DE19904840A1

DE19904840A1 - Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19904840A1
Application number: DE1999104840
Authority: DE
Inventors: Andreas Werler; Leopold Mueller
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit folgendem Grundaufbau DOLLAR A - ein oder mehrere Ventile (18) eines Verbrennungsmotors sind gegen Federkraft zum Zylinderraum hin öffenbar, DOLLAR A - auf einem im Zylinderkopf gelagerten, umlaufenden Exzentertrieb (1; 2 o. 19; 21) zum Erzeugen der Hubbewegung der Ventile ist ein schubkurbelartiger Druckhebel (5) gelagert, der kraftschlüssig auf einem ebenfalls im Zylinderkopf gelagerten Stützkörper (6) in Schließrichtung der Ventile (18) abgestützt ist und in Öffnungsrichtung indirekt, mit ein oder mehreren Ventilen (18) im Eingriff steht. DOLLAR A Es wird die Aufgabe gelöst, durch einen nicht umlaufenden bzw. stetig bewegten Steuerkurventräger eine einfache Verstellbarkeit des Öffnungshubes eines oder mehrerer Gaswechselventile zu erzielen, dabei die Ausführung eine minimale Anzahl stetig bewegter Teile aufweisen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Gestaltung erreicht: DOLLAR A - der schubkurbelartige Druckhebel (5) ist vorzugsweise indirekt auf dem Ventilschaft (8) und an seiner dem Exzentertrieb (1; 2 o. 19; 21) entgegengesetzten auf dem nicht stetig bewegten, jedoch durch Verstellung verschwenkbaren Stützkörper (6) abgestützt, DOLLAR A - der Stützkörper (6) weist einen für unterschiedliche Öffnungswinkel, Öffnungswinkellagen und Öffnungshub von der Schwenkachse aus radial unterschiedlich bemessenen Stützkonturverlauf auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vorbekannt sind aus der Veröffentlichung der Zeitschrift "Motorrad" Heft 2/86, S. 43 untere Abbildung, gattungsgemäße Ventiltriebe, die ein oder mehrere Ventile eines Zylinders mittels eines von einer Steuerwelle betätigten Druckhebels gegen die Kraft der Ventilfedern zum Zylinderraum hin öffnen. Der Druckhebel steht mit der den Hub erzeugenden Steuerwelle im Eingriff und ist einerseits schiebbar auf einem fest im Zylinderkopf angeordneten Stützkörper und andererseits an einem gegenüberliegenden Kipphebel abgestützt, dessen Lagerpunkt mittels eines, Exzenters verschiebbar ist. Der Kipphebel stützt sich mit seiner, der Abstützfläche des Druckhebels entgegengesetzten Seite zum Betätigen des Ventils auf dessen Schaft ab. Diese Ventilbetätigung mit Druck- und verlagerbarem Kipphebel, weist somit zwei Lagerungen für Schwenkbewegungen und drei kraftschlüssige, Verschiebung zulassende, Gegenlagerungen mit Linienberührungen auf. Zum Ändern von Hub und Winkellage der Ventilöffnung ist die Lagerstelle des stetig bewegten Kipphebels mittels Exzenter verschiebbar ausgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren zu schaffen, der durch einen nicht umlaufenden bzw. stetig bewegten Steuerkurventräger eine einfache Verstellbarkeit des Öffnungshubes eines oder mehrerer Gaswechselventile ermöglicht und dessen Ausführung eine minimale Anzahl stetig bewegter Teile aufweist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale dieser Patentansprüche gelöst.

Der erfindungsgemäße Ventiltrieb besteht aus dem, den Hub zum Steuern der Ventile erzeugenden Exzentertrieb und einem mit diesem im Eingriff stehenden schubkurbelartigen Druckhebel, welcher beweglich auf einem Stützkörper und mindestens einem Ventil abgestützt ist. Es erfolgt eine Kraftübertragung ohne Zwischenhebel direkt oder indirekt vom Druckhebel auf mindestens einen Ventilschaft. Ein einfaches Verstellen des Ventiltriebes kann durch den schwenkbar gelagerten Stützkörper erfolgen. Der Stützkörper weist einen zu seiner Schwenkachse unterschiedlich bemessenen Stützkonturverlauf auf. Der Stützkörper ist Träger der Bewegungsfunktion und wird von dem über den Exzentertrieb stetig bewegten Druckhebel abgetastet. Der Bewegungsfunktionsträger ist somit kein stetig bewegtes Teil wie etwa der Nocken einer Nockenwelle oder ein Schwingnocken.

Eine weitere Gestaltung der Erfindung sieht vor, den Stützkörper axial verschieblich und mit einem sich entlang der Verschiebungsachse im Querschnitt ändernden Außenkontur des Stützkörpers zu gestalten.

Eine vorteilhafte Gestaltung der Erfindung sieht vor, den verschwenkbaren, mit radial unterschiedlich verlaufender Kontur des Stützkörpers axial verschieblich, mit in diese Richtung gleich verlaufenden Bahnen der Stützkörperkontur auszuführen. Es ist somit möglich, durch axiales Verschieben des Stützkörpers die Berührungsbahn des Druckhebelendes und des Stützkörpers in eine vorher nicht benutzte Ebene zu verschieben. Bei auftretendem Verschleiß am Stützkörper kann durch axiales Verstellen die gewünschte Ventilhubkurve wiederhergestellt werden. Die Lebensdauer des Ventiltriebs wird somit erhöht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Stützkörper radial verschwenkbar und entlang seiner Schwenkachse verschiebbar ausgeführt, dabei weist der Stützkörper eine längst und radial veränderliche Kontur auf. Ein Verändern der Steuerkurve durch Verstellen von Hub und Winkellage der Ventilöffnung kann durch axiales Verschieben und radiales Schwenken des Stützkörpers erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des radial verschwenk- und axial verschiebbaren Stützkörpers liegen die, auf dem Stützkörper befindlichen Bewegungsbahnen gleicher Form mit sich in axialer Richtung verändernden radialen Abstand zum Schwerpunkt hintereinander. Ein im System notwendiger Spielausgleich kann somit durch axiales Nachstellen des Stützkörpers realisiert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Abstützung des Druckhebels direkt oder indirekt auf dem Ventilschaft sieht eine drehbar am Druckhebel gelagerte Rolle vor, welche die Bewegung des Druckhebels in Richtung der Betätigungsachse des Ventils überträgt.

Eine vorteilhafte Weitergestaltung des Ventiltriebes sieht vor, zum Betätigen des Ventils einen geeignet geformten Wälzkörper am Druckhebel anzuordnen, damit kann die drehbare Lagerstelle für die Rolle entfallen.

Es ist vorteilhaft, den Stützkörper als eine einfach montierbare Einheit auszuführen, damit kann die Hubcharakteristik des Ventiltriebs flexibel für verschiedenen Steuerkurven durch Wechsel des Stützkörpers verändert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, kann im Bereich der Verstelleinheit des Stützkörpers oder am Ventilschaft ein Spielausgleichselement angeordnet sein.

Eine zweckmäßige Gestaltung der Erfindung sieht vor, die Eingriffsebene des Ventiles näher am Druckhebellager, als an der Berührungsstelle der am Ende des Druckhebels angebrachten Rolle mit dem Stützkörper anzuordnen. Durch das günstige Hebelverhältnis wird die Kraft auf den Stützkörper reduziert, er ist leichter verstellbar und der Verschleiß an der Außenfläche des Stützkörpers wird vermindert. Desweiteren steht ein größerer Hub zur Verfügung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des Ventiltriebs,

Fig. 2 eine Teildarstellung des Ventiltriebs mit an der Verstelleinrichtung angeordneten Spielausgleichselement,

Fig. 3 eine Teildarstellung des Exzentertriebes,

Fig. 4 eine Detaildarstellung des schubkurbelartigen Druckhebels mit einem Wälzkörper zur Ventilbetätigung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb als Prinzipskizze dargestellt. Ein an einem Kurbelzapfen 2 der Steuerwelle 1 gelagerter Druckhebel 5 ist gegen die, an einer Abstützung 11 im Zylinderkopf - nicht dargestellt - angeordneten Feder 3 und über eine Rolle am Stützkörper 6 abgestützt. Eine drehbar am Druckhebel 5 gelagerte Rolle 4 stützt sich in axialer Bewegungsrichtung ABRV des Ventils 18, indirekt über einen im Zylinderkopf geführten Stößel 24 und ein Spielausgleichselement 23, auf dem Ventilschaft 8 ab. Dieser ist axial gegen die Kraft einer ortsfest auf der Ventilführung 17 abgestützten Ventilfeder 9 in der Ventilführung 17 verschiebbar geführt und starr mit dem Ventilteller 10 verbunden. Durch Rotation der Steuerwelle 1 wird eine Hubbewegung in axialer Bewegungsrichtung ABRV des Ventils 18 erzeugt und durch die in diese Richtung bestehende Kopplung des Druckhebels 5 über die drehbar gelagerten Rolle 4, den Stößel 24, dem Spielausgleichselement 23 und dem Ventilschaft 8 auf den Ventilteller 10 übertragen.

Eine Schubstange 15 greift in eine Führung 13 des Stützkörpers 6 ein und ist in deren Bewegungsachse BAS, durch eine Verstelleinheit - nicht dargestellt -, verschiebbar. Der in einem ortsfesten Lager 14 schwenkbar gelagerte Stützkörper 6 ist somit um seine Drehachse im Lager 14 bewegbar. Durch Verdrehen des Stützkörpers 6 in seinem Lager 14 ändert sich die Berührungsbahn des Druckhebel 5, welche die an ihm gelagerte Rolle 12 während eines Exzenter- bzw. Steuerwellen umlaufes ausführt.

Der Druckhebel 5 wird mit seiner Rolle 12 mittels der Kraft der Feder 3 und/oder der Ventilfeder 9 gegen die Stützkontur 22 am Stützkörper 6 gedrängt und angelegt. Entsprechend der Stützkontur 22 und der Exzenterstellung stellt sich die Lage des Druckhebels 5 ein, wobei die an ihm drehbar angeordneten Rolle 4 die Komponente in der Bewegungsrichtung ABRV über den Ventilschaft 8 auf das Ventil 18 überträgt.

Die Steuerkurve des Ventils 18 wird von der geometrischen Lage des Abstützpunktes des Druckhebels 5 - Berührungsebene zwischen der Stützkontur 22 und der Rolle 12 - am Stützkörper 6 bestimmt.

Die Steuerkurve des Ventils 18 ist durch Schwenken des Stützkörpers 6 variierbar. Mit dem Verstellen des Stützkörpers 6 wird die Hubcharachteristik des Ventils beim Umlauf des Exzentertriebes 1; 2 verändert.

Die Bewegung des Ventils 18 in axiale Richtung ABRV ergibt sich aus den vom Exzentertrieb eingeleiteten und den vom Stützkörper 6 über die Stützkontur 22 und Federkraft bestimmten Bewegungsablauf für den Druckhebel 5.

Die Exzenterwelle dreht mit halber Kurbelwellendrehzahl des Motors bei 4-Takt- Verfahren und mit Kurbelwellendrehzahl bei 2-Takt-Verfahren.

In Fig. 2 ist ein Teil des erfindungsgemäßen Ventiltriebs als Prinzipskizze dargestellt. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 beschriebenen Ausführung ist zum Spielausgleich zwischen einer im Zylinderkopf befestigten Stelleinheit 25 für den Stützkörper 6 und der Schubstange 15, in deren axialer Betätigungsrichtung BAS, ein Spielausgleichselement 23 eingefügt.

Das in Fig. 1 dargestellte Spielausgleichselement 23 entfällt bei dieser Anordnung, der Stößel 24 drückt dann direkt auf den Ventilschaft 8.

In Fig. 3 ist eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Exzentertriebes dargestellt. Dieser besteht aus einer Exzenterwelle 19 mit einem exzentrisch zu deren Drehachse angeordneten Exzenterwellenzapfen 21, mit denen diese drehbar im Zylinderkopf - nicht dargestellt - gelagert ist. Der Druckhebel 5 umschließt mit seinem Lagerauge 20 die Exzenterwelle 19. Durch deren Rotation wird der, analog wie in Fig. 1 beschrieben abgestützte, Druckhebel 5 bewegt.

In Fig. 4 ist der Druckhebel 5 mit einem daran, zum Betätigen des Ventils 18 direkt oder indirekt auf dessen Schaft - nicht dargestellt -, angeordneten Gleitkontur 16 dargestellt. Die Gleitkontur 16 ersetzt die Rolle 4 in den Fig. 1 bis 3.

Bezugszeichenliste

1

Steuerwelle

2

Kurbelzapfen

3

Feder

4

Rolle

5

schubkurbelartiger Druckhebel

6

Stützkörper

7

Führung

8

Ventilschaft

9

Ventilfeder

10

Ventilteller

11

Abstützung

12

Rolle

13

Schubstangenführung

14

Stützkörperlager

15

Schubstange

16

Wälzkörper

17

Ventilführung

18

Ventil (gesamt)

19

Exzenterwelle

20

Lagerauge des schubkurbelartigen Druckhebels

21

Exzenterwellenzapfen

22

Stützkontur

23

Spielausgleichselement

24

Stößel

25

Stelleinheit
ABRV Axiale Bewegungsrichtung des Ventils
BAS Bewegungsachse Schubstange

Claims

1. Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit folgendem Grundaufbau

- ein oder mehrere Ventile (18) eines Verbrennungsmotors sind gegen Federkraft zum Zylinderraum hin öffenbar,
- auf einem im Zylinderkopf gelagerten, umlaufenden Exzentertrieb (1; 20.19; 21) zum Erzeugen der Hubbewegung der Ventile ist ein schubkurbelartiger Druckhebel (5) gelagert, der kraftschlüssig auf einem ebenfalls im Zylinderkopf gelagerten Stützkörper (6) in Schließrichtung der Ventile (18) abgestützt ist und in Öffnungsrichtung indirekt, mit ein oder mehreren Ventilen (18) im Eingriff steht,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der schubkurbelartige Druckhebel (5) ist vorzugsweise indirekt auf dem Ventilschaft (8) und an seiner dem Exzentertrieb (1; 20.19; 21) entgegengesetzten auf dem nicht stetig bewegten, jedoch durch Verstellung verschwenkbaren Stützkörper (6) abgestützt,
- der Stützkörper (6) weist einen für unterschiedliche Öffnungswinkel, Öffnungswinkellagen und Öffnungshub von der Schwenkachse aus radial unterschiedlich bemessenen Stützkonturverlauf auf.

2. Ventiltrieb für Verbrennungsmotoren mit folgendem Grundaufbau

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der schubkurbelartige Druckhebel (5) ist vorzugsweise indirekt auf dem Ventilschaft (8) und an seiner dem Exzentertrieb (1; 20.19; 21) entgegengesetzten auf dem nicht stetig bewegten, jedoch durch Verstellung axial verschiebbaren Stützkörper (6) abgestützt,
- der Stützkörper (6) weist einen für unterschiedliche Öffnungswinkel, Öffnungswinkellagen und Öffnungshub sich im Querschnitt ändernden Stützkonturverlauf auf.

3. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (6) in axialer Richtung verschiebbar ist und die Stützkontur (22) sich in axialer Richtung gleiche Laufbahnen bildend erstreckt.

4. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (6) in axialer Richtung verschiebbar ist und die Stützkontur (22) einen längst und radial unterschiedlich bemessenen Stützkonturverlauf aufweist.

5. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch, 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkontur (22) in axialer Richtung gleiche hintereinanderliegende Laufbahnen mit größer werdendem Abstand zum Drehpunkt des Stützkörpers 6 aufweist.

6. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbar gelagerte Rolle (4) am Druckhebel (5) angeordnet ist, welche mit einer Fläche über dem Ventilschaft (8) im Eingriff steht.

7. Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein Wälzkörper (23) am Druckhebel (5) angeordnet ist, welche mit einer Fläche über dem Ventilschaft (8) im Eingriff steht.

8. Variabler Ventiltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (6) auswechselbar an seiner Führung (7) montiert ist.

9. Variabler Ventiltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Spielausgleichselement (23) in axialer Betätigungsrichtung (BSA) der Schubstange (15) angeordnet ist.

10. Variabler Ventiltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Spielausgleichselement (23) Zwischen Druckhebel (5) und dem Ventil (18) im Ventilschaft (8) angeordnet ist.

11. Variabler Ventiltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Eingriffsebene über dem Ventil näher am Exzentertrieb (1; 2 o. 19; 21) des Druckhebels (5) als am Stützkörper (6) angeordnet ist.