DE3831642A1 - Ventiltrieb fuer ein hubventil in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventiltrieb für ein Hubventil in einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiger Ventiltrieb ist aus der DE 30 14 005 C2 bekannt. Bei diesen bekannten Ventiltrieb besteht der Be­ tätigungshebel aus einem Kipphebel, der in seinem Mittel­ bereich auf einem als Verstelleinrichtung dienenden Ex­ zenter einer Exzenterwelle gelagert ist, während an seinem einen Längsende ein Nocken einer Nockenwelle angreift und sein anderes Längsende auf einer Fläche des Schwing­ nockens aufliegt. Dieser Ventiltrieb baut verhältnismäßig breit und ist nicht anwendbar bei der heute häufigen Lage der Nockenwelle etwa in Verlängerung des Ventilschaftes. Außerdem wird bei den bekannten Ventiltrieb eine Veränderung der Hubkurve nur hinsichtlich Hubhöhe und Hubdauer erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventil­ trieb der gattungsbildenden Art so auszubilden, daß er auch bei oberhalb des Hubventils, insbesondere in Ver­ längerung des Ventilschaftes liegender Nockenwelle an­ wendbar ist und daß die durch ihn erzielbaren Änderungen der Hubkurve sich nicht auf Hubhöhe und Hubdauer be­ schränken.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Sei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb ermöglicht die Ver­ wendung eines Schwinghebels ein Heranrücken der Nocken­ welle an oder in die Ventilachse und damit eine kompakte Bauweise. Weiterhin bewirkt das beschriebene Verschwenken des Schwinghebels eine Verstellung des Ventilhubes nach früh, so daß bei einer Verringerung von Hubhöhe und Hub­ dauer Hubbeginn und Hubende nicht um gleiche Beträge aufeinander zu verschoben werden, sondern bei nur wenig verschobenem Hubbeginn das Hubende um einen beträchtlichen Betrag nach früher verstellt wird. Die seitliche Ver­ schiebung der Hubkurve insgesamt verbessert insbesondere bei einer Anwendung bei einem Einlaßventil die Füllung der Brennkraftmaschinen-Zylinder.

Durch die Ausgestaltung des Ventiltriebs nach dem Patent­ anspruch 2 werden insbesondere auch bei größter Hubhöhe und Hubdauer die Ventiltriebglieder bereits vor Hubbeginn des Hubventils beschleunigt und auch nach Hubende ver­ zögert, so daß deren Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs­ dauer größer ist als die Hubdauer des Hubventils, wodurch sich kleinere Beschleunigungswerte und Massenkräfte, die insbesondere die Abstützungen und Anlenkungen der Ventiltriebsglieder belasten, ergeben.

Der nach dem Patentanspruch 3 ausgebildete Ventiltrieb ermöglicht eine Verschiebung der Hubkurve, ggfs. in Über­ lagerung der durch die Ausgestaltung des Patentanspruchs 2 erreichten Verschiebung, ohne daß der im allgemeinen an­ gestrebte symmetrische Verlauf der Hubkurve aufgegeben werden muß.

In den Patentansprüchen 4 und 5 sind Ausführungen der Verstelleinrichtung angegeben, die eine sichere Ab­ stützung für den Schwinghebel ergeben und die ihrerseits leicht und genau zu verstellen sind.

Die Ausgestaltung des Ventiltriebs nach dem Patentan­ spruch 6 ergibt eine große Kräfte übertragende Verbindung zwischen dem Schwinghebel und dem Schwingnocken, durch die auch die Querlage relativ zur Nockenwelle sicher bestimmt ist.

Mit der im Patentanspruch 7 angegebenen Ausgestaltung des Ventiltriebs können große Kräfte über die Abstützung übertragen werden bei gleichzeitig eindeutiger Festlegung der Schwenkachse des Schwingnockens.

Nach dem Patentanspruch 8 ist das Ventilspielausgleichs­ element an einer Stelle angeordnet, an der es keinen zu­ sätzlichen Platz beansprucht, während durch den Wegfall des häufig in einem Tassenstößel am Ventilschaftende unter­ gebrachten Ausgleichselements noch Platz in Ventillängs­ richtung eingespart werden kann.

Die Ausgestaltung des Ventiltriebs nach dem Patentan­ spruch 9 sichert die gleichzeitige und gleichmäßige Betätigung aller Einlaß- oder Auslaßventile eines Zylinders durch einen einzigen Schwingnocken. Dabei wird gemäß den Patentansprüchen 10 und 11 auch bei dieser mehrventiligen Aus­ führung ausreichend Platz für die Unterbringung des Kugelgelenks und des Ventilspielausgleichselements geschaffen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb in sche­ matischer Darstellung ohne Ventilspielaus­ gleichselement,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit dem Ventiltrieb der Fig. 1 mit einem Ventilspielausgleichs­ element,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch den Zylinderkopf der Fig. 2 nach der Linie III-III,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Zylinderkopf der Fig. 2 nach der Linie IV-IV und

Fig. 5 eine Darstellung von mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb erzielbaren Ventilhubkurven mit über dem Nockenwellenwinkel α _NW aufgetragener Ventilhubhöhe H.

Eine Nockenwelle 1 mit einem Nocken 2 dreht gemäß Pfeil 3 im Gegenuhrzeigersinn. Der Nocken 2 ist asymmetrisch aus­ gebildet, so daß seine vorlaufende Flanke 4 steiler ist als seine nachlaufende Flanke 5. Der Nocken 2 wirkt auf den mittleren Bereich eines sich quer zur Nockenwelle 1 erstreckenden Schwinghebels 6 ein, der sich mit seinem in der Zeichnung rechten Endbereich auf einer Verstellein­ richtung 7 abstützt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Stellwelle 8 mit einer Kurvenbahn 9 mit zur Drehachse 10 der Stellwelle 8 abnehmendem Abstand, auf der der Schwing­ hebel 6 aufliegt. An seinem anderen Längsende ist der Schwing­ hebel 6 mittels eines Kugelgelenks 11 an einem Schwing­ nocken 12 angelenkt, das aus einem Kugelkopf 13 am Schwing­ nocken 12 und einer Kugelpfanne 14 im Schwinghebel 6 be­ steht. Der Schwingnocken 12 ist um eine Schwenkachse 15 schwenk­ bar, die sich am Gehäuse 16 des Zylinderkopfes (Fig. 2 bis 4) abstützt. Er greift mit einer Grundkreisbahn 17 bzw. einer sich daran anschließenden Nockenbahn 18, deren Zusammen­ treffen durch den Punkt 19 gekennzeichnet ist, an einer Gleitfläche 20 eines Tassenstößels 21 an, an dem innen ein Hubventil 22 mit seinem Ventilschaft 23 anliegt.

Die Drehachse der Nockenwelle 1 und die Schwenkachse 15 des Schwingnockens 12 schneiden zumindest angenähert die Achse des Ventilschaftes 23. Der Schwingnocken 12 ist in seiner Gesamtheit einschließlich Kugelkopf 13 und Schwenkachse 15 im Raum zwischen dem Schwinghebel 6 und dem Tassenstößel 21 untergebracht. Durch diese Maßnahmen baut der Ventiltrieb einschließlich dem Schwingnocken 12 sehr schmal. Der für den Schwinghebel 6 und den Schwing­ nocken 12 in der Höhe benötigte Platz kann dadurch ge­ wonnen werden, daß ein Ventilspielausgleichselement nicht, wie häufig angewendet, im Tassenstößel 21 untergebracht wird, sondern die Schwenkachse 15 des Schwingnockens 12 abstützt (Fig. 2 bis 4). Dadurch ist es möglich, den Platz der Nockenwelle gegenüber einer Anordnung mit un­ mittelbarem Antrieb des Tassenstößels durch die Nocken­ welle unverändert zu lassen.

In der Fig. 1 ist die Stellwelle 8 in der Stellung für die Hubkurve mit größtmöglicher Hubhöhe und Hubdauer dar­ gestellt. Die Nockenwelle 1 befindet sich in einer Stellung in der der Nocken 2 mit dem Beginn der vorlaufenden Flanke 4 am Schwinghebel 6 anliegt. Der Berührungspunkt 24 zwischen dem Schwingnocken 12 und dem Tassenstößel 21 liegt dabei auf der Grundkreisbahn 17 des Schwingnockens 12, und zwar mit Abstand vöm Punkt 19 im Übergang von der Grundkreisbahn 17 zur Nockenbahn 18. Daraus ergibt sich, daß zu Beginn und gegen Ende der Betätigung des Schwinghebels 6 und des Schwingnockens 12 durch den Nocken 2 der Berührungspunkt 24 auf der Grundkreisbahn 17 bis zum Punkt 19 wandert, ein Hub des Tassenstößels 21 und des Hubventils 22 also nicht statt­ findet, so daß sich die Bewegung und Beschleunigung von Schwinghebel 6 und Schwingnocken 12 über eine erheblich größere Zeitdauer erstrecken als die Hubdauer des Hub­ ventils 22, beispielsweise, wie dargestellt, über 180° Nockenwellenwinkel bei einer allgemein üblichen Hubdauer des Hubventils 22 von etwa 140° Nockenwellenwinkel. Aus der größeren Beschleunigungsdauer ergeben sich geringere Beschleunigungen und damit kleinere auf den Schwinghebel 6 und den Schwingnocken 12 und ihre Abstützungen und Ver­ bindungen wirkende Kräfte.

Sollen Hubdauer und Hubhöhe des Hubventils 22 verringert werden, beispielsweise bei geringerer Drehzahl und/oder Last der Brennkraftmaschine, so wird die Stellwelle 8 im Uhrzeigersinn (Pfeil 25) verdreht, der Abstützpunkt des Schwingnockens 6 auf der Kurvenbahn 9 wandert nach unten, der Schwinghebel 6 wird um die Nockenwelle 1 und mit ihm der Schwingnocken 12 im Uhrzeigersinn verschwenkt. Dadurch wandert der Berührungspunkt 24 auf der Grundkreis­ bahn 17 nach rechts, sich vom Punkt 19 entfernend. Bei einer Betätigung durch den Nocken 2 wandert der Berührungs­ punkt 24 kürzere Zeit und weniger weit auf der Nockenbahn 18, wodurch sich die geringere Hubdauer und Hubhöhe des Hub­ ventils 22 ergeben. Außerdem kann der Nocken 2 durch das Verschwenken des Schwinghebels 6 gegen die Drehrichtung 3 der Nockenwelle bei einer Verstellung der Stellwelle 8 in Pfeilrichtung 25 den Schwinghebel 6 früher betätigen, wo­ durch sich eine Verschiebung der Hubkurven (Fig. 5) insgesamt noch früher ergibt. Dadurch ergibt sich ein erheblich früheres Schließen des Hubventils 22 bei einem nur geringen Verschieben des Öffnungszeitpunktes, was insbesondere bei Einlaßhubventilen bei geringer Last und Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine angestrebt wird. Die durch die asymmetrische Form des Nockens 2 hervorgerufene Verschiebung der Hub­ kurve kann der beschriebenen Form der Verschiebung über­ lagert werden und diese somit in gewünschter Weise ver­ stärken oder verringern.

Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist der erfindungsgemäße Ventil­ trieb mit veränderlichem Hub besonders geeignet für den gemeinsamen Antrieb von zwei Einlaß-Hubventilen 22 pro Zylinder 26 der Brennkraftmaschine.

Die mit den Lagerzapfen 27 im Gehäuse 16 des Zylinder­ kopfes gelagerte Nockenwelle 1 treibt mit den beiden Nocken 2 je einen Schwinghebel 6, die über zwei Kugelgelenke 11 ge­ meinsam einen einzigen etwa U-förmigen Schwingnocken 12 treiben, der mit je einem Schenkel 28 an dem Tassenstößel 21 jeden Hub­ ventils 22 anliegt, so daß diese völlig gleichförmig be­ wegt werden. Wie besonders auf der rechten Seite der Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Schwinghebel 6 seitlich durch eine nach unten abstehende Rippe 29 verstärkt, neben der eine Ausnehmung 30 verbleibt, in die der Schenkel 28 bei der Betätigung des Schwingnockens 12 eintaucht. Der die Schenkel 28 verbindende Steg ist als Kugelpfanne 31 ausgebildet, die zusammen mit einem Kugelkopf 32 ein Kugelgelenk 33 bildet. In Kugelpfanne 31 und Kugelkopf 32 sind parallel zur Achse der Nockenwelle 1 zwei Stifte 34 eingesetzt, die ein Verschwenken des Schwingnockens 12 um die Schwenkachse 15 (Fig. 1) sicherstellen. Im Kugel­ kopf 32 ist ein an sich bekanntes hydraulisches Ventil­ beispielausgleichselement 35 untergebracht, das sich an einen Einsatzteil 36 abstützt, das im Gehäuse 16 einge­ setzt und mit diesem mittels Bajonettverschluß 37 und ggf. Schweißen fest verbunden ist. Das Einsatzteil 36 hat im mittleren oberen Bereich eine zylinderförmige Ausnehmung 38, um für die Nockenwelle 1 ausreichend Platz zu schaffen. Wie in Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, bewegen sich die beiden Schwinghebel 6 und die beiden Schenkel 28 des Schwing­ nockens 12 beidseits des Kugelgelenks 33, so daß einerseits eine symmetrische Abstützung des Schwingnockens 12 er­ reicht wird und andererseits der Platz zwischen deren Teilen und der Nockenwelle 1 bestmöglich durch das Kugel­ gelenk 33, das Ventilspielausgleichselement 35 und das dieses abstützende, die Nockenwelle 1 teilweise umfassende Einsatzteil 36 genutzt ist.

In der Fig. 3 ist eine Feder 39 zu erkennen, die sich am Gehäuse 6 abstützt und die den Schwingnocken 12 und die Schwinghebel 6 nach oben drückt, so daß deren Anlage an der Nockenwelle 1 und von der Kurvenbahn 9 jederzeit sicher­ gestellt ist.

Claims (11)

1. Ventiltrieb für ein Hubventil in einer Brennkraft­ maschine mit einer Nockenwelle mit einem Nocken, mit einem bei einer Betätigung durch den Nocken um eine Abstützung, deren Lage durch eine Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie der Drehzahl oder der Last der Brennkraftmaschine verstellbar ist, schwenken­ den Betätigungshebel, und mit einem durch den Betätigungs­ hebel betätigten, um eine sich am Maschinengehäuse ab­ stützende Achse schwenkbaren Schwingnocken, der mit einer Grundkreisbahn und einer sich daran anschließenden Nocken­ bahn am Hubventil anliegt, wobei der Anlagepunkt bei einer Verstellung der Verstelleinrichtung in Richtung auf ge­ ringere Hubdauer und Hubhöhe durch Verschwenken des Schwing­ nockens auf der Grundkreisbahn von der Nockenbahn sich entfernend wandert, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel ein Schwinghebel (6) ist, der sich mit seinem einen Längsende an der Verstellein­ richtung (7) abstützt und der mit seinem anderen Längs­ ende an dem Schwingnocken (12) angelenkt ist, während der Nocken (2) der Nockenwelle (1) am dazwischen liegenden Mittelbereich des Schwinghebels (6) angreift, und daß der Schwinghebel (6) bei einer Verstellung der Verstelleinrichtung (7) in Richtung auf geringere Hub­ dauer und Hubhöhe des Hubventils (22) entgegen der Dreh­ richtung (Pfeil 3) der Nockenwelle (1) verschwenkt wird.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Grundkreisanlage der Nockenwelle (1) am Schwing­ hebel (6) der Berührungspunkt (24) des Schwingnockens (12) an Hubventil (22, Tassenstößel 21) bei jeder Stellung der Verstelleinrichtung (7) auf der Grundkreisbahn (17) des Schwingnockens (12) mit Abstand zu dessen Nockenbahn (18) liegt.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (2) der Nockenwelle (1) asymmetrisch aus­ gebildet ist mit gegenüber der nachlaufenden Flanke (5) steilerer vorlaufender Flanke (4).

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7) eine Stellwelle (8) mit einer als Abstützung für den Schwinghebel (6) dienenden Kurvenbahn (9) ist, die über den Umfang unterschiedliche radiale Abstände zur Drehachse (10) der Verstellwelle (8) auf­ weist.

5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (7) ein hydraulisches Element ist mit einem als Abstützung für den Schwinghebel (6) dienenden hydraulisch verstellbaren Kolben.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung zwischen dem Schwinghebel (6) und dem Schwingnocken (12) aus einem in einer Kugel­ pfanne (14) des Schwinghebels (6) gelagerten Kugel­ kopf (13) des Schwingnockens (12) besteht.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung des Schwingnockens (12) in einen Kugelgelenk (33) erfolgt, dessen Schwenkachse (15) durch insbesondere Stifte (34), die durch die Kugelpfanne (31) in den Kugelkopf (32) eingesetzt sind, parallel zur Dreh­ achse der Nockenwelle (1) festgelegt ist.

8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schwingnocken (12) in seiner Schwenkachse (15) an einem weitgehend im Kugelkopf (32) des Kugelgelenks (33) ange­ ordneten hydraulischem Ventilspielausgleichselement (35) abstützt.

9. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine als Hubkolben-Brennkraft­ maschine mit mehreren, insbesondere zwei Einlaß- oder Auslaßventilen pro Zylinder (26) ausgebildet ist und daß der alle Einlaß- oder Auslaßventile eines Zylinders betätigende Schwingnocken (12) ein in der Draufsicht etwa U-förmiges Teil mit einer Grundkreisbähn (17) und Nockenbahn (18) an jedem Schenkel (28) bildet.

10. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelpfanne (31) des Kugelgelenks (33) im Steg des U-förmigen Teils angeordnet ist.

11. Ventiltrieb nach den Ansprüchen 8 und 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Schwingnocken (12) gemeinsam betätigenden Schwinghebel (6) sich seitlich neben dem Ventilspiel­ ausgleichselement (35) symmetrisch zu diesen bewegen.