DE4243169C1 - Variable Ventilsteuerungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerungseinrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige variable Ventilsteuerungseinrichtung ist aus der DE 29 51 361 A1 bekannt. Bei dieser bekannten variablen Ventilsteuerungseinrichtung erfolgt die Veränderung der Hubbewegung des Hubventils durch eine lineare Verschiebung des Betätigungsteils und eine damit verbundene Änderung der wirksamen Hebellängen des Übertragungshebels und des Betätigungsteils. Die am Übertragungshebel angreifende Feder dient lediglich der Lagesicherung des Übertragungshebels am Nocken der Nockenwelle. Die Ventilsteuerungseinrichtung baut sehr breit. Die Gleitfläche des Betätigungsteils am Übertragungshebel ist aufwendig gestaltet und unterliegt einer hohen Reibleistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine variable Ventilsteuerungseinrichtung der eingangs genannten Art einfacher und flexibler zu gestalten, insbesondere unter Vermeidung aufwendig gestalteter Flächen sowie Gleitflächen mit hoher Verschleißan­ fälligkeit.

Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen variablen Ventil­ steuerungseinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgebildete variable Ventilsteuerungsein­ richtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß eine Hubver­ änderung des Hubventils hauptsächlich durch eine Veränderung der Vorspannung bzw. der Federkennlinie einer oder mehrerer Federn erreicht wird, die bei sonst gleichen Bedingungen das Abbildungsverhältnis des Nockenprofils in die Hubbewegung des Hubventils verändert. Mit dieser Einrichtung kann die Ventil­ steuerung über den gesamten Leistungsbereich einer Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit dieser Steuerung variabel gestaltet werden. Da die Hubkurven in den Eintritts- und Aus­ trittsbereichen der Nockenerhebungen einen kleinen Steigungs­ gradienten erhalten können, kann die Phasenbreite der Nocken­ erhebung sehr groß gewählt werden sowie die Ventilsteuerungs­ einrichtung insgesamt sehr weich gestaltet werden. Damit erge­ ben sich geringe Anpreß- und Reibungskräfte zwischen den Ven­ tilantriebsgliedern durch eine geringe Federvorspannung zumin­ dest im Niedriglastbereich der Maschine. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die erfindungsgemäße Einrichtung ein mechanischer Ventilspielausgleich gegeben ist und somit ein zusätzlicher, beispielsweise hydraulischer Spielausgleich ein­ gespart werden kann.

Weitere Ausführungen und Vorteile sind in der anschließenden Beschreibung angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine variable Ventilsteuerungseinrichtung mit scherenförmig zueinander angeordneten Übertra­ gungshebel und Betätigungsteil,

Fig. 2 eine variable Ventilsteuerungseinrichtung mit einem als Schwinghebel am Übertragungshebel an­ gelenkten Betätigungsteil,

Fig. 3 eine variable Ventilsteuerungseinrichtung mit einem als Zylinder ausgebildeten frei auf­ gehängten Betätigungsteil und

Fig. 4 eine variable Ventilsteuerungseinrichtung mit einer zwischen einem Ventilschaft und einem Stößel vorgespannten Feder.

Zur Betätigung eines nur mit seinem oberen Schaftteil darge­ stellten Hubventils 1, beispielsweise zur Steuerung der Gas­ wechsel in einer nicht weiter dargestellten Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine, ist eine Nockenwelle 2 mit einem Nocken 3 vor­ gesehen, der sich aus einer Nockenerhebung 4 und einem Grund­ kreis 5 zusammensetzt. An dem Nocken 3 liegt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Rolle 6, ein Übertragungshebel 7 an. Mit diesem ist ein Betätigungsteil 8 verbunden, der an der Gleitfläche 9 eines dem Ventilschaft des Hubventils 1 überge­ stülpten Ventilstößels 10 anliegt. Das Hubventil 1 ist in seiner Schließrichtung durch eine als Druckfeder ausgebildete Schließfeder 11 belastet.

Gemäß Fig. 1 bestehen der Übertragungshebel 7 und der Betäti­ gungsteil 8 aus zwei scherenförmig zueinander angeordneten Kipphebeln, die in ihrem jeweils mittleren Bereich zueinander drehbar über einen Bolzen 12 miteinander verbunden sind. Der Betätigungsteil 8 liegt mit seinem einen Ende unter Zwischenschaltung einer Rolle 13 auf dem Ventilstößel 10 auf, während sein anderes Ende in der Pfeilrichtung 14 verstellbar ist. Diese Verstellung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise durch eine Kurbel oder ein hydraulisches Verstellelement (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von Parametern der Brenn­ kraftmaschine wie Drehzahl oder Last erfolgen. Das vom Nocken 3 abgewandte Ende des Übertragungshebels 7 ist durch eine Feder 15 belastet, die den Übertragungshebel 7 gegen den Nocken 3 drückt. Diese Feder 15 besitzt bei Anlage des Übertragungshe­ bels 7 am Grundkreis 5 eine Vorspannung, die über die Kipphebel eine geringere Kraft auf das Hubventil 1 ausübt als die Schließfeder 11, so daß ein Öffnen des Hubventils 1 durch die Feder 15 ausgeschlossen ist. Bei einer Verstellung des Betäti­ gungsteils 8 in Pfeilrichtung 14 verändern sich einerseits die Hebelverhältnisse der Kipphebel zueinander und andererseits die Vorspannung der Feder 15. Durch diese Vorspannungsänderung der Feder 15 ändert sich auch die Abbildung des Nockens 3 auf die Hubbewegung des Hubventils 1. So wird beispielsweise bei ge­ ringer Vorspannung der Feder 15 bei Wirksamwerden des Ein­ trittsbereichs der Nockenerhebung 4 zunächst die Feder 15 ver­ kürzt, ehe die Hubbewegung des Hubventils 1 einsetzt. Entspre­ chend ist die Hubbewegung des Hubventils 1 bereits bei Wirk­ samwerden des Austrittsbereichs der Nockenerhebung 4 beendet. Dadurch ergibt sich eine verkürzte Hubdauer und auch Hubhöhe des Hubventils 1. Entsprechend vergrößern sich durch eine Er­ höhung der Vorspannung der Feder 15 Hubdauer und Hubhöhe des Hubventils 1.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wirkt die Feder 15 nicht un­ mittelbar auf den Übertragungshebel 7 ein, sondern über einen Zusatzhebel 16, der mit seinem freien Ende auf dem dem Nocken 3 abgewandten Ende des Übertragungshebels 7 aufliegt. An seinem anderen Ende ist der Zusatzhebel 16 in Pfeilrichtung 17 ver­ stellbar, beispielsweise wiederum durch eine Kurbel oder ein hydraulisches Verstellelement (nicht dargestellt). Durch eine derartige Verstellung kann das von der Feder 15 auf den Über­ tragungshebel 7 aufgebrachte Moment verändert und damit besser an die Erfordernisse angepaßt werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Übertragungshebel 7 als Schwinghebel ausgebildet, der an seinem einen Ende mit einer Gleitplatte 18 am Nocken 3 anliegt und an seinem anderen Ende in den Pfeilrichtungen 19 auf die bekannten Arten ver­ stellbar und drehbar gelagert ist. Im Bereich seines nocken­ seitigen Endes ist am Übertragungshebel 7 der Betätigungsteil 8 angelenkt, der als Schwinghebel ausgebildet ist und sich an seinem freien Ende über eine als Blattfeder ausgebildete Druckfeder 20 am Übertragungshebel 7 abstützt. Diese Druckfeder 20 besitzt eine, ähnlich wie bei der Feder 15 der Fig. 1, ge­ zielt eingestellte Vorspannung. Die Anlagefläche 21 des Betä­ tigungsteils 8 am Ventilstößel 10 besitzt eine Kurvenform mit sich veränderndem Halbmesser, so daß der Anlagepunkt 22 am Ventilstößel 10 in Bezug auf den Anlenkpunkt 23 des Betäti­ gungsteils 8 sich seitlich verschiebt. Die durch diese Hebel­ änderung entstehende Veränderung des auf den Betätigungsteil ausgeübten Moments kann dazu benutzt werden, eine bei allen Stellungen des Nockens 3 und des Übertragungshebels 7 ausrei­ chende Abstützung des Betätigungsteils 8 durch die Druckfeder 20 zu erreichen. Bei einer Verstellung des Übertragungshebels 7 in Pfeilrichtung 19 werden sowohl die Hebelverhältnisse als auch die Vorspannung der Druckfeder 20 geändert, woraus sich, ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, veränderte Hubkurven für das Hubventil 1 ergeben.

Im besonderen besteht die Anlagefläche 21 aus einem Bereich 25 mit konstantem Halbmesser zum Anlenkpunkt 23 und einem sich daran kontinuierlich anschließenden Bereich mit stetig größer werdendem Halbmesser, bezogen auf den Anlenkpunkt 23. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Abwälzen des Betätigungsteils 8 auf der Stößelgleitfläche 9, aktiviert durch das Wirksamwerden der Nockenerhebung 4, die Hubbewegung des Hubventils 1 bei ge­ ringer Vorspannung der Druckfeder 20 spätestens dann einsetzt, wenn der Berührungspunkt 22 zwischen Betätigungsteil 8 und Stößelgleitfläche 9 den Bereich 25 mit konstantem Halbmesser erreicht, da dann die zwischen Stößel 10 und Betätigungsteil 8 übertragene Normalkraft relativ zum Anlenkpunkt 23 keinen He­ belarm mehr besitzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besteht der Betäti­ gungshebel 7 wiederum aus einem Schwinghebel mit längsfester Anlenkung und Anlage am Nocken 3 über eine Rolle 6. Als Betä­ tigungsteil 8 wird ein frei aufgehängter Zylinder von einer vorgespannten, sich am Übertragungshebel 7 abstützenden Druck­ feder 24 sowohl gegen die Rolle 6 wie gegen den Ventilstößel 10 gedrückt. Der Zylinder besitzt eine erhebliche Masse, so daß er infolge seiner Massenträgheit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle und damit der Brennkraftmaschine mehr oder we­ niger der von der Rolle 6 und dem Ventilstößel 10 bei einer Betätigung durch die Nockenerhebung 4 auf ihn ausgeübten Kraft ausweicht. Insbesondere ist bei niedrigen Drehzahlen sein Aus­ weichen gegen die Kraft der Druckfeder 24 groß, so daß die Hubbewegung des Hubventils sich stark verringert. Insbesondere ändert sich hierbei die Vorspannung der Druckfeder 24, woraus sich zusätzlich eine Veränderung der Hubkurve des Hubventils 1 ergibt, ähnlich wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 dar­ gestellt ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der Übertragungshebel 7 als Schwinghebel ausgebildet, der an seinem nockenabgewandten Ende gemäß dem Doppelpfeil 31 lageverstellbar angelenkt bzw. gelagert ist und mit seinem nockenzugewandten Ende den Nocken 3 und die Stößelgleitfläche 9 über Rollen 6 und 32 berührt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die die Vorspannkraft aufbringende Feder 30 im Stößel 10 derart integriert, daß die Vorspannungskraft zwischen dem Stößel 10 und dem Betätigungsteil 8 wirkt, das als Tasse oder weiterer Stößel ausgebildet ist und im Stößel 10 gleitgeführt axial verstellbar eingepaßt ist.

Claims (16)

1. Variable Ventilsteuerungseinrichtung mit einer Nockenwelle mit einem Nocken, der einen Übertragungshebel antreibt, der unter Zwischenschaltung eines Betätigungsteils eine Hubbewegung eines von einer Schließfeder belasteten Hubventils bewirkt, wobei die Abstützung des Übertragungshebels (7) durch eine vor­ gespannte Feder (15, 20, 24, 30) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verände­ rung der Hubbewegung des Hubventils (1) eine Veränderung der Vorspannung oder der Federkennlinie der Feder (15, 20, 24, 30) und/oder der Schließfeder (11) vorgenommen wird, die zu einer Veränderung der Über­ setzung bzw. Abbildung des Nockenprofils (3, 4) in die Hubbe­ wegung des Hubventils (1) führt.

2. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15, 20, 24, 30) eine lineare oder nichtlineare, insbesondere eine zur Verringerung der Anpreßdrücke zwischen dem Übertragungshebel (7) und dem Nockengrundkreis (5) stark progressive Federkennlinie aufweist.

3. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7) und der Betätigungsteil (8) als scherenförmig zueinander angeordnete, in ihren mittleren Be­ reichen zueinander drehbare und einander verbundene Kipphebel ausgebildet sind, daß die Feder (15) den Übertragungshebel (7) am nockenabgewandten Ende belastet und daß der Betätigungsteil (8) in seinem ventilabgewandten Ende verstellbar ist.

4. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Feder (15) und dem Übertragungshebel (7) ein Zusatzhebel (16) eingeschaltet ist, der mit seinem freien Ende am nockenabgewandten Ende des Übertragungshebels (7) anliegt und der an seinem anderen Ende verstellbar ist.

5. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) und der Zusatzhebel (16) in ihrer Funktion kombiniert und ersetzt werden durch eine Blattfeder, die mit ihrem freien Ende am nockenabgewandten Ende des Übertragungshebels (7) anliegt und die an ihrem anderen Ende verstellbar ist, wobei die Blattfeder hinsichtlich der Aufnahme der Aktivkräfte fest eingespannt ist.

6. Ventilsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg der Federn zusätzlich über eine zur Nocken­ wellendrehung synchronisiert wirkende Zwangsführung verstellt werden kann.

7. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7) als Schwinghebel ausgebildet ist, der an seinem nockenabgewandten Ende lageverstellbar angelenkt ist und an dem im Bereich seines nockenseitigen Endes ein weiterer Schwinghebel als Betätigungsteil (8) angelenkt ist, und daß zwischen dem Übertragungshebel (7) und dem Betätigungsteil (8) eine vorgespannte Druckfeder (20) einge­ spannt ist.

8. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (20) als Blattfeder ausgebildet ist.

9. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (21) des Betätigungsteils (8) einen Be­ reich (25) mit konstantem Halbmesser zum Anlenkpunkt (23) aufweist und dieser Kurvenbereich (25) kontinuierlich übergeht in einen Kurvenbereich stetig größer werdender Halbmesser, be­ zogen auf den Anlenkpunkt (23).

10. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (21) des Betätigungsteils (8) eine Kur­ venform mit stetig größer werdenden Halbmessern, bezogen auf den Anlenkpunkt (23) besitzt.

11. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinghebel (7) als Rollenschwinghebel ausgebildet ist, bezogen auf die Berührzone mit dem Nocken (3) der Nockenwelle (2).

12. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7) als Schwinghebel und der Betäti­ gungsteil (8) als Rollkörper, insbesondere Zylinder ausgebildet sind und daß der Rollkörper (8) vorgespannt im Schwinghebel (7) angelenkt bzw. belastet ist.

13. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper (8) zwar beweglich eingespannt ist, aber radial festgehalten wird zwischen Stößelgleitfläche (9), Rolle (6) und einem im Schwinghebel (7) gleitend gelagerten, vorgespannt eingebundenen Gleitflächenelement (26), auf das die Federkraft der Feder (24) direkt einwirkt.

14. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper (8) bzw. ein zweigeteilter Rollkörper (8) auf eine Welle aufgezogen wird, die ihrerseits mit einer Halterung (27) fest verbunden ist, die radial zum Anlenkpunkt (28) verstellbar und vorgespannt aufgehängt wird.

15. Ventilsteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitflächenelement (26) bzw. die Halterung (27) und damit die Rolle (8) eine zusätzliche zur Nockenwellendrehung und dem Motorlastbereich synchronisierte mechanische Zwangs­ führung erhält, die beispielhaft eingebracht werden kann über einen variablen hydropneumatischen Anschlag oder über eine dem Kraftfluß entsprechend der Feder (24) vorgelagert angebrachte Stößelstange, die im Schwinghebel (7) gelagert bzw. geführt angebracht ist und an ihrer einen Seite eine Spannfläche zur Druckfeder (24) besitzt und an ihrer anderen Seite z. B. ein aufgestecktes Rollenlager hat, das eine hinter der Lagerung des Schwinghebels (7) lokalisierte verstellbare Konturkurve ab­ fährt.

16. Ventilsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshebel (7) als Schwinghebel ausgebildet ist, der an seinem nockenabgewandten Ende lageverstellbar angelenkt bzw. gelagert ist und mit seinem nockenzugewandten Ende den Nocken (3) und die Stößelgleitfläche (9) des Stößels (10) be­ rührt, wobei die die Vorspannungskraft aufbringende Feder (30) im Stößel (10) derart integriert ist, daß die Vorspannungskraft zwischen dem Stößel (10) und dem Betätigungsteil (8) wirkt.