DE4230809C2

DE4230809C2 - Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4230809C2
Application number: DE4230809A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Sondermann
Original assignee: STECKHAN HELMUT PROF DR
Current assignee: STECKHAN HELMUT PROF DR
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-15
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2012-09-16
Also published as: DE4230809A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen am Einlaß für Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Arbeitsraum bzw. Zylinder zwei Ventile vorzusehen, um hierdurch die Menge an zufließen der Luft bzw. an zufließendem Luft-Kraftstoff-Gemisch und/oder die Strömungsverhältnisse zu verbessern.

Bei bekannten Ventilsteuerungen werden die beiden Ventile durch zwei gleichgeschaltete Steuernocken und zwei Ventil federn jeweils gleichzeitig geöffnet und geschlossen. Infolge der schnell folgenden Schwingungen der beiden Ventilfedern unterliegen diese einer hohen Schwingungsbelastung, die zu Ermüdungserscheinungen führt, durch die dann Veränderungen der Ventilhübe, insbes. auch unterschiedlich große Verände rungen der Ventilhübe zufolge haben. Letzteres bedingt, daß ungleiche Mengen an Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in den jeweiligen Zylinder strömen und es dort zu einer ungleichen Verbrennung kommt.

Bekannt ist speziell auch (DE-OS 33 44 324), für zwei gleichzeitig und gleichsinnig betätigbare Ventile einer Brennkraftmaschine einen gemeinsamen, jochartigen Ventil stößel vorzusehen, der in einer Achsrichtung parallel zur Achse der Bewegung der Ventile verschiebbar geführt ist, mit einer Seite auf die Ventilschäfte einwirkt und mit seiner anderen Seite mit zwei an einer Nockenwelle axial versetzten identischen Steuernocken zusammenwirkt. Diese bekannte Ventilsteuerung ist relativ aufwendig.

Bekannt ist weiterhin eine Ventilsteuerung für Brennkraft maschinen gemäß der gattungsbildenden DE-AS 20 37 705, wobei die Ventilsteuerung als Nockensteuerung wenigstens einen Steuernocken zur Einleitung von Ventil betätigungskräften besitzt, die Rückstellfedern entgegen wirken. Um eine stufenlose Veränderung des Ventilhubes und/oder der Ventilöffnungszeit zu ermöglichen, weist der Steuernocken eine Nockenfläche auf, die in Achsrichtung einen sich ändernden Abstand von der Achse der Nockenwelle besitzt. Zusammen mit dem Steuernocken ist die Nockenwelle für die Steuerung bzw. Veränderung des Ventilhubes oder der Ventil öffnungszeit in Achsrichtung verschiebbar, und zwar durch eine hydraulische Betätigungseinrichtung, die von einem an wenigstens einem Ende der Nockenwelle vorgesehenen Kolben gebildet ist, der in einem mit einem hydraulischen Druck medium beaufschlagbaren Zylinderraum verschiebbar vorgesehen ist. Bei umlaufender Nockenwelle läuft der Kolben der Betätigungseinrichtung ebenfalls rotierend um die Achse der Nockenwelle um, und zwar bei nichtrotierendem Zylinder der Betätigungseinrichtung. Dies bedeutet während des Betriebes der Brennkraftmaschine eine ständige Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder und damit einen erheblichen Verschleiß dieser Elemente.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilsteuerung der gattungsbildenden Art aufzuzeigen, die bei einfacher Kon struktion eine hohe Standzeit und Betriebssicherheit für die Betätigungseinrichtung gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ventilsteuerung ent sprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung liegt eine Relativ bewegung zwischen dem Kolben und Zylinder der Betätigungs einrichtung nicht vor, so daß ein hierdurch bedingter Verschleiß wirksam vermieden ist. Die Antriebswelle für die Nockenwelle ist als Hohlwelle ausgeführt und bildet den Zylinder, in welchem das den Kolben bildende eine Ende der Nockenwelle axial verschiebbar, antriebsmäßig aber verbunden eingreift. Bei der Erfindung besitzt die Ventilsteuerung beispielsweise mindestens zwei gleichzeitig betätigbare und eine Gruppe bildende Ventile, wobei die Einleitung der Betätigungskräfte auf die Ventile über einen für jede Ventilgruppe gemeinsamen Steuernocken erfolgt, und zwar ggf. über einen Kipp- und Schlepphebel. Die Nockensteuerung wirkt dann auf eine Traverse ein und zwar dort, wo auf der anderen Seite dieser Traverse sich die Ventilfeder abstützt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 in vereinfachter schematischer Teildarstellung sowie im Schnitt eine zwei Ventile aufweisende Ventilsteuerung nach dem Stand der Technik, in unterschiedlichen Betriebszu ständen;

Fig. 3 und 4 die Ventilsteuerung der Fig. 1 und 2 in den beiden Betriebszuständen zusammen mit der erfindungs gemäßen hydraulischen Betätigungseinrichtung;

Fig. 3a und 4a eine gegenüber Fig. 3 und 4 abgewandelte Ausführungsform;

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie III-IlI der Fig. 3;

Fig. 6 und 7 in Einzeldarstellung und im Längsschnitt eine Verbindung einer Nockenwelle mit einer diese an treibenden Welle.

In den Figuren sind 1 und 2 zwei Ventile eines Arbeits zylinders einer ansonsten nicht dargestellten Brennkraft maschine gezeigt. Die Ventile 1 und 2 sind beide entweder Einlaß ventile oder Auslaßventile, auf jeden Fall jedoch Ventile, die jeweils gleichzeitig und gleichsinnig betätigt werden.

Die Ventile 1 und 2 sind mit ihren Ventilschäften an einem Motorteil, d. h. am Zylinderkopf 3 axial verschiebbar vorgesehen. An den freien Enden sind die Ventilschäfte durch eine Traverse 4 miteinander verbunden. Durch eine zwischen der Traverse 4 und dem Zylinderkopf 3 wirkende Ventil- bzw. Druckfeder 5 sind die beiden Ventile 1 und 2 in ihre geschlossene Stellung vorgespannt.

Gegen die Oberseite der Traverse 4 liegt ein Kipp- bzw. Schlepphebel 6′ mit seiner Unterseite an, und zwar in der Mitte der Traverse 4, wo auch die Ventilfeder 5 angreift. Die Oberseite dieses Hebels wirkt mit dem an einer Nockenwelle 7 vorge sehenen Steuernocken 8′ zusammen, der bei dieser Ausführung zusammen mit dem Schlepphebel 6′ die Nockensteuerung bildet.

Mit der Ventilsteuerung ist ein variabler bzw. einstellbarer Hub H für die Ventile 1 und 2 möglich ist, womit also auch die Öffnungszeit dieser Ventile gesteuert werden kann.

Der Steuernocken 8′′ ist hierfür so ausgebildet, daß er eine Nockenfläche 9 aufweist, die sich etwa über einen Winkel bereich von 180° bezogen auf die Achse der Nockenwelle 7 erstreckt, wobei die Mantellinien der Nockenfläche 9 sich geradlinig von einem kleineren Durch messer bzw. der einen Stirnseite des Steuernockens zu einem größeren Durchmesser bzw. der anderen Stirnseite des Steuernockens erstrecken, d. h. der Steuernocken 8′′ ist im Bereich der Nockenfläche 9 teilkonusartig ausgeführt. Außerhalb der Nockenfläche 9 ist der Umfang des Steuernockens 8′′ von einem im wesentlichen kreiszylinderförmigen Umfangs bereich gebildet. Der Formgebung der Nockenfläche 9 entsprechend ist der Schlepphebel 6′ an seiner Oberseite mit einer schrägen Fläche 13 versehen.

Die Ventile 1 und 2 sind durch die einzige, gemeinsame Ventilfeder 5 in ihre Schließstellung vorgespannt. Beim Umlaufen der Nockenwelle 7 werden diese Ventile 1 und 2 gegen die Wirkung der Ventilfeder 5 geöffnet, und zwar durch die gegen den Schlepphebel 6′ zur Anlage kommende Nocken fläche 9.

Durch axiales Bewegen des Steuernockens 8′ können der Öffnungshub H und damit auch die Öffnungszeit der Ventile 1 und 2 eingestellt werden. Fig. 2 zeigt die Lage des Steuer nockens 8′′ für den kleinsten Ventilhub. Fig. 1 zeigt die Stellung des Steuernockens 8′ für den größten Ventilhub. Die Differenz zwischen den beiden Hüben ist in den Fig. 1 und 2 mit DH bezeichnet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen an der Antriebsseite der Nockenwelle 7′′ eine Welle 20 mit einem Antriebsrad 21 (z. B. Zahnriemen rad) zum Antreiben der Welle 20 und damit Nockenwelle 7′′. Das Antriebsrad 21 steht antriebsmäßig in Verbindung mit der Kurbelwelle.

In einem Teilbereich 20′ ist die Welle 20 als Hohlwelle ausgebildet. Dieser Teilbereich besitzt eine Länge, die größer ist als der maximale axiale Bewegungshub des Steuer nockens 8′. Weiterhin ist in der Welle 20 eine axiale Bohrung 22′ vorgesehen, die in den Innenraum 23 des Abschnittes 20′ reicht. Die Nockenwelle 7′′ reicht mit ihrem einen Ende in den Innenraum 23 hinein, und zwar derart, daß die Nockenwelle 7′′ in Achsrichtung relativ zu der Welle 20 verschiebbar, an der Welle 20 aber verdrehungssicher gehalten ist. Die Nockenwelle 7′′ bildet somit mit ihrem in den Innenraum 23 hineinreichenden Ende einen Kolben.

Der Steuernocken 8′ besitzt von dem Ende der Nockenwelle 7′′ einen Abstand, der größer ist als die axiale Länge des Steuernockens 8′.

Das andere Ende der Nockenwelle 7′′ reicht in den Innenraum 24 einer geschlossenen Lagerhülse 25, und zwar mit einer Länge, die größer ist als die axiale Länge des Steuernockens 8′.

Bei der Darstellung der Fig. 3 ist die Nockenwelle 7′′ mittels eines über die Bohrung 22 in den Innenraum 23 eingeleiteten Druckmediums (Drucköles) zusammen mit dem Steuernocken 8′ in die Stellung axial verschoben, in der der Steuernocken 8′ den größten Hub für die Ventile 1 und 2 bewirkt. Im Innenraum 24 der Lagerhülse 25 vorhandenes Drucköl wird über eine dortige Bohrung 26 abgeleitet.

Zum axialen Verschieben der Nockenwelle 7′′ und damit des Steuernockens 8′ in die andere Richtung wird über die Bohrung 26 der ebenfalls als Zylinder wirkende Innenraum 24 der Lagerhülse 25 mit dem Drucköl beaufschlagt, so daß dann die Nockenwelle 7′′ die in der Fig. 4 dargestellte Lage einnimmt, in der der Steuernocken 8′ den geringsten Hub für die Ventile 1 und 2 bewirkt.

Bei der in den Fig. 3a und 4a dargestellten Ausführungsform ist im Innenraum 24 der Lagerhülse 25 eine Druckfeder 27 vorgesehen, die die Nockenwelle 7′′ in eine Stellung zurück bewegt, die dem kleineren Hub der Ventile 1 und 2 entspricht.

Um eine Reibung zwischen der Nockenwelle 7′′ und der Druck feder 27 zu vermeiden, stützt sich letztere mit einem Ende an einem auf der Nockenwelle 7′′ vorgesehenen Kugellager 27′ ab.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie III-III der Fig. 3. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen der Welle 20 und der Nockenwelle 7′′ durch eine Vielzahl von ineinandergreifenden axialen Nuten und Vorsprüngen, d. h. durch ein zahnradartiges Ineinandergreifen von Welle 20 und Nockenwelle 7′′, gewähr leistet.

Bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen der Welle 20 und der Nockenwelle 7′′ durch eine in eine Längsnut 28 der Welle 20 eingreifende Feder 29 an der Nockenwelle 7′′ (Fig. 6) bzw. durch eine in eine Längsnut 30 der Nockenwelle 7′′ eingreifende Feder 31 in der Welle 20 realisiert.

Die Steuerung des Drucköles zum Verschieben des Steuernockens 8′ oder der Nockenwelle 7′′ erfolgt beispielsweise über einen Computer, und zwar in Abhängigkeit von Daten entsprechend Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, Last, Lufttemperatur usw., die von entsprechenden Sensoren geliefert werden.

Bezugszeichenliste

1, 2 Ventil
3 Zylinderkopf
4 Traverse
5 Ventilfeder
6′ Schlepphebel
7, 7′′ Nockenwelle
8′, 8′′ Steuernocken
9 Nockenfläche
10 Umfangsbereich
20 Welle
21 Antriebsrad
22 Bohrung
23 Innenraum
24 Innenraum
25 Lagerhülse
26 Bohrung
27 Druckfeder
27′ Kugellager
28 Längsnut
29 Feder
30 Längsnut
31 Feder

Claims

1. Ventilsteuerung für wenigstens ein Ventil (1, 2) einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockensteuerung mit wenigstens einem Steuernocken (8′) zur Einleitung von Ventilbetätigungskräften, die Rückstellfederkräften entgegenwirken, wobei der wenigstens eine Steuernocken (8′) eine Nockenfläche (9) aufweist, die in Achsrichtung der Nockenwelle (7′′) einen sich ändernden Abstand von der Achse der Nockenwelle (7′′) besitzt, wobei zur stufenlosen, variablen Steuerung des Ventilhubes (H) und/oder der Ventilöffnungszeit die Nockenwelle zusammen mit dem auf dieser Nockenwelle vorgesehenen wenigstens einen Steuernocken (8′) durch eine hydraulische Betäti gungseinrichtung verschiebbar ist, die von wenigstens einem mit dem Druckmedium beaufschlagbaren Zylinderraum (23, 24) gebildet ist, in dem ein an wenigstens einem Ende der Nockenwelle vorgesehener Kolben verschiebbar vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende der Nockenwelle (7′′) einstückig mit dem Kolben ausgebildet ist, und daß der den Zylinderraum (23, 24) bildende Zylinder ein als Hohlwelle ausgebildeter Teil (20′) einer Welle (20) ist, in den die Nockenwelle mit dem betreffenden Ende hineinreicht und in dem (20′) die Nockenwelle axial verschiebbar aber verdrehungssicher gehalten ist.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der Welle (20) und der Nockenwelle (7′′) wirkende Längsverzahnung und/oder Nut- und Feder-Verbin dung (28, 29; 30, 31).

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß auf wenigstens ein Ende der Nockenwelle (7′′) wenigstens ein Federelement (27) wirkt, welche die Nockenwelle (7′′) in eine Stellung, beispielsweise in die dem kleineren Ventilhub entsprechende Stellung vorspannt, und daß die Betätigungseinrichtung die Nockenwelle (7′′) gegen die Wirkung des wenigstens einen Federelementes (27) in die andere Richtung bewegt.