DE4223173A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brenn­ kraftmaschine mit zumindest zwei parallel wirkenden, je­ weils durch einen Nocken sowie ein Übertragungsglied be­ tätigten Hubventilen je Zylinder, deren Ventilhubverlauf voneinander verschiedenartig verstellbar ist.

Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise aus der DE 37 39 246 A1 bekannt. Das Übertragungsglied ist dabei als Kipphebel ausgebildet, wobei einzelne Kipphebel der einem einzigen Zylinder zugeordneten Hubventile über Kupplungs­ elemente miteinander verbunden werden können. Indem bei diesem bekannten Stand der Technik den einzelnen Kipphe­ beln unterschiedliche Nocken zugeordnet sind, ist es durch entsprechende Ansteuerung dieser Kipphebel- Kupplungen somit möglich, ein bestimmtes Hubventil entwe­ der direkt durch den ihm zugeordneten Nocken oder durch den Nocken eines anderen Hubventiles zu betätigen. Der Ventilhubverlauf dieses bestimmten Hubventiles ist somit verschiedenartig von dem eines anderen Hubventiles veränderbar.

Dieser bekannte Ventiltrieb ist insofern nachteilig, als an den einzelnen Hubventilen lediglich Hubverläufe er­ zeugt werden können, die durch die tatsächlich vorhan­ denen Nocken vorgegeben sind. Weitere Variationen sind dabei nicht möglich. Ferner erfahren die Kupplungsele­ mente der Kipphebel bzw. Übertragungsglieder extrem hohe mechanische Belastungen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, an einem Ventiltrieb mit zumindest zwei parallel wirkenden Hubventilen je Zylinder Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer der Ven­ tilhubverlauf in vielfältiger Weise und verschiedenartig voneinander verstellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Ab­ stützpunkte der Übertragungsglieder über verdrehbare, auf einer gemeinsamen Exzenterwelle liegende Exzenter ver­ stellbar sind, wobei sich die Erhebungskurven der zumindest zwei Exzenter je Zylinder voneinander unter­ scheiden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß sind die Abstützpunkte der zwischen die einzelnen Nocken sowie die einzelnen Ventile zwischenge­ schalteten Übertragungsglieder verstellbar. Bei diesen Übertragungsgliedern kann es sich wie im oben genannten Stand der Technik um einen Kipphebel oder auch um einen Schlepp- oder Schwinghebel handeln, daneben sind aber auch andere Ausführungsformen möglich, so beispielsweise ein eine Kulissenbahn für eine Walze aufweisendes Kulis­ senelement. Wird nun der Abstützpunkt dieses Schwing- oder Kipphebels oder des Kulissenelementes verschoben, so ergibt sich für das jeweilig zugeordnete Hubventil ein abgewandelter Hubverlauf, da der Nockenhub in verschie­ denartiger Weise übertragen wird. Dieses Prinzip zur Variation des Ventilhubverlaufes ist zwar an sich bekannt (DE 38 33 540 C2), jedoch gibt diese bekannte Ausfüh­ rungsform nicht an, wie der Abstützpunkt des Übertra­ gungsgliedes auf einfache Weise verschoben werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt dies mit Hilfe von Exzentern, an denen sich die Übertragungsglieder abstützen. Diese Ex­ zenter sind Bestandteil einer gemeinsamen Exzenterwelle - sind mehrere Zylinder in Reihe angeordnet, so kann sich diese Exzenterwelle über sämtliche Zylinder erstrecken -, die in einfacher Weise verdreht werden kann. Erfindungs­ gemäß unterscheiden sich darüberhinaus die einem einzelnen Zylinder zugeordneten Exzenter. Dadurch ist es wie gewünscht möglich, die wiederum diesen einzelnen Ex­ zentern zugeordneten Ventile verschiedenartig voneinander zu betätigen, bzw. deren Hubverlauf verschiedenartig von­ einander zu verstellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Halb-Querschnitt durch einen Brennkraft­ maschinen-Zylinderkopf mit einem erfindungsge­ mäßen Ventiltrieb, wobei der maximale Nocken­ hub in einen maximalen Ventilhub umgesetzt ist,

Fig. 2 die gleiche Anordnung, wobei der maximale Nockenhub lediglich minimalen Ventilhub be­ wirkt,

Fig. 3 eine Teilansicht X aus Fig. 1 sowie

Fig. 4 in einem Diagramm mehrere mögliche Ventilhub­ verläufe.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine bezeichnet. Dieser Zylinderkopf erstreckt sich in der Darstellung gemäß Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene über mehrere Zylinder. Je Zylinder sind zu­ mindest zwei Einlaßkanäle 2 zu einem Brennraum 3 vorhanden, wobei je Einlaßkanal 2 in bekannter Weise ein Hubventil 4 vorgesehen ist. Betätigt wird dieses Hubven­ til durch einen Nocken 5a einer Nockenwelle 5, wobei der Nocken 5a auf eine Walze 6 einwirkt, die ihrerseits auf dem Stößel 7 des Hubventiles 4 abrollt.

Wie auch Fig. 3 zeigt, ist die Walze 6 stufenförmig aus­ gebildet und besitzt mehrere Abrollstufen 6a, 6b, 6c. Mit der Abrollstufe 6a liegt die Walze 6 auf dem Stößel 7 auf, während die Abrollstufe 6b mit dem Nocken 5a Kontakt hat. Mit der Abrollstufe 6c schließlich wälzt die Walze 6 auf einer Kulissenbahn 8a eines Kulissenelementes 8 ab, so daß die Walze 6 insgesamt durch dieses Kulissenelement 8 entsprechend der Kulissenbahn 8a geführt ist. Insgesamt bildet somit das Kulissenelement 8 sowie die Walze 6 das sogenannte zwischen dem Nocken 5a sowie dem Hubventil 4 liegende Übertragungsglied 9.

Wie ersichtlich stützt sich dieses Übertragungsglied 9 bzw. das Kulissenelement 8 an einem Exzenter 10a ab, der aus einer Exzenterwelle 10 herausgearbeitet ist. Wird nun die Exzenterwelle 10 um ihre Längsachse 10b verdreht - zwei verschiedene Positionen sind in den Fig. 1, 2 dargestellt -, so wird der Abstützpunkt des Kulissenele­ mentes 8 bzw. des Übertragungsgliedes 9 verschoben. Hier­ durch verändert sich auch die Lage der Walze 6 bzw. der Kulissenbahn 8a, die letztlich die durch den rotierenden Nocken 5a bewegte Walze 6 führt. Mit Veränderung des Ab­ stützpunktes des Übertragungsgliedes 9 ergeben sich aber - wie ersichtlich - bei gleichem Nockenhub verschiedenen Ventilhübe. In Fig. 1 ist der maximal erreichbare Ventilhub h bei maximalen Nockenhub gezeigt. Bei Fig. 2 wird demgegenüber die Exzenterwelle 10 um ihre Längsachse 10b um 180° gedreht. Aus der daraus resultierenden Ver­ schiebung des Übertragungsgliedes 9 ergibt sich bei maxi­ malen Nockenhub ein Ventilhub nahezu vom Betrag 0, d. h. das Hubventil 4 wird lediglich minimal geöffnet.

Zur Sicherstellung der beschriebenen Funktion ist ein Rückstellhebel 11 erforderlich, der ebenfalls an der Ab­ rollstufe 6a der Walze 6 angreift und diese Walze somit stets gegen den Nocken 5a preßt. Dieser Rückstellhebel 11 wird in entsprechender Weise von einer Druckfeder 12a be­ aufschlagt. Hierzu ist die Druckfeder 12a zwischen einem auf den Rückstellhebel 11 einwirkenden Druckelement 12b sowie einem in den Zylinderkopf 1 eingeschraubten Führungselement 12c eingespannt. Lediglich prinzipiell dargestellt ist ferner die Längsführung 13 für das Kulis­ senelement 8.

Wie Fig. 3 zeigt, sind für jeden einzelnen Zylinder 14a, 14b des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes 1 zwei Hubven­ tile 4, 4′ vorgesehen. Jedem Hubventil 4, 4′ eines einzelnen Zylinders 14a bzw. 14b ist ein eigener Nocken 5a, 5a′ sowie ein eigenes Übertragungsglied 9, 9′ in Form eines eigenen Kulissenelementes 8, 8′ sowie einer eigenen Walze 6, 6′ zugeordnet. Dabei stützt sich jedes Kulissen­ element 8, 8′ an einem eigenen Exzenter 10a, 10a′ der sich über den gesamten Zylinderkopf 1 erstreckenden Ex­ zenterwelle 10 ab. Wie die Fig. 1, 2 zeigen, unter­ scheiden sich die beiden einem Zylinder 14a bzw. 14b zu­ geordneten Exzenter 10a, 10a′ in ihrer Geometrie. Identisch sind die beiden Exzenter 10a, 10a′ eines Zylin­ ders lediglich in den Punkten des minimalen sowie des ma­ ximalen Exzenterhubes. Befindet sich somit die Exzenter­ welle 10 in der in Fig. 2 gezeigten Position, so bleiben trotz maximalen Nockenhubes die beiden Hubventile 4, 4′ eines Zylinders nahezu geschlossen. Befindet sich hingegen die Exzenterwelle 10 in der Position gemäß Fig. 1, so werden bei maximalem Nockenhub die beiden Hubven­ tile 4, 4′ maximal geöffnet (Ventilhub h). In Zwischenpo­ sitionen der Exzenterwelle hingegen werden die beiden Hubventile 4, 4′ bei maximalem Nockenhub unterschiedlich weit geöffnet. Der Ventilhubverlauf dieser beiden Hubventile 4, 4′ je Zylinder 14a bzw. 14b ist somit durch Verstellen der Exzenterwelle 10 voneinander verschieden­ artig veränderbar.

Ersichtlich wird dies auch aus Fig. 4, die in einer Dia­ grammdarstellung verschiedene Ventilhubverläufe zeigt. Auf der Abszisse ist der Kurbelwinkel bzw. Nockenwellen- Winkel aufgetragen, die Ordinate gibt den erreichbaren Ventilhub an. Dabei ist für jeden der einzelnen exemplarisch herausgegriffenen fünf Ventilhubverläufe die zugehörige Position der Exzenterwelle 10 angegeben. Der am ansteigenden Ast angegebene Zahlenwert bezieht sich dabei auf das erste Hubventil 4, während der am abfallenden Ast angegebene Zahlenwert die erforderliche Exzenterwellenposition für das zweite Hubventil 4′ an­ gibt. Die Position der Exzenterwelle 10 ist dabei durch Winkelgrade beschrieben, wobei die Position gemäß Fig. 2 0° entspricht und die Position gemäß Fig. 1 den Wert von 180° darstellt.

Man erkennt somit, daß wie bereits erläutert bei der Exzenterwellenposition 0° die beiden Hubventile 4, 4′ lediglich einen äußerst geringen Ventilhub ausführen, während bei der Exzenterwellenposition 180° beide Hubven­ tile 4, 4′ ihren maximalen Ventilhub h erreichen. Den minimal möglichen Ventilhub behält das Hubventil 4′ aber auch bei einer Exzenterwellenposition von 45° und 90° bei, während bei diesen Positionen das Hubventil 4 be­ reits deutliche Hübe ausführt.

Verschiedenartige Ventilhubverläufe zweier parallel wirkender Hubventile je Zylinder sind erwünscht, um die Ladungswechseldynamik sowie die Verwirbelung der in den Brennraum 3 eingebrachten Ladung zu verbessern. Mit der gezeigten Konstruktion ist eine derartige Ventilhubcha­ rakteristik für zumindest zwei parallel wirkende Hubventile je Zylinder auf einfache Weise erzielbar. Das beschriebene System zeichnet sich nicht nur durch einfache konstruktive Gestaltung, sondern auch durch höchste Zuverlässigkeit aus. Dabei sind durchaus vielfäl­ tige Abweichungen insbesondere konstruktiver Art möglich, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.

Claims (5)

1. Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei parallel wirkenden jeweils durch einen Nocken (5a, 5a′) sowie ein Übertragungsglied (9, 9′) betä­ tigten Hubventilen (4, 4′) je Zylinder (14a, 14b), deren Ventilhubverlauf voneinander verschiedenartig verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützpunkte der Übertragungsglieder (9, 9′) über verdrehbare, auf einer gemeinsamen Exzenterwelle (10) liegende Ex­ zenter (10a, 10a′) verstellbar sind, wobei sich die Erhebungskurven der zumindest zwei Exzenter (10a, 10a′) je Zylinder (14a, 14b) voneinander unter­ scheiden.

2. Ventiltrieb einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Exzenterwelle (10) für die in Reihe angeordneten Zylinder (14a, 14b).

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied (9) als eine zwischen dem Stößel (7) des Hubventi­ les (4) sowie dem Nocken (5a) abwälzende Walze (6) ausgebildet ist, die weiterhin durch ein mittels des Exzenters (10a) verstellbares Kulissenelement (8) geführt ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (6) verschiedene mit dem Nocken (5a) oder mit dem Stößel (7) oder mit der Kulissenbahn (8a) des Ku­ lissenelementes (8) zusammenwirkende Abrollstufen (6a, 6b, 6c) aufweist.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Walze (6) ein Rückstellhebel (11) angreift.