Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zur Änderung des Grades an Ventilhub in einer
Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Anordnung, die eine
solche Änderung zuläßt, ohne dabei gleichzeitig die
Öffnungsphase des Ventils zu verschieben.
Hintergrund der Erfindung
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Das Volumen der Einlaßcharge eines jeden Zylinders
ändert sich mit den Betriebsbedingungen, und wenn ein
feststehender Ventilhub unter allen Betriebsbedingungen eingesetzt
wird, wie dies bei herkömmlichen Motoren der Fall ist, ändert
sich die Geschwindigkeit der die Randzone durchströmenden
Charge und die daraus resultierende Verwirbelung der Charge über
den Betriebsbereich des Motors. Es ist daher eindeutig
wünschenswert, den Ventilhub derart ändern zu können, daß die
Strömungsverhältnisse der Luft über den gesamten
Betriebsbereich optimiert werden können, und daß insbesondere höhere
Luftströmungsgeschwindigkeiten bei niedriger Geschwindigkeit
und unter Teillastbedingungen erzielt werden.
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Der bisherige Stand der Technik beschreibt
Anordnungen, die zu dem gleichen Zweck eine Änderung der Geometrie der
Einlaßöffnung erlauben, diese Vorrichtungen sind jedoch in
bezug auf die Regulierung der Luftströmungsgeschwindigkeiten
weniger wirkungsvoll, da diese Geschwindigkeit im Randbereich
von Wichtigkeit ist, und je näher der Steuermechanismus an
diesem Bereich liegt, um so wirkungsvoller ist er.
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Es sind Ventile mit veränderlichem Ventilhub
vorgeschlagen worden (siehe z.B. GB 1201872, GB 1201558 und GB
682628), bei welchen die Position eines Drehpunktes eines
zwischen einer Stößelstange und einem Ventil arbeitenden
Kipphebels so verändert werden kann, daß die mechanische
Übersetzung des Kipphebels und damit der Ventilhub verändert werden.
Solche Anordnungen haben den Nachteil, daß sie nicht in Motoren
mit obenliegenden Nockenwellen eingesetzt werden können, in
welchen die Nockenwelle mit den Ventilen fluchtend montiert ist
und über den Ventilschäften verläuft.
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In der EP-A-0 280 667 und FR-A-992 780 wird ein
Mechanismus zur Erzielung eines verstellbaren Ventilhubes für
einen Motor mit einer Steuerwelle mit festem Profil
offengelegt. Ein zwischen der Steuerwelle und dem Ventil
angeordnetes Hebelsystem umfaßt einen ersten Hebel mit festem
Drehpunkt, auf welchen die Steuerwelle wirkt, und einen zweiten
Hebel mit festem Drehpunkt, der zur Betätigung des Ventils
angeordnet ist. Eine relativ zu den Drehpunkten der beiden Hebel
bewegliche Kupplung überträgt die Bewegung des ersten Hebels
auf den zweiten Hebel. In diesen Bezugsanordnungen jedoch ist
die Steuer- oder Nockenwelle nicht über den Ventilen
angebracht.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Mechanismus
zur Erzielung eines verstellbaren Ventilhubes in einer
Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit festem Profil gestellt,
bei welchem eine Hebelanordnung zwischen Nockenwelle und Ventil
angebracht ist, welche Hebelanordnung einen ersten, von der
Nockenwelle betätigten Hebel mit festem Drehpunkt aufweist,
einen zweiten Hebel mit festem Drehpunkt, welcher so angeordnet
ist, daß er das Ventil betätigt, und ein relativ zu den
Drehpunkten der beiden Hebel bewegliches Kupplungsglied zur
Übertragung der Bewegung des ersten Hebels auf den zweiten Hebel,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle eine obenliegende
Nockenwelle ist, und daß das Kupplungsglied zwischen den Hebeln
einen Stift oder eine Walze aufweist, die über die Länge der
Überlappung der Hebelarme verschiebbar ist.
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Jeder der beiden Hebel kann als einarmiger Hebel
ausgebildet sein, je nach der Geometrie des Zylinderkopfes können
allerdings auch ein Hebel oder beide Hebel als zweiarmige Hebel
ausgebildet sein. Wichtig ist vor allem, daß ein Arm des ersten
Hebels einen Arm des zweiten Hebels überlappt, so daß die
Bewegung des einen direkt auf den anderen übertragen werden kann.
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Der Hub des zweiten Hebels ändert sich mit der
Position des Kupplungsgliedes, und in einigen Fällen, je nach
Hubhöhe und Abstand der Hebel, kann der untere Hebel die Stellung
des oberen Hebels in einer horizontalen Ebene überlagern. Eine
Kollision der beiden Hebel kann dadurch vermieden werden, daß
einer der Hebel in der horizontalen Ebene einseitig versetzt
wird, diese Maßnahme alleine würde jedoch an der Kupplung
zwischen den Hebeln ein Biegemoment bewirken. Daher wird in diesem
Falle der erste Hebel vorzugsweise gabelförmig ausgebildet und
ist rittlings dem zweiten Hebel gegenüber angebracht. Diese
Gabelung des ersten Hebels ist außerdem wirksam zur Vermeidung
einer Kollision zwischen dem ersten Hebel und dem Federteller
der Ventilfeder.
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Das Kupplungsglied kann vorteilhafterweise in einem
Blechkäfig gelagert sein, und die Bewegungen des
Kupplungsgliedes können über ein Zahnstangen- und Ritzelgetriebe bewirkt
werden, wobei die Zahnstange durch den Käfig gebildet oder
getragen wird, während das Ritzel an einer Welle angeformt ist
oder von dieser angetrieben wird, auf welcher einer der Hebel
drehbar gelagert ist.
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Alternativ dazu kann das Kupplungsglied auch aus
einer Walze bestehen, die in einem weiteren Hebel gelagert ist,
der schwenkbar am äußeren Ende eines von jener Welle
vorspringenden Armes angelenkt ist, auf welcher einer der Hebel drehbar
gelagert ist. Wird diese Welle verdreht, werden die weiteren
Hebel aller Zylinder synchron verstellt, so daß sie die
Position ihrer zugehörigen Walzen relativ zu den ersten und zweiten
Hebeln verändern.
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Ein bedeutender Vorteil der Erfindung liegt darin,
daß sich der Berührungspunkt zwischen dem zweiten Hebel und dem
Ventil nicht mit dem Ventilhub ändert, und daher ein
herkömmlicher hydraulischer Ventilstößel in den zweiten Hebel mit
einbezogen werden kann, so daß das Spiel zwischen Nocke und Ventil
jederzeit ausgeglichen wird. In diesem Falle kann der Öldruck
für die hydraulischen Stößel über die Trägerwelle und die
zweiten Hebel übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun beispielartig anhand der
beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei:
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Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung
zur Erzielung eines verstellbaren Ventilhubes gemäß dem
bisherigen Stand der Technik ist,
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Figur 2 eine Draufsicht einer Ausbildungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt, und
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Figur 3 eine der Ansicht nach Figur 1 ähnliche
Darstellung der Ausbildungsform gemäß Figur 2 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausbildung
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Figur 1 zeigt eine Nockenwelle 10, welche auf ein
Ventil 18 gegen die Kraft einer Ventilfeder 20 wirkt, und zwar
mittels eines Getriebes mit einem Nockenbahnverfolger 12 und
einem um ein Drehlager 16 schwenkbaren Kipphebel 14.
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Während das Drehlager des Kipphebels eines
herkömmlichen Motors gewöhnlich feststeht, ist das Drehlager 16 in der
in Figur 1 dargestellten Anordnung verstellbar, so daß die
mechanische Übersetzung des Hebels und damit der maximale Hub des
Ventils 18 verstellt werden kann, auch wenn die Nocke 10 ein
festes Profil hat. Zu diesem Zweck umfaßt das Drehlager 16 zwei
Blöcke 24 und 26, die über eine Schwenkachse 28
aneinandergefügt sind. Block 26 ist auf einer Bahn 22 verschiebbar,
während Block 24 über die Länge des Kipphebels 14 verschiebbar
ist, der ebenfalls mit einer geeigneten Bahn zur Führung des
Blocks 24 versehen ist. Zwar ist die Anordnung in der
Zeichnungsebene verschiebbar, der Schwenklagermechanismus verhindert
jedoch eine Bewegung des Kipphebels 14 aus der Zeichnungsebene
heraus.
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Zwar kann mit dem in Figur 1 dargestellten
Mechanismus der Ventilhub bei einem Motor verstellt werden, in welchem
die Nocke 10 einseitig neben den Ventilen 18 angebracht ist, er
kann jedoch nicht bei Motoren mit obenliegender Nockenwelle
eingesetzt werden, in welchen die Nockenwelle über den
Ventilschäften der Ventile angeordnet ist.
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Die in den Figuren 2 und 3 abgebildete Ausbildung
gemäß der vorliegenden Erfindung löst dieses Problem und umfaßt
zwei zusammenwirkende Hebel 50 und 52, die zwischen der
Nockenwelle 10' und dem Ventil 18' angeordnet sind. Hebel 50 ist ein
um eine Achse 54 schwenkbarer Hebel mit festem Drehpunkt, auf
welchen die Nockenwelle 10' direkt wirkt. Hebel 52 hat zwei
Arme 52a und 52b, die synchron um eine Welle 56 schwenkbar
sind. Der Hebelarm 52a ist unter dem Hebel 50 angeordnet und
wird von letzterem über ein Kupplungsglied 58 bewegt, das hier
ein Form eines Stiftes dargestellt ist. Die sich daraus
ergebende
Bewegung des Hebelarms 52b bewirkt das Öffnen des Ventils
18' gegen die Kraft der (nicht dargestellten) Ventilfeder.
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Die mechanische Übersetzung des die Hebel 50 und 52
aufweisenden Mechanismus hängt von der Position des
Kupplungsgliedes 58 ab. Damit diese Position verstellt werden kann, ist
das Kupplungsglied 58 an einem Kuppelgestänge 60 angebracht,
das von zwei Platten gebildet wird, welche das Kupplungsglied
58 beidseitig halten und um die Achse eines Stiftes 62
schwenkbar gelagert sind, der durch einen von der Welle 56 radial
vorspringenden und zur Drehung zusammen mit der Welle 56 auf
dieser montierten Einstellarm 64 geführt ist.
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Wird die Welle 56 verdreht, verstellt der Einstellarm
62 die Position des Stiftes 62, der wiederum den Kuppelarm 60
so bewegt, daß dieser die Position des Kupplungsgliedes 58
zwischen den beiden Hebeln 50 und 52a verstellt. Je näher das
Kupplungsglied 58 an der Welle 54 liegt, desto geringer ist der
Hub des Ventils 18'.
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In jeder beliebigen Position des Kupplungsgliedes 58
ergibt sich beim Öffnen des Ventils eine Schwenkbewegung der
Hebel 50 und 52a gegenüber dem Kupplungsglied 58, und es kann
nur Linienberührung gehalten werden. Aus diesem Grund ist das
Kupplungsglied als Stift anstatt in Form eines flachen Blockes
dargestellt. Eine solche Linienberührung kann jedoch zu
erheblichem Verschleiß führen, und so ist es möglich, den Stift
durch einen zweiteiligen Block zu ersetzen, welcher eine in
ihrer Art analoge Lagerfläche wie bei dem Block gemäß Figur 1
aufweist.
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Die Ventilfedern 20 sind relativ steif, und je nach
Drehwinkel der Nockenwelle 10 ist die eine oder andere Feder
eines Motors immer zusammengedrückt. Daher muß, wenn alle
Kupplungsglieder 58 gleichzeitig bewegt werden sollen, die
erforderliche Kraft den Widerstand der Ventilfedern überwinden.
Zu bestimmten Zeitpunkten jedoch kann das einem Zylinder
zugehörige Kupplungsglied mit einem minimalen Kraftaufwand bewegt
werden, nämlich dann, wenn das Ventil ganz geschlossen ist. Um
diese Tatsache zu nutzen, können die Bewegungen der einzelnen
Kupplungsglieder gestaffelt durchgeführt werden, so daß das
Drehlager eines jeden Gliedes 58 dann verschoben wird, wenn es
den geringsten Widerstand bietet.
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Das Kupplungsglied 58 kann z.B. mittels eines
zwischen dem Einstellarm 64 und der Welle 56 angeordneten
federbelasteten Totganggetriebes verschoben werden. Die Feder des
Totganggetriebes ist ausreichend stark, das Kupplungsglied 58
zu bewegen, wenn das Ventil geschlossen ist, sonst jedoch
nicht. Sollen die Kupplungsglieder 58 aller Zylinder
eingestellt werden, wird die Welle 56 verdreht, so daß die Federn
aller Totganggetriebe zusammengedrückt werden. Die einzelnen
Kuppelarme 60 bewegen sich jedoch erst dann, und verschieben so
ihr entsprechendes Kupplungsglied 58, wenn das zugehörige
Ventil geschlossen ist und das Kupplungsglied 58 nicht zwischen
den beiden Hebeln 50 und 52 eingeklemmt ist.
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Wird gewünscht, einen hydraulischen Ventilstößel
einzubauen, wird dieser zwischen der Spitze des Ventils 18' und
dem Hebelarm 52b angeordnet. Öl für den hydraulischen Stößel
kann entlang der Lagerwelle 56 und des Hebelarmes 52b zugeführt
werden.
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Es kann somit gesagt werden, daß die bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung eine Verstellung des Ventilhubes bei
einem Motor mit obenliegender, über den Ventilen angeordneter
Nockenwelle ermöglicht, und daß sie außerdem den Vorteil
bietet, diese Verstellung mittels einer besonders einfachen und
wirksamen Steuervorrichtung zu ermöglichen. Die für die
Bewegung des Steuersystems erforderliche Kraft kann minimal sein,
was zur Vermeidung von Leistungsverlusten wichtig ist.