DE4223173A1 - Valve mechanism for vehicle IC engine - has different lift curves for each pair of valves per cylinder controlled by roller-actuated eccentrics - Google Patents

Abstract

The valve drive mechanism has two lift valves (4, 4') per cylinder (14a, 14b) acting in parallel. The support points of the transmission members (9, 9') are adjustable via rotatable eccentrics (10, 10') fitted on a common eccentric shaft (10). The lift curves of the two eccentrics for each of the cylinders are different from each other. The transmission member is a roller (5) working in an adjustable gate element (8). USE/ADVANTAGE - Valve mechanism for vehicle IC engine gives variations in valve lift without imposing extremely high mechanical loads on component parts.

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.The invention relates to a valve train of a burner Engine with at least two acting in parallel, each Weil be by a cam and a transmission link actuated lift valves per cylinder, their valve lift curve is differently adjustable from each other.

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.Such a valve train is for example from DE 37 39 246 A1 known. The transmission link is as Rocker arm designed, individual rocker arm of one single cylinder associated lift valves via clutch elements can be connected. By at this known prior art the individual Kipphe different cams are assigned, it is by appropriate control of this rocker arm Couplings thus possible, either a specific globe valve directly through the cam assigned to it or through to actuate the cam of another lift valve. Of the Valve stroke curve of this particular stroke valve is thus different from that of another globe valve changeable.

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.This known valve train is disadvantageous in that on the individual lift valves, he only stroke courses can be witnessed by the actually existing  which are given cams. Other variations are not possible. Furthermore, the clutch elements experience elements of the rocker arms or transmission links are extremely high mechanical loads.

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.The object of the invention is therefore on a valve train with at least two parallel acting lift valves each Cylinder measures to demonstrate with the help of those of the Ven tilhub progress in many different ways can be adjusted from each other.

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.To solve this problem it is provided that the Ab bases of the transmission links via rotatable, a common eccentric shaft ver are adjustable, the elevation curves of at least two eccentrics per cylinder from each other divorce. Advantageous developments of the invention are Content of the subclaims.

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. According to the support points between the individual cams and the individual valves switched transmission elements adjustable. With these Transmission links can be as in the above State of the art around a rocker arm or one Acting rocker arm or rocker arm, but are next to it other embodiments are also possible, for example a scenery track for a roller having coolies element. If the support point of this oscillating or rocker arm or the backdrop element moved, so results for the respectively assigned globe valve modified stroke course, because the cam stroke in different is transmitted in such a way. This principle for Variation of the valve stroke course is known per se (DE 38 33 540 C2), but this gives known execution not like the support point of the transfer supply member can be moved in a simple manner.  

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.According to the invention, this is done with the aid of eccentrics which the transmission links are supported on. This ex centers are part of a common eccentric shaft - if several cylinders are arranged in a row, extend this eccentric shaft over all cylinders -, which can be easily twisted. Invention according to the also differ one eccentric assigned to individual cylinders. That’s it as desired, which in turn this individual Ex valves assigned to different centers from one another to operate, or their stroke course different from to disguise each other.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:In the following, the invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail. It shows:

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. 1 a semi-cross section is implemented by an internal combustion engine cylinder head with a erfindungsge MAESSEN valve train, wherein the maximum cam hub in a maximum valve lift,

Fig. 2 die gleiche Anordnung, wobei der maximale Nockenhub lediglich minimalen Ventilhub be­ wirkt, Fig. 2 shows the same arrangement, wherein the maximum cam lift only be minimum valve acts,

Fig. 3 eine Teilansicht X aus Fig. 1 sowie Fig. 3 is a partial view X from Fig. 1 and

Fig. 4 in einem Diagramm mehrere mögliche Ventilhub­ verläufe. Fig. 4 in a diagram several possible valve lift courses.

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.With the reference number 1 , a cylinder head of an internal combustion engine is designated. This cylinder head extends in the illustration of FIG. 1 perpendicularly to the plane of the drawing over a plurality of cylinders. At least two inlet ducts 2 to a combustion chamber 3 are provided per cylinder, a lift valve 4 being provided in a known manner per inlet duct 2 . This Hubven valve is actuated by a cam 5 a of a camshaft 5 , the cam 5 a acting on a roller 6 , which in turn rolls on the tappet 7 of the globe valve 4 .

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.As well as Fig. 3 shows, the roller 6 is formed step-shaped and has a plurality of Abrollstufen 6 a, 6 b, 6 c. With the rolling stage 6 a, the roller 6 rests on the tappet 7 , while the rolling stage 6 b has contact with the cam 5 a. Finally, with the rolling stage 6 c, the roller 6 rolls on a slide track 8 a of a slide element 8 , so that the roller 6 is guided overall by this slide element 8 in accordance with the slide track 8 a. Overall, the link element 8 and the roller 6 thus form the so-called transmission member 9 located between the cam 5 a and the lift valve 4 .

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.As can be seen, this transmission member 9 or the link element 8 is supported on an eccentric 10 a, which is worked out of an eccentric shaft 10 . If the eccentric shaft 10 is rotated about its longitudinal axis 10 b - two different positions are shown in FIGS . 1, 2 -, the support point of the Kulissenele element 8 or the transmission member 9 is shifted. This also changes the position of the roller 6 or the slide 8 a, which ultimately leads the roller 6 moved by the rotating cam 5 a. With a change in the base point of the transmission member 9 , however, there are - as can be seen - different valve lifts with the same cam stroke. In Fig. 1 the maximum achievable valve stroke h is shown at maximum cam stroke. In FIG. 2, in contrast, the eccentric shaft 10 is about its longitudinal axis 10 b by 180 °. From the resulting displacement of the transmission member 9 results in a valve lift at maximum cam lift of almost the amount 0, ie the lift valve 4 is opened only minimally.

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.To ensure the function described, a reset lever 11 is required, which also acts on the roller stage 6 a from the roller 6 and thus this roller always presses against the cam 5 a. This reset lever 11 is opened in a corresponding manner by a compression spring 12 a. For this purpose, the compression spring 12 a is clamped between a pressure element 12 b acting on the reset lever 11 and a guide element 12 c screwed into the cylinder head 1 . Only shown in principle is the longitudinal guide 13 for the pen element 8th

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.As shown in Fig. 3, two Hubven tiles 4 , 4 'are provided for each individual cylinder 14 a, 14 b of the engine cylinder head 1 . Each lift valve 4 , 4 'of an individual cylinder 14 a or 14 b is its own cam 5 a, 5 a' and its own transmission element 9 , 9 'in the form of its own link element 8 , 8 ' and its own roller 6 , 6 ' assigned. Each backdrop element 8 , 8 'is based on its own eccentric 10 a, 10 a' extending over the entire cylinder head 1 Ex center shaft 10 . As shown in FIGS. 1, 2, the two differ from a cylinder 14 a and 14 b to ordered eccentric 10 a, 10 a 'in their geometry. The two eccentrics 10 a, 10 a 'of a cylinder are identical only in the points of the minimum and the maximum eccentric stroke. Thus, the eccentric shaft 10 is in the position shown in Fig. 2, the two lift valves 4 , 4 'of a cylinder remain almost closed despite the maximum cam stroke. On the other hand, if the eccentric shaft 10 is in the position shown in FIG. 1, the two lifting valves 4 , 4 'are opened to the maximum at maximum cam stroke (valve stroke h). In Zwischenpo positions of the eccentric shaft, however, the two lift valves 4 , 4 'are opened to different degrees at maximum cam lift. The valve lift curve of these two lift valves 4 , 4 'per cylinder 14 a or 14 b can thus be varied differently by adjusting the eccentric shaft 10 .

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.This can also be seen from FIG. 4, which shows various valve lift profiles in a diagram. The crank angle or camshaft angle is plotted on the abscissa, the ordinate indicates the valve lift that can be achieved. The associated position of the eccentric shaft 10 is indicated for each of the five valve lift profiles selected by way of example. The numerical value specified on the rising branch refers to the first lift valve 4 , while the numerical value specified on the falling branch indicates the required eccentric shaft position for the second lift valve 4 '. The position of the eccentric shaft 10 is described by degrees of angle, the position according to FIG. 2 corresponding to 0 ° and the position according to FIG. 1 representing the value of 180 °.

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.It can thus be seen that, as already explained, in the eccentric shaft position 0 °, the two lift valves 4 , 4 'only execute an extremely small valve lift, while in the eccentric shaft position 180 °, both lift valve tiles 4 , 4 ' reach their maximum valve lift h. The minimum possible valve lift, the lift valve 4 'but also with an eccentric shaft position of 45 ° and 90 °, while in these positions the lift valve 4 be already executes significant strokes.

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.Different valve stroke profiles of two parallel-acting lift valves per cylinder are desired in order to improve the dynamics of the gas exchange and the swirling of the charge introduced into the combustion chamber 3 . With the construction shown, such a Ventilhubcha characteristic for at least two parallel-acting lift valves per cylinder can be achieved in a simple manner. The system described is not only characterized by simple structural design, but also by maximum reliability. There are many possible deviations, particularly of a constructive nature, which continue to fall under the content of the claims.

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.1. valve train of an internal combustion engine with at least two parallel acting by a cam ( 5 a, 5 a ') and a transmission member ( 9 , 9 ') actuated globe valves ( 4 , 4 ') per cylinder ( 14 a, 14 b), whose valve stroke profile is differently adjustable from each other, characterized in that the support points of the transmission members ( 9 , 9 ') on rotatable, on a common eccentric shaft ( 10 ) lying Ex eccentric ( 10 a, 10 a') are adjustable, the elevation curves of at least two eccentrics ( 10 a, 10 a ') per cylinder ( 14 a, 14 b) from one another. 2. Ventiltrieb einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Exzenterwelle (10) für die in Reihe angeordneten Zylinder (14a, 14b).2. Valve train of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1, characterized by a common eccentric shaft ( 10 ) for the cylinders ( 14 a, 14 b) arranged in series. 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.3. Valve train according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission member ( 9 ) as a between the plunger ( 7 ) of the Hubventi les ( 4 ) and the cam ( 5 a) rolling roller ( 6 ) is formed, which continues through a link element ( 8 ) which is adjustable by means of the eccentric ( 10 a) is guided. 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.4. Valve train according to claim 3, characterized in that the roller ( 6 ) different with the cam ( 5 a) or with the plunger ( 7 ) or with the slide ( 8 a) of the Ku lissenelementes ( 8 ) cooperating rolling stages ( 6 a , 6 b, 6 c). 5. Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Walze (6) ein Rückstellhebel (11) angreift.5. Valve train according to claim 3 or 4, characterized in that on the roller ( 6 ) engages a reset lever ( 11 ).