AT514535A1 - Ventilbetätigungseinrichtung - Google Patents

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AT514535A1 ATA50395/2013A AT503952013A AT514535A1 AT 514535 A1 AT514535 A1 AT 514535A1 AT 503952013 A AT503952013 A AT 503952013A AT 514535 A1 AT514535 A1 AT 514535A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung (4) zur variablen Ventilsteuerung zumindest eines über eine Nockenwelle (7) und zumindest einen Ventilhebel (9) betätigbaren Gaswechselventils (2, 3) einer Brennkraftmaschine, wobei zumindest ein Anlenkpunkt (16, 18) zwischen dem Ventilhebel (9) und dem Gaswechselventil (2, 3) oder einem auf das Gaswechselventil (2, 3) wirkenden Kraftübertragungselement über eine Verstelleinrichtung verstellbar ausgebildet ist. Um eine stoßfreie Ventilbetätigung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinrichtung einen im Ventilhebel (9) verschiebbar gelagerten Kolben (13) aufweist, welcher an zumindest einen mit einem Betätigungsmedium befüllbaren Druckraum (19, 20) grenzt, wobei eine mit dem Kolben (13) verbundene Kolbenstange (15) in einem ersten Anlenkpunkt (16) mit einem ersten Ende einer Schubstange (17) gelenkig verbunden ist, deren zweites Ende in einem zweiten Anlenkpunkt (18) mit dem Gaswechselventil (2, 3) oder dem auf das Gaswechselventil (2, 3) einwirkenden Kraftübertragungsteil gelenkig verbunden ist, so dass der erste Anlenkpunkt (16) in Längsrichtung der Kolbenstange (15) zumindest zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung zur variablenVentilsteuerung zumindest eines über eine Nockenwelle und zumindest einenVentilhebel betätigbaren Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, wobeizumindest ein Anlenkpunkt zwischen dem Ventilhebel und dem Gaswechselventiloder einem auf das Gaswechselventil wirkenden Kraftübertragungselement übereine Verstelleinrichtung verstellbar ausgebildet ist.
Ein variabler Ventilhub wird in vielen Fällen mittels eines sogenannten "Lost Motion"- Systems erreicht. Dabei nachteilig ist, dass für kleinere Hübe die Übertragung aufden Ventiltrieb auf dem Nocken in einem Bereich beginnt, in welchem keineRampen vorhanden sind. Die Folge ist eine schlagartige Beschleunigung desVentiltriebs, die eine Stoßbelastung verursacht. Dieser Schlag muss gedämpftwerden, um mechanische Schäden im Ventiltrieb zu vermeiden.
Die Veröffentlichungen US 4,986,227 A und WO 2012/010081 Al zeigenVentilbetätigungseinrichtungen für zumindest ein nockenbetätigtesGaswechselventil, wobei die Kraftübertragung zwischen Nockenwelle undGaswechselventil über einen Ventilhebel erfolgt, bei dem der Drehpunkt verstellbarist.
Weiters ist aus der JP 55-151 106 A2 eine Ventilbetätigungseinrichtung fürzumindest ein über einen Schlepphebel durch eine Nockenwelle betätigbaresGaswechselventil bekannt, wobei der Anlenkpunkt des Schlepphebels amGaswechselventil durch einen Schwinghebel veränderbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eineVentilbetätigungseinrichtung bereit zu stellen, bei der - ohne zusätzlicheDämpfungsmaßnahmen - mechanische Schäden durch Stoßbelastung vermiedenwerden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verstelleinrichtung einen imVentilhebel verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, welcher an zumindest einenmit einem Betätigungsmedium befüllbaren Druckraum grenzt, wobei eine mit demKolben verbundene Kolbenstange in einem ersten Anlenkpunkt mit einem erstenEnde einer Schubstange gelenkig verbunden ist, deren zweites Ende in einemzweiten Anlenkpunkt mit dem Gaswechselventil oder dem auf das Gaswechselventil einwirkenden Kraftübertragungsteil gelenkig verbunden ist, so dass der ersteAnlenkpunkt in Längsrichtung der Kolbenstange zumindest zwischen einer erstenStellung und einer zweiten Stellung verschiebbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Anlenkpunkt in der - vorzugsweiseeiner ersten Endstellung entsprechenden - ersten Stellung in der Drehachse desVentilhebels angeordnet ist. Wenn der erste Anlenkpunkt in die Drehachse desVentilhebels geschoben wird, führen der erste Anlenkpunkt, und somit auch dasGaswechselventil keine Hubbewegung aus. Somit können die Hubbewegungen desGaswechselventiles zwischen einer Null-Verstellung und einer maximalenHubbewegung stufenlos verstellt werden, ohne dass es zu Stoßbelastungen durchschlagartige Beschleunigung des Ventiltriebes kommt.
Die maximale Hubbewegung wird durch die zweite Stellung des erstenAnlenkpunktes definiert, welche durch eine zweite Endstellung gebildet sein kann.Größtmögliche Ventilhübe in der zweiten Stellung werden ermöglicht, wenn dererste Anlenkpunkt in der zweiten Endstellung im Bereich der Längsachse desGaswechselventiles oder des Kraftübertragungselementes angeordnet ist.
Eine einfache Verstellung der Ventilbetätigungseinrichtung kann erfolgen, wenn derKolben als doppelwirkender Kolben ausgebildet ist, wobei der Kolben mit einerersten Stirnfläche an einen ersten Druckraum und mit einer der ersten Stirnflächeabgewandten zweiten Stirnfläche an einem zweiten Druckraum grenzt, wobei esbesonders vorteilhaft ist, wenn in jeden Druckraum jeweils zumindest einDruckkanal einmündet, wobei vorzugsweise die Druckkanäle der beidenDruckräume überein gemeinsames Schieberventil gesteuert werden.
Um ein Ablösen des Ventilhebels vom Betätigungsnocken zu vermeiden, kannvorgesehen sein, dass der Ventilhebel durch eine Rückstellfeder an denBetätigungsnocken der Nockenwelle gepresst ist, wobei vorzugsweiseBetätigungsnocken und Rückstellfeder an verschiedenen Enden am Ventilhebelangreifen. Durch die Rückstellfeder wird verhindert, dass der Ventilhebel seinenKontakt zum Betätigungsnocken verliert.
Eine sehr einfache Bauweise ergilbt sich, wenn der Ventilhebel als Schlepphebelausgebildet ist. Die Ventilbetätigungseinrichtung kann pro Gaswechselventil oderpro Gaswechselventilqruppe einen Ventilhebel aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn über einen Ventilhebel eine Gaswechselventilgruppe, bestehend ausbeispielsweise zwei gleichartigen Gaswechselventilen eines Zylinders, betätigt wird,wobei vorzugsweise das Kraftübertragungselement durch eine Druckstange einerauf zumindest zwei Gaswechselventile einwirkenden Ventilbrücke gebildet ist.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes einerBrennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventilbetätigungseinrichtung ineinem Schnitt gemäß der Linie I - I in Fig. 5, Fig. 2 einen Stellschieber derVentilbetätigungseinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 5 ineiner Mittelstellung, Fig. 3 diesen Stellschieber in einer ersten Endstellung, Fig. 4diesen Stellschieber in einer zweiten Endstellung und Fig. 5 dieVentilbetätigungseinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie V - V in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 1 und ein Ventiltriebsgehäuse 24 mit zweiGaswechselventilen 2, 3, welche über eine Ventilbetätigungseinrichtung 4 betätigtwerden können. Die Gaswechselventile 2, 3 können Ein- oder Auslassventile sein.Im Ausführungsbeispiel werden die beiden Gaswechselventile 2, 3 übereineVentilbrücke 5 und eine Druckstange 6 betätigt. Die Ventilbetätigungseinrichtung 4weist eine im Zylinderkopf 1 drehbar gelagerte Nockenwelle 7 mit zumindest einemBetätigungsnocken 8 auf, welcher auf einen durch einen Schlepphebel gebildetenVentilhebel 9 einwirkt. Der Ventilhebel 9 ist in einem Drehpunkt 10 drehbar imZylinderkopf 1 oder im Ventiltriebsgehäuse 24 gelagert. Übereine Rückstellfeder 11wird der Ventilhebel 9 an den Nocken 8 der Nockenwelle 7 gepresst. ImAusführungsbeispiel wirken Betätigungsnocken 8 und Rückstellfeder 11 aufverschiedenen Enden des Ventilhebels 9 ein, wobei der Betätigungsnocken 8 aufden Kontaktfinger 12 des Ventilhebels angreift. Der dargestellte Kontakt zwischenden Betätigungsnocken 8 und dem Ventilhebel 9 ist in Fig. 1 als Gleitkontaktausgebildet. Der Kontakt kann aber auch über eine nicht dargestellte Rolle erfolgen.
Im Ventilhebel 9 ist ein Kolben 13 in einem durch den Ventilhebel 9 gebildetenZylinder 14 verschiebbar gelagert. Der Kolben 13 ist mit einer Kolbenstange 15verbunden, welche wiederum in einem ersten Anlenkpunkt 16 gelenkig mit einerSchubstange 17 verbunden ist. Die Schubstange 17 ist in einem zweitenAnlenkpunkt 18 gelenkig mit der Druckstange 6 verbunden, welche über die
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Kolbens 13 kommt es zu einer Verschiebung des ersten Anlenkpunktes 16 undsomit zu einer Beeinflussung der Hubbewegung der Gaswechselventile 2, 3. DieBetätigung des Kolbens 13 erfolgt bevorzugt über ein hydraulischesBetätigungsmedium, wobei der Kolben 13 im Ausführungsbeispiel als doppeltwirkender Kolben ausgebildet ist. Dabei grenzt eine erste Stirnseite 13a desKolbens an einen ersten Druckraum 19 und eine von der ersten Stirnseite 13aabgewandte zweite Stirnseite 13b an einen zweiten Druckraum 20. Die beidenDruckräume 19, 20 können über erste bzw. zweite Druckkanäle PI bzw. P2unabhängig voneinander mit einem Betätigungsmedium, beispielsweise Motoröl,beaufschlagt werden. Der Kolben 13 und die Kolbenstange 15 können somit überÖldruck in Längsrichtung des Ventilhebels 9 entweder in Richtung desKontaktfingers 12 oder von diesem weg bewegt werden, je nachdem, welcher derDruckkanäle PI, P2 mit dem Druckmedium beaufschlagt ist. Der Kolben 13 wirdvom Öldruck zwischen den aus den Stiften 21, 22 bestehenden Anschlägen hin- undherbewegt.
In der in Fig. 1 dargestellten ersten Endstellung des Kolbens 13 liegt der ersteAnlenkpunkt 16 genau im Drehpunkt 10 des Ventilhebels 9. Die Schubstange 17 istüber den zweiten Anlenkpunkt 18 mit der Druckstange 6 verbunden. In dieserStellung wird keine Hubbewegung auf die Druckstange 6 übertragen. Wird hingegendie Kolbenstange 15 in Richtung des Kontaktfingers 12 in die zweite Endstellungausgefahren, gelangt der erste Anlenkpunkt 16 in die Stellung 16'. Dieentsprechende Lage des zweiten Anlenkpunktes ist mit 18' bezeichnet. BeimWeiterdrehen des Betätigungsnockens 8 wird der Nockenhub im Verhältnis derAbstände entsprechend verkleinert auf die Schubstange 17 übertragen. Der ersteAnlenkpunkt 16 gelangt dabei durch den Nockenhub von der Position 16' in diePosition 16" und der zweite Anlenkpunkt von der Position 18' auf die Position 18".Die Druckstange 6 drückt die Ventilbrücke 5 und somit die Gaswechselventile 2, 3in Fig. 1 nach unten, die beiden Gaswechselventile 2, 3 werden geöffnet. Für einenmaximalen Hub liegt der erste Anlenkpunkt 16 in der zweiten Endstellung imBereich der Längsachse 6a der Druckstange 6.
Jede Ventilgruppe, welche beispielsweise aus zwei gleichnamigenGaswechselventilen 2, 3 besteht, kann in gespiegelter Anordnung im Zylinder 1verbaut sein und über einen eigenen Schlepphebel 109 betätigt werden, aufwelchen der Betätigungsnocken 108 einer separaten Nockenwelle 107 einwirkt, wobei die Ventilbetätigungseinrichtungen 4, 104 für die verschiedenenVentilgruppen, insbesondere die Ventilhebel 9, 109, die Nockenwellen 7, 107, etc.bezüglich der Mittelebene la des Zylinderkopfes 1 gespiegelt angeordnet sind.
Jeder der Druckkanäle PI, P2 weist mehrere in den Zylinderkopf 1 oder dasVentiltriebsgehäuse 24, bzw. den Ventilhebel 9 eingeformte Druckbohrungen undNuten auf. Der erste Druckkanal PI weist die ersten Druckbohrungen und Nuten28, 29, 33, 37, 38, 39, 40 auf, der zweite Druckkanal P2 weist die zweitenDruckbohrungen und Nuten 30, 31, 34, 41, 42, 43, 44 auf.
Die Ölversorgung der ersten und zweiten Druckräume 19, 20 zur Beaufschlagungdes Kolbens 13 erfolgt über eine Versorgungsbohrung 23 im Zylinderkopf 1 oder imVentiltriebsgehäuse 24. Jede Ventilgruppe, bestehend aus Einlass- oderAuslassventilen, wird über ein eigenes Schieberventil 25 gesteuert, welches einen ineiner Schieberbohrung 26 verschiebbar angeordneten Schieberkolben 27 aufweist.Die Betätigung des Schieberkolbens 27, welche in bekannter Weise mechanisch,pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen kann, ist nicht Bestandteil derErfindung. An einer Stelle ist die Versorgungsbohrung 23 übereineVerbindungsbohrung 23a mit der Schieberbohrung 26 verbunden. DerSchieberkolben 27 steuert je nach Stellung einmal in die erste Bohrung 28, die indie erste Verteiler- und Sammelbohrung 29 führt oder er steuert in die zweiteBohrung 30, die in die andere zweite Verteiler- und Sammelbohrung 31 führt. Injedem Lagerbügel 32 des Kipphebels 9 befindet sich jeweils eine erste Bohrung 33,die mit der ersten Verteil- und Sammelleitung 29 in Verbindung steht, oder einezweite Bohrung 34, die mit der zweiten Verteiler- und Sammelbohrung 31 inVerbindung steht. Wenn der Schieberkolben 27 beide Bohrungen 28 und 30gleichzeitig verbindet, stehen alle Bohrungen der ersten und zweiten Druckkanäleunter Druck und die Kolbenstange 15 wird festgehalten. Diese Stellung ist in Fig. 2dargestellt. In allen anderen Stellungen wird die Kolbenstange 15 in Längsrichtungdes Ventilhebels 9 verfahren. Fig. 3 zeigt dazu die zweite Endstellung desSchieberkolbens 27 für ein Ausfahren der Kolbenstange 15 und Fig. 4 die ersteEndstellung des Schieberkolbens 27 für ein Einfahren der Kolbenstange 15. Wennnur eine der Bohrungen 28, 30 mit Druck beaufschlagt wird, wird in der jeweilsanderen Bohrung 30 bzw. 28 der Druck entlastet.
Aus der Bohrung 33 gelangt das Öl in die erste Lagerbohrung 35 des Ventilhebels 9.Der erste Lagerzapfen 36 des Ventilhebels 9 weist eine umlaufende erste Nut 37auf, aus der das Betätigungsmedium über die ersten Bohrungen 38, 39 und 40 aufdie äußere Seite des Kolbens 13 in den ersten Druckraum 19 gelangt. In dieserStellung fährt die Kolbenstange 15 heraus, wird als in Richtung des Kontaktfingers12 in die zweite Endstellung bewegt. Das Druckmedium auf der Innenseite desKolbens 13 im zweiten Druckraum 20 gelangt über die zweiten Bohrungen 44, 43,42 in die zweite Nut 41 im dem ersten Lagerzapfen 36 gegenüberliegenden zweitenLagerzapfen 45 in die zweite Lagerbohrung 46 des Ventilhebels 9. Von dort erfolgtdie Ölabfuhr über die zweite Bohrung 34 in die zweite Verteiler- und Sammelleitung31. Über die zweite Bohrung 30 gibt das Schieberventil 25 den Ölabfluss in denZylinderkopfbereich frei. Somit kann der Kolben 13 durch den Druck im erstenDruckraum 19 bis zum durch den Stift 22 gebildeten Anschlag in die zweiteEndstellung gefahren werden.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Ventilbetätigungseinrichtung (4) zur variablen Ventilsteuerung zumindesteines über eine Nockenwelle (7) und zumindest einen Ventilhebel (9)betätigbaren Gaswechselventils (2, 3) einer Brennkraftmaschine, wobeizumindest ein Anlenkpunkt (16, 18) zwischen dem Ventilhebel (9) und demGaswechselventil (2, 3) odereinem auf das Gaswechselventil (2, 3) wirkendenKraftübertragungselement über eine Verstelleinrichtung verstellbar ausgebildetist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung einen imVentilhebel (9) verschiebbar gelagerten Kolben (13) aufweist, welcher anzumindest einen mit einem Betätigungsmedium befüllbaren Druckraum (19,20) grenzt, wobei eine mit dem Kolben (13) verbundene Kolbenstange (15) ineinem ersten Anlenkpunkt (16) mit einem ersten Ende einer Schubstange (17)gelenkig verbunden ist, deren zweites Ende in einem zweiten Anlenkpunkt(18) mit dem Gaswechselventil (2, 3) oder dem auf das Gaswechselventil (2, 3) einwirkenden Kraftübertragungsteil gelenkig verbunden ist, so dass dererste Anlenkpunkt (16) in Längsrichtung der Kolbenstange (15) zumindestzwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verschiebbar ist.
  2. 2. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Anlenkpunkt (16) in der ersten Stellung -vorzugsweise einer ersten Endstellung - in der Drehachse (10) desVentilhebels (9) angeordnet ist.
  3. 3. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Anlenkpunkt (16) in der zweiten Stellung -vorzugsweise einer zweiten Endstellung - im Bereich der Längsachse (6a) desGaswechselventils (2, 3) oder des Kraftübertragungselementes angeordnet ist.
  4. 4. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben (13) als doppelwirkender Kolben (13)ausgebildet ist, wobei der Kolben (13) mit einer ersten Stirnfläche (13a) aneinen ersten Druckraum (19) und mit einer der ersten Stirnfläche (13a)abgewandten zweiten Stirnfläche (13b) an einem zweiten Druckraum (20)grenzt.
  5. 5. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Ventilhebel (9) durch eine Rückstellfeder (11) anden Betätigungsnocken (8) der Nockenwelle (7) gepresst ist, wobeivorzugsweise Betätigungsnocken (8) und Rückstellfeder (11) an verschiedenenEnden am Ventilhebel (9) angreifen.
  6. 6. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Ventilbetätigungseinrichtung (4) proGaswechselventil (2, 3) oder pro Gaswechselventilgruppe einen Ventilhebel (9)aufweist.
  7. 7. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass der Ventilhebel (9) als Schlepphebel ausgebildet ist.
  8. 8. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement durch eineDruckstange (6) einer auf zumindest zwei Gaswechselventile (2, 3)einwirkenden Ventilbrücke (5) gebildet ist.
  9. 9. Ventilbetätigungseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass in jeden Druckraum (19, 20) jeweils zumindest einDruckkanal (PI, P2) einmündet, wobei vorzugsweise die Druckkanäle (PI, P2)überein gemeinsames Schieberventil (25) gesteuert werden.
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