Die Vorrichtung zur variablen Ven tilbetätigung bietet ersichtlich eine kurze Ventilöffnungsdauer, die für die Einlaßventile 12 erforderlich ist, um eine Überlappung mit dem Auslaßventil beim Betrieb des Motor mit niedriger Geschwindigkeit und geringer Last zu minimieren. Dabei kommt nur ein Teil des Hubteils 24c jedes Ventilbetätigungsnockens 20 bei der Hin- und Herbewegung in Betätigungskontakt mit dem zugehörigen Ventilstößel 19.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die Antriebswelle 13 nicht nur die exzentrischen Drehnocken 15 trägt, sondern auch die Ventilbetätigungsnocken 20. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung in einem seitlich eingeschränkten Raum über dem Zylinderkopf unterzubringen.
Infolge der schwenkbar über der Antriebswelle 13 angebrachten Kulissenhebel 18 verlaufen die ersten Arme 18b zum Zylinderkopf hin (vgl. 1) und tragen damit zur Verringerung der Gesamtgröße der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung bei. Damit kann die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung leicht in den Motor eingebaut werden.
Eine weitere Abwandlung in der Konstruktion der Antriebswelle 13 ist beim Einbau der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung nicht erforderlich, so daß deren Montage vereinfacht wird.
Beim Einbau der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung muß die Wellenachse Y, um die die Achse X der exzentrischen Drehnocken 15 kreist, mit dem Drehmittelpunkt der Ventilbetätigungsnocken 20 ausgerichtet sein, um die Genauigkeit der Ventilsteuerung über die Lebensdauer des Motors zu gewährleisten. Diese Ausrichtung wird bei der ersten Ausführungsform durch die Konstruktion erzielt, bei der die Antriebswelle 13 die exzentrischen Drehnocken 15 und die Ventilbetätigungsnocken 20 trägt.
Bei der Anordnung der exzentrischen Drehnocken 15 befinden sich diese an Stellen, die einen Abstand von den Ventilstößeln 19 haben und deshalb außerhalb von deren Bewegungsbereich sind. Damit ist die Verwendung von exzentrischen Drehnocken 15 möglich geworden, die eine größere gesamte Radialabmessung haben. Ferner bestehen verbesserte Möglichkeiten in der Gestaltung der äußeren Kontur an den äußeren Nockenbereichen 15a der exzentrischen Drehnocken 15. Dadurch ist es möglich geworden, einen exzentrischen Drehnocken mit einer ausreichenden Breite einzusetzen, um die Auflagerspannung, der der Nocken unterworfen ist, auf ein genügend niedriges Niveau abzusenken.
Bei dieser Ausführungsform steht jeder exzentrische Drehnocken 15 mit seiner Umfangsfläche 15d in Kontakt mit der zylindrischen Bohrung 25c, die die zylindrische Innenward des zugehörigen Kurbelarms 25 bildet. Damit wird wirkungsvoll die Lagerbeanspruchung verteilt, der der exzentrische Drehnocken 15 unterworfen ist, und das Auftreten örtlicher Beanspruchungen wird unterdrückt. Dadurch wird eine deutliche Verringerung in der Abnutzung der zylindrischen Außenumfangsfläche 15d erzielt und die Schmierung vereinfacht. Die Verringerung der Lagerbelastung erweitert die Auswahlmöglichkeit an Materialien, aus denen die exzentrischen Drehnocken 15 gefertigt werden können, dahingehend, daß kostengünstige und leicht zu bearbeitende Materialien verwendet werden können.
Gemäß 1 kann die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung als eine Sechs-Glied-Anordnung betrachtet werden. Der Mechanismus besteht dabei aus folgenden sechs Gelenken:
Das erste Glied verbindet die Achsen Y und X;
das zweite Glied verbindet die Achse X und den Mittelpunkt des Stiftes 21;
das dritte Glied verbindet den Mittelpunkt des Stiftes 21 und den Mittelpunkt des Stiftes 28;
das vierte Glied verbindet den Mittelpunkt des Stiftes 28 und den Mittelpunkt des Stiftes 29;
das fünfte Glied verbindet den Mittelpunkt des Stiftes 29 und die Achse Y; und
das sechste Glied verbindet die Achse Y und die Achse P1.
Das dritte Glied zwischen den Stiften 21 und 28 wird dabei von einem um die Achse P1 schwenkbaren Hebel gebildet. Bei gleicher in den Stift 21 eingeleiteter Eingangsverlagerung kann eine Vergrößerung des Hebelverhältnisses die Ausgangsverlagerung des Stiftes 28 vergrößern. Das Hebelverhältnis ist das Verhältnis des Abstandes zwischen der Schwenkachse P1 und dem Mittelpunkt des Stiftes 28 gegenüber dem Abstand zwischen der Schwenkachse P1 und dem Mittelpunkt des Stiftes 21. Dieses Verhältnis kann ohne einen Verlust an übertragener Bewegung ausreichend vergrößert werden, da das dritte Glied jeden Kurbelarm 25 und den zugehörigen Ventilbetätigungsnocken 20 zuverlässig miteinander verbindet. Infolgedessen ist es nicht mehr erforderlich, die Exzentrizität jedes exzentrischen Drehnockens 15 zu vergrößern, um eine ausreichend lange Ausgangsverlagerung des Stiftes 28 zu erzielen.
Die Laschen 26 verbinden jeweils die Kulissenhebel 18 und die zugehörigen Ventilbetätigungsnocken 20. Dies gewährleistet eine zuverlässige Bewegungsverbindung zwischen den Kulissenhebeln 18 und den Ventilbetätigungsnocken 20 auch dann, wenn das Hebelverhältnis der Kulissenhebel vergrößert wird. Auf diese Weise ist durch den Einsatz von Kulissenhebeln 18 mit einem ausreichend vergrößerten Hebelverhältnis ein genügend großer Schwenkwinkel der Ventilbetätigungsnocken 20 gegeben, wodurch Ventilbetätigungsnocken mit einer ausreichend langen Steigung (θ2) eingesetzt werden können. Eine ausreichend lange Steigung bewirkt ein Verringern der Geschwindigkeit, mit der der Ventilbe tätigungsnocken 20 auf den Ventilstößel 19 trifft, und führt damit zu einer Geräuschminderung.
Der Kulissenhebel 18 ist durch die Lasche 26 ohne Unterstützung einer Rückstellfeder mit dem Ventilbetätigungsnocken 20 verbunden, wodurch zwischen ihnen eine Betätigungsverbindung über einen relativ großen Winkel, über welchen sich der Kulissenhebel 18 drehen kann, sichergestellt wird. Somit kann die Achse P1 um einen ausreichend großen Betrag bewegt werden, um die Anforderung für einen zunehmenden Modifikations- bzw. Änderungsbetrag der Zeitsteuerung des Ventils zu erfüllen.
Das zwischen den beiden Einlaßventilen 12 angeordnete Nockenlager 14 trägt die Steuerstange 16. Auf diese Weise ist beim Einbau der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung keine Änderung des Zylinderkopfes an einem üblichen Motor erforderlich, so daß zusätzliche Kosten niedrig gehalten werden. Die Antriebswelle 13 der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung ist dort eingebaut, wo die übliche Nockenwelle angebracht war, so daß keinerlei Änderung an diesem Teil des Zylinderkopfes erforderlich ist.
Die Kulissenhebel 18 sind über der Antriebswelle 13 angeordnet, womit die Vergrößerung in der Höhe des Zylinderkopfes minimal gehalten wird.
Die zweite Ausführungsform ist in 9 bis 12 dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht weitgehend der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß die Ventilbetätigungsnocken 20 für jeden Zylinder eine bauliche Einheit bilden (integriert sind), so daß sie sich um die Wellenachse Y der Antriebswelle 13 drehen können. Zum Betätigen der integrierten Ventilbetätigungsnocken 20 sind daher je Zylinder ein exzentrischer Drehnocken 15, ein Kurbelarm 25, ein Kulissenhebel 18 und eine Lasche 26 erforderlich.
Die integrierten Ventilbetätigungsnocken 20 haben eine gemeinsame Nabe 22. 9 zeigt, daß der Ventilbetätigungsnocken 20 an der rechten Seite des Nockenlagers 14 nicht mit einer Lasche zur Verbindung mit dem Kulissenhebel 18 ausgestattet ist.
Die gemeinsame Nabe 22 ist verhältnismäßig lang und verbindet die axial beabstandeten Ventilbetätigungsnocken 20. Diese Konstruktion ist vorteilhaft, um die Ventilbetätigungsnocken 20 der richtigen Lage gegenüber den zugehörigen Ventilstößeln 19 zu halten.
Die Nockenvorsprünge 23 der Ventilbetätigungsnocken 20 haben bei dieser Ausführungsform ein identisches Profil, jedoch können bei Bedarf auch unterschiedliche Nockenvorsprünge verwendet werden. Unter der Voraussetzung, daß zwei unterschiedliche Nockenvorsprünge 23 mit verschiedenen Ventilhüben vorgesehen sind, kann eine gewünschte Verwirbelung in dem Zylinder erzeugt werden.
13 zeigt die dritte Ausführungsform, die im wesentlichen die gleiche ist wie die erste Ausführungsform mit der Ausnahme, daß ein integraler Arm 36 eines Ventilbetätigungsnockens 20 sowie ein Stift 38 und eine Ausnehmung 35 an die Stelle der Lasche 26 und der Stifte 28, 29 getreten sind (vgl. 1).
Der Arm 36 hat gemäß 13 die Form eines Vorsprungs an dem Nockenvorsprung 23 des Ventilbetätigungsnockens 20. An seinem freien Ende ist in dem Arm 36 eine Öffnung 37 ausgebildet, die den Stift 38 aufnimmt. Der Kulissenhebel 18 der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform dadurch, daß sein zweiter Arm 18c die Ausnehmung 35 anstelle der den Stift 28 aufnehmenden Öffnung 18e hat (vgl. 2). Die Ausnehmung 35 ist nach innen zu der Achse P1 hin ausgeschnitten, um die der Kulissenhebel 18 verschwenkt. Der Stift 38 wird von der Ausnehmung 35 aufgenommen, um die gelenkige Verbindung zu bilden, die die Schwenkbewegung des Ventilbetätigungsnockens 20 in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung des Ku lissenhebels 18 ermöglicht. Bei der Schwenkbewegung des Kulissenhebels 18 kann der Stift 38 an den beiden angrenzenden Wänden der Ausnehmung 35 entlanggleiten.
Der Vorteil der dritten Ausführungsform besteht darin, daß die Vorrichtung von dem Gewicht der Lasche 26 entlastet ist, um die Massenträgheit zu verringern, und daß sie im Sinne einer kompakteren Ausbildung deutlich verkleinert ist.
In 14 ist die vierte Ausführungsform gezeigt, die im wesentlichen die gleiche ist wie die erste Ausführungsform mit der Ausnahme, daß eine gekrümmte Lasche 26A anstelle der geraden Lasche 26 vorgesehen ist. Die Lasche 26A ist gekrümmt, um ein Zusammentreffen mit der Antriebswelle 13 zu vermeiden.
Obgleich bei der ersten und der zweiten Ausführungsform zwei Einlaßventile je Zylinder zur Erläuterung der Erfindung gedient haben, kann die Erfindung auch bei zwei Auslaßventilen je Zylinder angewandt werden. Desgleichen kann die Erfindung auch sowohl für die Einlaß- als auch die Auslaßventile zum Einsatz kommen. Ebenso kann sie auch bei nur einem Ventil, das als Ein- laß- oder Auslaßventil ausgebildet ist, realisiert werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsformen geht hervor, daß eine Folge von Nockenlagern 14 die Steuerstange 16 und die Antriebswelle 13 trägt, die ihrerseits die die Einlaßventile 12 steuernden Ventilbetätigungsnocken 20 halten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt, vielmehr schließt sie auch eine Abwandlung dahingehend ein, daß eine Folge von Nockenlagern die Antriebswelle und die Steuerstange halten, während eine stationäre Welle die Ventilbetätigungsnocken trägt. In diesem Fall steuern die Ventilbetätigungsnocken die ersten Ventile, etwa die Einlaßventile, und die Antriebswelle hat zweite Ventilbetätigungsnocken zum Betätigen der zweiten Ventile, etwa der Auslaßventile. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann die Steuerstange 16 für die Ku lissenhebel über die zweiten Ventilbetätigungsnocken oder über die zuerst genannten Ventilbetätigungsnocken gehalten werden.
Diese Abwandlung wird im Zusammenhang mit der fünften bis siebten Ausführungsform anhand der 15 bis 27 näher beschrieben.
Die 15 bis 17 zeigen die fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung. Die Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in 9 bis 12 gezeigten zweiten Ausführungsform. In der fünften Ausführungsform ist die Erfindung an einem V-Motor mit einem Zylinderkopf 11 realisiert, jedoch könnte sie auch an einem gewöhnlichen Reihenmotor verwirklicht sein. Die Erfindung bezieht sich speziell auf die Einlaßventile, von denen nur eines bei 12 in der 15 gezeigt ist.
Im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform hält eine Reihe von Nockenlagern 50 für eine Eunlaßnockenwelle eine stationäre Welle 52. An den beiden Enden ist die stationäre Welle 52 an dem Zylinderkopf 11 mit Befestigungselementen festgelegt, von denen nur eines bei 54 in 17 gezeigt ist. Die stationäre Welle 52 trägt daran drehbare Ventilbetätigungsnocken 20, die sich um die Achse der stationären Welle 52 drehen können, um auf Ventilstößel 19 zu drücken, von denen nur einer in 15 dargestellt ist.
Eine Folge von Nockenlagern 56 für eine Auslaßnockenwelle trägt eine Antriebswelle 13 und eine Steuerstange 16. Jedes Nockenlager 56 weist einen Hauptträger 56a auf, der die Antriebswelle 13 an dem Zylinderkopf 11 hält. Ein Hilfsträger 56b hält die Steuerstange 16 an dem Hauptträger 56a. Ein Paar Befestigungselemente 56c sichert die Träger 56a und 56b an dem Zylinderkopf 11. Die Antriebswelle 13 hat als zweite Ventilbetätigungsnocken Auslaßnocken 58, die an der Antriebswelle 13 zu gemeinsamer Drehung in der gleichen Weise befestigt sind, wie es bei einer üblichen Auslaßnockenwelle der Fall ist. Die zweiten Ventilbe tätigungsnocken 58 können sich mit der Antriebswelle 13 drehen zum Betätigen von Ventilstößeln, von denen nur einer bei 60 in 15 gezeigt ist, für Auslaßventile, von denen nur eines bei 62 in 15 gezeigt ist.
Wie aus 17 ohne weiteres ersichtlich, hat die eine Wellenachse aufweisende Antriebswelle 13 axial beabstandete exzentrische Drehnocken 15 für die jeweiligen Zylinder. Die exzentrischen Drehnocken 15 sind an der Antriebswelle 13 festgelegt und haben bezüglich der Wellenachse einen axialen Abstand von den zweiten Ventilbetätigungsnocken 58.
Die Steuerstange 16 hat axial beabstandete exzentrische Steuernocken 17 für die jeweiligen Zylinder. Die exzentrischen Steuernocken 17 tragen die jeweiligen Kulissenhebel 18, von denen jeder einen ersten Arm 18b und einen zweiten Arm 18c besitzt.
Kurbelarme 25 verbinden jeweils den ersten Arm 18b und den angrenzenden exzentrischen Drehnocken 15, und Laschen 26 verbinden die zweiten Arme 18c jeweils mit den angrenzenden Ventilbetätigungsnocken 20. Jeder Kurbelarm 25 hat einen ringförmigen Basisteil 25a und einen einteiligen radialen Vorsprung 25b. Für den Zusammenbau jedes Kurbelarms 25 mit einem exzentrischen Drehnocken 15 ist der ringförmige Basisteil 25a in zwei Stücke oder Teile aufgeteilt, die durch ein Paar Schrauben 64 vereinigt werden können.
In den 15 bis 17 sind bei 66 Zündkerzenhalter angedeutet. Auf den Zylinderkopf 11 ist eine Hebelabdeckung 68 aufgesetzt.
Die 18A und 18B entsprechen den 6A und 6B und zeigen die Einstellung der Teile für einen kleinen Ventilhub bei der ersten Motorbetriebsart. 19 entspricht der 7A und zeigt die Einstellung der Teile für einen großen Ventilhub bei der zweiten Motorbetriebsart.
Die Steuerstange 16 und die Kulissenhebel 18 sind über der als Auslaßnockenwelle dienenden Antriebswelle 13 angeordnet. Diese Anordnung eignet sich besonders zum Einbau in einen V-Motor, der einen Einbauraum in der Hebelabdeckung 68 über den Auslaßventilen 62 hat. Eine solche Anordnung der Steuerstange 16 ist dagegen nicht für den Einbau in einen querliegenden Reihenmotor geeignet, weil dort wenig Raum über den Auslaßventilen zur Verfügung steht, die vor den Einlaßventilen in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Die 20 bis 24 zeigen die sechste Ausführungsform mit einer Ausführung, die für den Einbau in den querliegenden Reihenmotor geeignet ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 15 bis 19 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß eine Steuerstange 16 und ein Kulissenhebel 18 in einem Bereich angeordnet sind, der über einer stationären Welle 52 liegt. Die Anbringungsart der Steuerstange 16 ist im wesentlichen dieselbe, wie es anhand der 1 erläutert worden ist. Ein weiterer Unterschied besteht in dem Einsatz eines exzentrischen Drehnockens 15, der bezüglich der Wellenachse Y der Antriebswelle 13 eine ausreichend große Radialerstreckung aufweist, um die Kurbelarme 25 leicht mit der Antriebswelle 13 zusammenbauen zu können. Jeder exzentrische Drehnocken 15 hat einen kreisförmigen Umfang und ein ausreichend breites Profil, um das Profil von jedem zweiten Ventilbetätigungsnocken 58 bei Ansicht der Antriebswelle 13 in Richtung der Wellenachse Y abzudecken, wie am besten aus 22 ersichtlich. Jeder Kurbelarm 25 unterscheidet sich bei dieser Ausführungsform von dem der fünften, in 15 bis 19 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß sein ringförmiger Basisteil 25a ein einteiliges Stück ist. Jeder Kurbelarm 25 ist demnach ein einstückiges Teil. Gemäß 22 kann jeder Kurbelarm 25 mit einem der exzentrischen Drehnocken 15 dadurch gekuppelt werden, daß nur der ringförmige Basisteil 25a in Richtung der Wellenachse Y bewegt wird. Dies ist möglich, weil die zweiten Ventilbetätigungsnocken 58 sich nicht mit einer solchen Bewegung des Kurbelarms 25 überschneiden.
In den 23 und 24 zeigt 23 den Auslaßhub und 24 den Einlaßhub. Die ausgezogene Linie in 23 zeigt die Stellung der Teile zum Erzeugen eines großen Ventilhubes bei der zweiten Motorbetriebsart. Andererseits zeigt die gestrichelte Linie in 23 die Stellung der Teile zum Erzeugen eines geringen Ventilhubes in der ersten Motorbetriebsart. Die ausgezogene Linie in 24 zeigt die Stellung der Teile für den großen Ventilhub bei der zweiten Motorbetriebsart. Die gestrichelte Linie in 24 zeigt die Stellung der Teile zum Erzeugen des geringen Ventilhubes in der ersten Motorbetriebsart.
Die 25 bis 27 zeigen die siebte Ausführungsform.
Gemäß 25 ist diese Ausführungsform im wesentlichen dieselbe wie die in 20 bis 24 dargestellte sechste Ausführungsform mit Ausnahme der Exzentrizität β jedes exzentrischen Drehnockens 15 bezüglich der Wellenachse Y der Antriebswelle 13. Gegenüber der sechsten Ausführungsform ist das Maß der Exzentrizität β zwischen der Achse X jedes exzentrischen Drehnockens 15 und der Wellenachse Y soweit vergrößert, daß ein größeres Hebelverhältnis D/E erhalten wird. D stellt dabei den Abstand zwischen dem Stift 21 und der Achse P1 dar und E den Abstand zwischen der Achse P1 und dem Stift 28. Bei dieser Ausführungsform ist das Ausmaß der Exzentrizität β ausreichend vergrößert, um den Einsatz eines Kulissenhebels 18 zu ermöglichen, bei dem die Abmessung E gegenüber D verkleinert ist, um die im wesentlichen gleichen Ventilhubcharakteristiken zu erhalten wie bei der sechsten Ausführungsform.
26 zeigt den Auslaßhub und 27 den Einlaßhub. Die ausgezogene Linie in 26 zeigt die Stellung der Teile zum Erzeugen eines großen Ventilhubes bei der zweiten Motorbetriebsart. Andererseits zeigt die gestrichelte Linie in 26 die Stellung der Teile zum Erzeugen eines geringen Ventilhubes in der ersten Motorbetriebsart. Die ausgezogene Linie in 27 zeigt die Stellung der Teile für den gro ßen Ventilhub bei der zweiten Motorbetriebsart. Die gestrichelte Linie in 27 zeigt die Stellung der Teile zum Erzeugen des geringen Ventilhubes in der ersten Motorbetriebsart.
28 zeigt den Wechsel der auf den Kurbelarm 25 infolge der Ventilfeder ausgeübten Belastung während des Einlaßhubes. Dabei werden ein erster und ein zweiter Fall in Betracht gezogen. Das Verhältnis zwischen der Exzentrizität β im ersten Fall und der im zweiten Fall beträgt 3:5. Im ersten Fall ist D:E = 4:5, im zweiten Fall ist D:E = 5:3. Die strichpunktierte Linie stellt die Belastungskurve im ersten Fall dar, während die ausgezogene Linie die Belastungskurve im zweiten Fall zeigt. 28 zeigt deutlich, daß eine Vergrößerung der Exzentrizität β die Belastung mindert, der der Kurbelarm 25 unterworfen ist. Das ermöglicht die Verwendung von dünnwandigem Material für den Kurbelarm 25 und den exzentrischen Drehnocken 15, womit eine erhebliche Gewichtsreduzierung in jedem der Bauelemente für die Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung bewirkt wird. Gleichzeitig wird eine gleichbleibende Arbeitsweise der Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung über deren gesamte Lebensdauer erzielt.
Zusammengefaßt hat eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung einen an einer Antriebswelle 13 zu gemeinsamer Drehung befestigten exzentrischen Drehnocken 15, einen drehbaren Ventilbetätigungsnocken 20, einen Kulissenhebel 18 mit einem ersten und einem zweiten Arm 18b, 18c, eine Steuerstange 16 mit einem exzentrischen Steuernocken 17 und einen Kurbelarm 25. Der exzentrische Steuernocken 17 trägt drehbeweglich den Kulissenhebel 18. Der Kurbelarm 25 verbindet den exzentrischen Drehnocken 15 und den ersten Arm 18b des Kulissenhebels 18. Eine Lasche 26 verbindet den zweiten Arm 18c des Kulissenhebels 18 und den Ventilbetätigungsnocken 20.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich.

Claims

Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung eines Zylinderventils für einen Motor mit obenliegender Nockenwelle, welcher pro Zylinder zumindest ein Zylinderventil (12) aufweist, umfassend: – eine Antriebswelle (13), – einen an der Antriebswelle (13) zur gemeinsamen Drehung befestigten Drehnocken (15), – mindestens einen schwenkbaren Ventilbetätigungsnocken (20), welcher zum Öffnen des Zylinderventils (12, 62) angeordnet ist, – einen Kulissenhebel (18) mit einem ersten Arm (18b) und einem zweiten Arm (18c), wobei sich der erste Arm (18b) in Betätigungsverbindung mit dem Drehnocken (15) befindet und sich der zweite Arm (18c) in Betätigungsverbindung mit dem Ventilbetätigungsnocken (20) befindet, und – eine Steuerstange (16) mit einem exzentrischen Steuernocken (17), wobei der exzentrische Steuernocken (17) den Kulissenhebel (18) verschwenkbar hält, – dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebswelle (13) drehbar an der Position einer obenliegenden Nockenwelle über dem Zylinderventil (12, 62) abgestützt ist, – der Drehnocken (15) als Exzenter ausgebildet ist, – die Vorrichtung weiter einen Kurbelarm (25) umfasst, welcher mit einer den exzentrischen Drehnocken (15) aufnehmenden Bohrung (25c) gebildet ist, und der den exzentrischen Drehnocken (15) und den ersten Arm (18b) des Kulissenhebels (18) miteinander verbindet, und – die Antriebswelle (13) den Ventilbetätigungsnocken (20) drehbar abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Beschränkungsmittel (26; 35, 38) zur Beschränkung eines Bereichs einer Drehbewegung des Ventilbetätigungsnockens (20) umfasst, um ein Außereingriffkommen des Ventilbetätigungsnockens (20) vom Kulissenhebel (18) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschränkungsmittel eine Lasche (26) umfasst, welche den zweiten Arm (18c) des Kulissenhebels (18) mit dem Ventilbetätigungsnocken (20) verbindet, um dazwischen eine Betätigungsverbindung bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) um eine Wellenachse (Y) drehbar ist, und dass der exzentrische Drehnocken (15) einen kreisförmigen Nockenbereich (15a) mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche (15d) und einem gegenüber der Wellenachse versetzten Mittelpunkt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarm (25) einen Basisteil (25a) mit der zylindrischen Bohrung (25c) und einen einteilig mit dem Basisteil (25a) ausgebildeten radialen Vorsprung (25b) besitzt.
Vorrichtung nach einem der Arisprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Stift (21), der den radialen Vorsprung (25b) und den ersten Arm (18b) des Kulissenhebels (18) durchsetzt, um eine Verbindung zur Übertragung einer Bewegung zwischen den Teilen zu schaffen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (16) um eine Steuerstangenachse (P2) drehbar ist und der exzentrische Steuernocken (17) als Buchse mit einer Buchsenachse (P1) und einem verdickten Teil (17a) ausgebildet ist, und dass die Buchsenachse (P1) gegenüber der Steuerstangenachse (P2) um ein bestimmtes Maß versetzt ist und die Buchse den Kulissenhebel (18) drehbeweglich um die Buchsenachse (P1) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschränkungsmittel eine aus einem Stift (38) und einer Ausnehmung (35) bestehende Anordnung umfasst, welche die Betätigungsverbindung zwischen dem zweiten Arm (18c) des Kulissenhebels (18) und dem Ventilbetätigungsnocken (20) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbetätigungsnocken (20) den Stift (38) und der zweite Arm (18c) des Kulissenhebels (18) die Ausnehmung (35) der aus dem Stift und der Ausnehmung bestehenden Anordnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbetätigungsnocken (20) einen einteilig ausgebildeten Arm (36) aufweist, der den Stift (38) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (26A) gekrümmt ist, um ein Zusammentreffen mit der Antriebswelle (13) zu verhindern.
Motor umfassend eine Vorrichtung zur variablen Ventilbetä tigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für jeden Zylinder des Motors zwei Ventile vorgesehen sind und jedem der beiden Ventile (12) ein Ventilbetätigungsnocken (20) zugeordnet ist.
Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jedem Zylinder zugeordneten beiden Ventilbetätigungsnocken (20) unterschiedlich geformte Nockenvorsprünge (23) aufweisen.
Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass je ein exzentrischer Drehnocken (15) jedem der beiden Ventile (12) zugeordnet ist, die für jeden Zylinder des Motors vorgesehen sind, und dass die exzentrischen Drehnocken (15) gegenüber der Antriebswellenachse (X) eine unterschiedliche Exzentrizität (β) aufweisen.
Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass je ein exzentrischer Drehnocken (15) jedem der beiden Ventile (12) zugeordnet ist, die für jeden Zylinder des Motors vorgesehen sind, dass je ein Kulissenhebel (18) jedem der beiden Ventilbetätigungsnocken (20) zugeordnet sind, die für jeden Zylinder des Motors vorgesehen sind, und dass die beiden Kulissenhebel (18) jeweils mit den exzentrischen Drehnocken (15) und den Ventilbetätigungsnocken (20) in Betätigungsverbindung stehen.
Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilbetätigungsnocken (20) zu einer Einheit zusammengefasst sind.
Vorrichtung zur variablen Ventilbetätigung für einen Motor mit obenliegender Nockenwelle, welcher pro Zylinder zumin dest ein erstes Zylinderventil (12) und zumindest ein zweites Zylinderventil (62) aufweist, umfassend: – eine Antriebswelle (13), – einen an der Antriebswelle (13) zur gemeinsamen Drehung befestigten Drehnocken (15), – mindestens einen ersten drehbaren Ventilbetätigungsnocken (20), welcher zum Öffnen des ersten oder zweiten Zylinderventils (12, 62) angeordnet ist, – einen Kulissenhebel (18) mit einem ersten Arm (18b) und einem zweiten Arm (18c), wobei sich der erste Arm (18b) in Betätigungsverbindung mit dem Drehnocken (15) befindet und sich der zweite Arm (18c) in Betätigungsverbindung mit dem Ventilbetätigungsnocken (20) befindet, und – eine Steuerstange (16) mit einem exzentrischen Steuernocken (17), wobei der exzentrische Steuernocken (17) den Kulissenhebel (18) verschwenkbar hält, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebswelle (13) drehbar an der Position einer obenliegenden Nockenwelle über demselben oder dem zweiten Zylinderventil (62) abgestützt ist, – der Drehnocken (15) als Exzenter ausgebildet ist, und – der mindestens eine Ventilbetätigungsnocken (20) drehbar an einer stationären Welle (52) abgestützt ist, welche an der Position einer obenliegenden Nockenwelle über dem ersten Zylinderventil (12) abgestützt ist und – ein Beschränkungsmittel (26) zur vollkommen zwangsweisen Betätigung des mindestens einen ersten Ventilbetätigungsnockens (20) durch den Kulissenhebel (18) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen zweiten Ventilbetätigungsnocken (58), der auf der Antriebswelle (13) zu gemeinsamer Drehung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zylinderventile Einlass- und Auslassventile sind, und dass der erste Ventilbetätigungsnocken (20) ein Einlassventil (12) und der zweite Ventilbetätigungsnocken (58) ein Auslassventil betätigt oder umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Lasche (26), die den zweiten Arm (18c) des Kulissenhebels (l8) mit dem ersten Ventilbetätigungsnocken (20) verbindet, um die Betätigungsverbindung zwischen dem zweiten Arm (18c) des Kulissenhebels (18) und dem ersten Ventilbetätigungsnocken (20) auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurbelarm (25) einen ringförmigen Endteil (25a) mit einer Einbauöffnung aufweist, die drehbar den exzentrischen Drehnocken (l5) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (13) den zweiten Ventilbetätigungsnocken (58) in Betätigungskontakt mit dem Auslassventil hält und die stationäre Welle (52) den ersten Ventilbetätigungsnocken (20) in Betätigungskontakt mit dem Einlassventil (12) hält.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (16) in einem Bereich untergebracht ist, der sich über der Antriebswelle (13) erstreckt.
Vorrichtung nach ein der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Endteil (25a) des Kurbelarms (25) in zwei Teile unterteilt ist, um den exzentrischen Drehnocken (15) dazwischen aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstange (16) in einem Bereich angeordnet ist, der sich über der stationären Welle (52) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Achse (X) der Antriebswelle (13) gesehen der exzentrische Drehnocken (15) ein ausreichend großes Profil aufweist, um das Profil des zweiten Ventilbetätigungsnockens (58) zu überdecken, und dass die Einbauöffnung des Kurbelarms (25) ausreichend weit ist, um das Einsetzen des zweiten Ventilbetätigungsnockens (58) mit Spiel zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrische Drehnocken (15) und der zweite Ventilbetätigungsnocken (58) mit axialem Abstand zueinander auf der Antriebswelle (13) angeordnet sind.