DE3519319A1

DE3519319A1 - Variable ventilsteuerung fuer eine hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3519319A1
Application number: DE19853519319
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Wien Wichart
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-12-04
Also published as: US4714057A; EP0203320A2; EP0203320A3

Description

ortsfesten Bolzen gelagert.

Verdreht man nun die Steuernockenwelle gegenüber der Hubnockenwelle, so kann beim Auflaufen des Hubnockens der Ventilhebel in Richtung Grundkreis des Steuernockens ausweichen, so daß das Einlaßventil nicht ganz geöffnet und vorzeitig wieder geschlossen wird. Infolge des auf diese Weise reduzierten Zeitquerschnitts wird die dem Zylinder zugeführte Ladungsmenge verringert. Zudem ergibt sich im unteren Teillastbereich eine erwünschte stärkere Ladungsbewegung. Durch das ungedrosselte Ansaugen und den höheren Druck vor dem Einlaßventil wird der Restgasgehalt geringer, wodurch die Verbrennung und der Wirkungsgrad verbessert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Ventilsteuerung mit Kipphebel,

Fig. 2 Ventilsteuerung mit Schwinghebel,

Fig. 3 Ventilsteuerung mit federelastisch gelagertem Kipphebel,

Fig. 4 Ventilhubkurven,

Fig. 5 Ventilsteuerung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,

Fig. 6 Draufsicht auf die Ventilsteuerung nach Fig. 5, Fig. 7 Verstellbarer Antrieb der Steuernockenwelle, Fig. 8 Hydraulische Dämpfungsvorrichtung.

Die Ventilsteuerung nach Fig. 1 und 6 besteht aus einer Hubnockenwelle 1 und einer Steuernockenwelle 2, die beide an einem Kipphebel 3 angreifen, der ein Einlaßventil 4 entgegen der Kraft einer Ventilfeder 5 betätigt. An einer ortsfesten Lagerstelle 6 der Brennkraftmaschine ist der eine Zapfen 7' einer Kurbel 7 gelagert, auf deren anderem Zapfen 7" der Kipphebel 3 sowie eine Rolle 8 gelagert sind, auf die die Steuernokkenwelle 2 einwirkt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ventilsteuerung ist als Ventilhebel ein einarmiger Schwinghebel 3' verwendet, der an seiner einen Seite auf der Kurbel 7 schwenkbar gelagert ist und an dieser Stelle durch die Steuernockenwelle 2 über die Rolle 8 betätigbar ist, wogegen die Hubnockenwelle 1 etwa mittig am Schwinghebel 3' angreift.

In Fig. 3 ist wie in Fig. 1 als Ventilhebel ein zweiarmiger starrer Kipphebel 3 verwendet, der jedoch auf einem federnd nachgiebigen Lagerzapfen 9 gelagert ist, der über die auf ihn aufgesteckte Rolle 8 durch die Steuernockenwelle 2 verschiebbar ist.

Die konstruktive Ausgestaltung eines Ventil-Steuerschemas entsprechend Fig. 1 zeigen die Fig. 5,6 und 7.

Im Zylinderkopf 10 einer Brennkraftmaschine sind die Hubnockenwelle 1 und die Steuernockenwelle 2 drehbar gelagert, die von der Kurbelwelle 11 angetrieben werden und die beide mit gleicher Drehzahl umlaufen. Die Steuernockenwelle 2 und die Hubnockenwelle 1 greifen an dem auf der Kurbel 7 gelagerten Kipphebel 3 an, wobei der eine Arm des Kipphebels 3 auf dem Nockengrundkreis 12 der Hubnockenwelle 1 aufliegt, wogegen die Rolle 8, die auf dem Kurbelzapfen 7" gelagert ist, noch keine Berührung zur Steuernockenwelle 2 hat. Das Einlaßventil 4 ist hierbei noch geschlossen. Bewegt sich die Hubnockenwelle 1 im Uhrzeigersinn, so wird der Kipphebel 3 entsprechend der Nockenerhebung 15 um den Zapfen 7" der Kurbel 7 verschwenkt, wobei die Rolle 8 sich jetzt an der Übergangsfläche 13 zum Kreissegment 14 abstützt. Das Einlaßventil 4 wird geöffnet und bei abfallender Nockenerhebung 15 wieder durch die Kraft der Ventilfeder 5 geschlossen. In der gezeichneten relativen Drehlage der Hubnockenwelle 1 und der Steuernockenwelle 2 verbleibt die Rolle 8 während des gesamten Winkelweges xh der Hubnockenwelle 1 in Anlage an dem Kreissegment 14 der Steuernockenwelle 2, da der Winkelweg as des Kreissegments 14 gleich groß bemessen ist wie der Winkelweg λ» der Nockenerhebung 15 der Hubnockenwelle 1. Für diesen Fall gilt die in Fig. 4 gezeichnete Ventilhubkurve h 1.

ίο Ändert man nun mit der Verstelleinrichtung nach Fig. 7 die relative Drehlage der Steuernockenwelle 2 zur Hubnockenwelle 1, so gelangt die Rolle 8 während eines Teilbereiches der Erhebungskurve aus dem Winkelbereich ocs des Kreissegments 14 heraus, die Kurbel 7 verschwenkt um die ortsfeste Lagerstelle 6 und das Einlaßventil 4 schließt vorzeitig. Hierbei stellt sich eine in Fig. 4 dargestellte Hubkurve h 2 ein. Bei weiterem Verstellen der Relativdrehlage kann eine Kurve Λ 3 mit nochmals verringertem Zeitquerschnitt erreicht werden oder das Einlaßventil kann ganz stillgesetzt werden, so daß auf diese Weise eine Ventilabschaltung erzielbar ist. Die Öffnungsbewegung des Einlaßventils 4 vollzieht sich jeweils auf demselben ansteigenden Ast der Ventilhubkurve mit konstanter Phasenlage, so daß auch der

Überschneidungswinkel zum Auslaßventil bei allen mit der variablen Ventilsteuerung erzielbaren Ventilhubkurven gleich ist.

Die Steuernockenwelle 2 berührt nur so lange die Rolle 8, solange das Einlaßventil 4 geöffnet ist. Damit sich auch nachher eine eindeutige Stellung des Kipphebels 3 zur Hubnockenwelle und zum Einlaßventil ergibt, wird über eine zusätzlich, nur leicht vorgespannte Feder 16 die Kurbel 7 und damit der Kipphebel 3' hinuntergedrückt.

Um die relative Drehlage der Steuernockenwelle 2 zur Hubnockenwelle 1 zu verändern, kann zwischen der Kurbelwelle 11 und der Steuernockenwelle 2 ein Zahnriemenantrieb gemäß Fig. 7 benutzt werden. Hierbei liegt am Lasttrumm 17 und am Lostrumm 18 des Zahnriemens je eine Spannrolle 19 an, die an einem Dreiecksträger 20 gelagert und gehalten sind. Bei Verschwenken des Dreiecksträgers 20 um die Achse der Kurbelwelle 11 wird das Lasttrumm 17 verlängert, das Lostrumm 18 verkürzt, so daß die Phasenlage der Steuernockenwelle 2 zur Kurbelwelle 11 und also auch zu der von der Kurbelwelle 11 getriebenen Hubnockenwelle 1 geändert wird.

Eine in Fig. 8 vergrößert dargestellte Dämpfungsvorrichtung besteht aus einem ölgefüllten, im Zylinderkopf 10 der Brennkraftmaschine befestigten Hydraulikzylinder 21 und einem in ihm geführten, hohlen Hydraulikkolben 22. Der Kraftfluß geht vom Kipphebel 3 über den Hydraulikkolben 22 auf den Ventilschaft des Einlaßventils 4. Wird das Einlaßventil 4 durch die Ventilfeder 5 geschlossen, so werden ab einer bestimmten Schließlage ölabflußbohrungen 23 des Hydraulikzylinders 21 vom Hydraulikkolben 22 verschlossen, so daß das Aufsetzen des Ventiltellers 24 auf den Ventilsitz 25 verzögert und stark gedämpft erfolgt.

Zu dem zwischen dem Hydraulikzylinder 21 und dem Hydraulikkolben 22 gelgenen ölraum 26 führt eine Ölleitung 27, die durch ein Rückschlagventil verschließbar ist. Zusätzlich können die Ölabflußbohrungen 23 von außen durch ein Ventil verschlossen werden, das in Abhängigkeit von Kenngrößen der Brennkraftmaschine steuerbar ist, um die Dämpfung einstellbar zu machen.

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Claims

351931921BeschreibungPatentansprüche

1. Variable Ventilsteuerung für eine Hubkolben- Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerung

Brennkraftmaschine, bei der ein Einlaßventil durch einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Obereine sich drehende Hubnockenwelle mittels eines 5 begriff des Anspruchs 1.

um eine verschiebliche Lagerstelle schwenkbaren Bei einer in DE-OS 30 14 005 beschriebenen, varia-

Ventilhebels entgegen der Kraft einer Ventilfeder blen Ventilsteuerung besteht der Betätigungsmechanisbetätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an mus aus einer von der Kurbelwelle angetriebenen Hubdem Ventilhebel (3, 3') zusätzlich eine mit gleicher nockenwelle, die über einen doppelarmigen, schwenk-Drehzahl wie die Hubnockenwelle (1) umlaufende io baren Ventilhebel und einen zweiten, gegenüber der Steuernockenwelle (2) angreift, die seine Schwenk- Hubnockenwelle phasenverdrehbaren Nocken auf ein bewegung abhängig von Kenngrößen der Brenn- Einlaßventil einer Brennkraftmaschine einwirkt. Um die kraftmaschine steuert, um die Steuernockenwelle Ventilhubkurve des Einlaßventils in Abhängigkeit von (2) phasenverschoben gegenüber der Hubnocken- den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verweile (1) zu verstellen. 15 änderbar zu machen, ist die Lagerachse des Ventilhebels

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch ge- relativ zu den Achsen der Hubnockenwelle und des kennzeichnet, daß der Ventilhebel (3, 3') auf einer zweiten Nockens mit einem Exzenter verschiebbar. Zuum eine ortsfeste Lagerstelle (6) schwenkbaren sätzlich ist die Winkellage des zweiten Nockens relativ Kurbel (7) gelagert ist. zur Hubnockenwelle in Abhängigkeit der Belastung und

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch ge- 20 Drehzahl der Brennkraftmaschine steuerbar. Mit diesen kennzeichnet, daß auf der Kurbel (7) eine Rolle (8) beiden Verstelleinrichtungen läßt sich durch Verändern gelagert ist, an der die Steuernockenwelle (2) an- des Ventilhubes und der Ventilöffnungszeit eine Wirgreift, kungsgradverbesserung bei Teillast der Brennkraftma-

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch schine erreichen. Nachteilig ist jedoch der hohe Kostengekennzeichnet, daß der Ventilhebel als doppelar- 25 aufwand für eine solche Ventilsteuerung.

miger Kipphebel (3) ausgebildet ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch geringen Fertigungskosten herstellbare variable Ventilgekennzeichnet, daß der Ventilhebel als einarmiger steuerung zu schaffen, mit der die Ventilhubkurve so Schwinghebel (3') ausgeführt ist. veränderbar ist, daß durch Drosslung bedingte La-

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 dungswechselverluste vermieden werden, ohne daß kennzeichnet, daß der Nocken der Steuernocken- hierdurch eine Änderung weiterer Einstellgrößen der welle (2) aus einem Kreissegment (14) und beidsei- Brennkraftmaschine erforderlich wird.

tigen Übergangsflächen (13) zum Nockengrund- Eine Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennkreis (12) zusammengesetzt ist. zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Wenn am

7. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 4, dadurch 35 Ventilhebel zusätzlich zur Hubnockenwelle eine mit gekennzeichnet, daß der Winkelbereich (xh) der gleicher Drehzahl umlaufende Steuernockenwelle an-Nockenerhebung (15) der Hubnockenwelle (1) greift, die die Schwenkbewegung des Ventilhebels begleich groß ist wie der Winkelbereich {pts) des einflußt, läßt sich erreichen, daß das Einlaßventil bei Kreissegments (14) der Steuernockenwelle (2). allen Hubverstellungen den Beginn der Öffnungskurve

8. Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch ge- 40 beibehält und lediglich durch vorzeitiges Schließen des kennzeichnet, daß der Schwenkbewegung der Kur- Einlaßventils die Ladungsmenge verkleinert wird. Der bei (7) eine Feder (16) entgegenwirkt. Überschneidungswinkel vom Auslaßventil zum Einlaß-

9. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch ge- ventil bleibt bei allen so eingestellten Ventilhubkurven kennzeichnet, daß an dem Einlaßventil (4) eine hy- gleich groß. Durch den verkürzten Zeitquerschnitt wird draulische Dämpfungsvorrichtung (21, 22) mit ein- 45 die Ladungsmenge reduziert, ohne daß eine Drosselung stellbarer Dämpfungskraft angebracht ist, die das und die damit verbundenen Ladungswechselverluste Aufsetzen des Ventiltellers (24) auf den Ventilsitz eintreten. Zusätzlich ist durch ein zeitgerechtes Schlie-(25) verzögert. ßen des Einlaßventils in Abhängigkeit der Drehzahl eine

10. Ventilsteuerung nach Anspruch 9, dadurch ge- Drehmomenfanhebung bei höchster Belastung möglich, kennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung aus 50 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Aneinem ölgefüllten Hydraulikzylinder (21) und einem spruch 2 ist der Ventilhebel auf einer Kurbel gelagert, in ihm geführten Hydraulikkolben (22) besteht, der die an einer ortsfesten Lagerstelle des Zylinderkopfes vom Ventilschaft beim Schließvorgang durch Fe- schwenkbar ist. Gegenüber herkömmlichen Ventilderkaft bewegt wird und bei einer bestimmten Steuerungen, bei denen der Ventilhebel um einen ortsfe-Ventilstellung Ölabflußbohrungen (23) des Hydrau- 55 sten Bolzen schwenkbar ist, hat der Ventilhebel gemäß likzylinders (21) verschließt. der Erfindung einen zusätzlichen Freiheitsgrad, da er

11. Ventilsteuerung nach Anspruch 10, dadurch ge- zugleich um zwei Achsen schwenkbar ist. kennzeichnet, daß an die hydraulische Dämpfungs- Nach Anspruch 3 ist auf der Kurbel zugleich eine vorrichtung (21, 22) eine Ölleitung (27) angeschlos- Rolle gelagert, auf die die rotierende Steuernockenwelsen ist. 60 Ie einwirkt. Die Steuernockenwelle besitzt als Nocken

12. Ventilsteuerung nach Anspruch 10 und 11, da- ein Kreissegment, dessen Winkelerstreckung gleich der durch gekennzeichnet, daß der Durchfluß durch die Winkelerstreckung des Nockens der Hubnockenwelle Ölleitung (27) und/oder die Ölabflußbohrungen (23) ist. Sind die Relativlagen von Hubnockenwelle und von außen durch Kenngrößen der Brennkraftma- Steuernockenwelle so eingestellt, daß über die ganze schine steuerbar ist. 65 Winkelerstreckung der Hubnockenwelle auch das

Kreissegment der Steuernockenwelle am Ventilhebel angreift, so führt der Ventilhebel eine Schwenkbewegung aus, als wäre er in herkömmlicher Weise an einem