EP1588029B1 - Vorrichtung zur betätigung der ladungswechselventile in hubkolbenmotoren - Google Patents

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EP1588029B1
EP1588029B1 EP04700455A EP04700455A EP1588029B1 EP 1588029 B1 EP1588029 B1 EP 1588029B1 EP 04700455 A EP04700455 A EP 04700455A EP 04700455 A EP04700455 A EP 04700455A EP 1588029 B1 EP1588029 B1 EP 1588029B1
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EP
European Patent Office
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cam
valve
joint
curved joint
intermediate member
Prior art date
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EP04700455A
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English (en)
French (fr)
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EP1588029A2 (de
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Helmut Schön
Kai-Uwe Keller
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ThyssenKrupp Technologies AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Automotive AG
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0005—Deactivating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F01L2013/0068—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a device for actuating the charge exchange valves in reciprocating engines, consisting of a housing, a rotatably mounted in the housing in a cam cam whose rotational movement is derived from a crankshaft, an actuated by this cam via a first cam joint intermediate member and an output member, which transmits the movement to the valve and is operatively connected to the intermediate member directly or via further transmission links and at least one further cam joint is provided within the operative connection from the first cam joint to the output member, said further cam joint at one of the two forming the cam link in itself gear members by a Curve is formed whose shape in the contact area in which a valve lift is generated, having at least one inflection point, wherein the inflection point in the region of the maximum valve lift descriptive curve is arranged.
  • DE-A 101 00 173 describes a fully variable mechanical valve drive for a reciprocating internal combustion engine, with a drive means for generating a lifting movement acting against the force of a closing spring on the charge exchange valve and with an intermediate member arranged between the drive means, for example a cam, and the charge exchange valve. acting on the charge exchange valve in the direction of its axis of motion and the stroke in the direction of the axis of movement via an adjustable guide element is changeable.
  • valve train for load control of a spark-ignited internal combustion engine is described.
  • the valve train is formed from a cam of a camshaft and at least one inlet valve with an immediate valve actuator, the output member, a transmission member and an adjusting means for influencing the lifting function of the transmission member.
  • the transmission member is drivingly installed between the cam and the driven member and has a first, acted upon by the cam and a second, acting on the driven member engagement surface.
  • a device is known from DE 196 29 349 A1.
  • various contour curves of an intermediate member for a device for actuating the charge exchange valves in reciprocating engines are shown.
  • this document is not concerned with the effects of the illustrated different contour curves on the forces acting between the gear members forcing forces and the resulting frictional forces.
  • DE 196 29 349 A1 Although a turning point in the context of the preamble of claim 1 can be seen, but lacks any indication that by a constructive targeted positioning of such a point of inflection, the constraints and friction forces can be influenced in the transmission system. Rather, DE 196 29 349 A1 deals with the task of specifying a valve train, which allows an adjustment of the Ventilhubverlaufs and the valve duration in a structurally satisfactory manner and with the most compact cylinder head can be designed constructive.
  • variable valve gearboxes that consist of 4, 5, 6 or more gear elements.
  • the cheapest and simplest are the 4-unit variable valve gears.
  • the teaching of the invention is therefore preferably carried out on 4- or 5-membered systems, although the teaching is also applicable to 6-membered and multi-membered systems.
  • the moving gear members are supported directly or indirectly in the housing.
  • the adjustment of the stroke movement of the valve for example, by the displacement of joints or slide tracks in the housing, which are supported in the power flow gear members.
  • valve gears Important criteria of such valve gears are that with the change of the valve lift also the opening angle, i. the duration of the valve lock is changed and that the contact between the cam and link is constantly maintained.
  • the accelerations of the valve at the valve opening should be as large as possible.
  • influencing factors serve the position and contours of the engaged cam joints and the position of the various rotary and sliding joints of the individual gear members.
  • valve trains the forces are highly dependent on speed.
  • the spring forces of the valve gears are designed in such a way that the forces resulting from the acceleration do not lead to loss of contact in the camshaft joints of the valve gearbox at the highest rotational speed for which the system is designed.
  • the control range of the valve can be divided into the area in which the largest valve acceleration takes place and in the area in which the largest valve lift takes place.
  • the area in which the largest valve acceleration takes place is immediately adjacent to the latching area. In this area, the highest forces occur at high engine speeds in a cam joint in which a reciprocating gear member is involved.
  • Such systems are designed for the transition from latching to the control area such that the constraining forces occurring in this area are minimized.
  • the invention has the object of developing the device described in the generic part of claim 1 or claim 8 to the effect that the forces or moments between the gear members, and if possible the forces or moments within the adjustment are minimized. This means that the constraining forces are kept as low as possible in the system, which at the same time advantageously leads to a reduction of the frictional forces.
  • the direction of the force can be freely determined within certain limits.
  • the inventive insertion of a turning point in one of the contours involved the curve joint is designed so that the angle of the power line remains as constant as possible throughout the movement sequence. As a result, the change in the amount of the introduced force is kept as small as possible.
  • the values of the valve acceleration are negative, in the case of the activation of the largest possible valve lift course, since the valve speed is decelerated. This is exactly where the greatest resulting compulsive forces can be expected.
  • the output member is formed by a towing or rocker arm.
  • the force introduced into the output member is determined by the acceleration, friction and spring forces from the valve operatively connected to the output member. These are determined by the design and the special design of the engine. The values depend on the engine speed and other influencing factors.
  • a force is introduced from the output member into the intermediate member.
  • Determining the size of the introduced into the intermediate member force is the ratio of the distances between the pivot point of the output member in the housing and the lines of action of the forces on the one hand to the intermediate member and on the other hand to the valve.
  • the line of action of the force is in each case the straight line, which is determined by the force direction and the position of the force. The directions of the forces thus substantially determine the force introduced into the intermediate member. If the direction of the force introduced into the intermediate element is perpendicular to the connecting line between the point of rotation of the driven element and the point of application of the force, then the amount of force introduced into the intermediate element is lowest.
  • the change of direction of the force is determined by a description of the direction of the surface normal in the point of contact in this curve joint.
  • Such a change in direction can be realized according to the invention by a turning point in one of the two curves of the curved joint concerned.
  • the contour is adapted to the cam accordingly.
  • inventive teaching is also applicable to valve gear in which the erfinungshow designed curve joint is arranged elsewhere than described above. It is irrelevant whether the curve of a cam joint of the meshing gear members is designed so or a curve in the housing on which one of the gear members is supported in a curved joint.
  • the subject invention is generally in all cam joints in the valve gear, with the exception of the cam joint, in which the driving revolving cam is involved, feasible.
  • the inventive design of the curve of the cam joint on one of the gear members involved acts on both, this cam joint forming gear members. It is thus irrelevant on which of the two curves of the cam joint involved the embodiment of the invention is arranged.
  • the contour described in the subject invention is applied to one of the curves of the intermediate member. In this case, preferably both the Curved joints of the intermediate member to the output member or the housing can be selected.
  • the transition region from the detent zone to the control area is specifically represented.
  • This transitional area plays an essential role in both opening and closing the valve. While the opening should be as fast as possible, the closing speed must be limited in its final phase in order to limit wear and noise. Since the same transitional area between the detent and the control area is used for opening and closing the valve, the two conflicting requirements must be resolved by means of a compromise.
  • the immediate transition area between the rest area and the control area is formed by section and involute sections.
  • Figures 1 and 2 show a device for actuating a charge exchange valve V in a reciprocating motor not shown.
  • the device includes a housing G, a n in the housing G rotatably mounted in a rotary joint cam N, whose rotational movement is derived from a crankshaft, not shown. From this cam N zn via a first cam joint, an intermediate member Z is operated, which acts on an output member A, which transmits the movement to the valve V.
  • a further cam joint za is provided which is formed by the contours Kz on the intermediate member and Ka on the output member.
  • the shape of the contour Kz on the intermediate member usually points exactly in the transition between the area, in with no valve lift - the area of the valve shut-off - and the area where a valve lift occurs - the control area given when the valve opens - exactly one inflection point W2. Furthermore, the shape of the contour Kz on the intermediate member in the contact region in which a valve lift that is greater than zero, generates a turning point W on.
  • the inflection point W is located substantially in the region of the cam joint which is to be assigned to the region of the beginning and ending valve lift. As can be seen in particular from FIG. 2, the point of inflection W is arranged in the region of the curve Kz describing the maximum possible valve lift.
  • the curve Ka is formed in this example by a circular arc, although other geometric shapes are conceivable.
  • the cam joint za is arranged in this example between the intermediate member Z and the output member A.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung der Ladungswechselventile in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Gehäuse, einem in einem Drehgelenk in dem Gehäuse umlauffähig gelagerten Nocken, dessen Drehbewegung von einer Kurbelwelle abgeleitet ist, einem von diesem Nocken über ein erstes Kurvengelenk betätigten Zwischenglied und einem Abtriebsglied, welches die Bewegung auf das Ventil überträgt und mit dem Zwischenglied direkt oder über weitere Übertragungsglieder wirkverbunden ist und innerhalb der Wirkverbindung vom ersten Kurvengelenk zum Abtriebsglied mindestens ein weiteres Kurvengelenk vorgesehen ist, wobei dieses weitere Kurvengelenk an einem der beiden das Kurvengelenk an sich bildenden Getriebeglieder durch eine Kurve gebildet ist, deren Form in dem Kontaktbereich, in welchem ein Ventilhub erzeugt wird, mindestens einen Wendepunkt aufweist, wobei der Wendepunkt im Bereich der den größtmöglichen Ventilhub beschreibenden Kurve angeordnet ist.
  • In der DE-A 101 00 173 wird ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Kolbenbrennkraftmaschine beschrieben, mit einem Antriebsmittel zur Erzeugung einer gegen die Kraft einer Schließfeder am Ladungswechselventil wirkenden Hubbewegung und mit einem zwischen dem Antriebsmittel, beispielsweise einem Nocken, und dem Ladungswechselventil angeordneten Zwischenglied, das auf das Ladungswechselventil in Richtung seiner Bewegungsachse einwirkt und dessen Hubweg in Richtung der Bewegungsachse über ein verstellbares Führungselement veränderbar ist.
  • In der DE-A 100 06 018 wird ein variabler Ventiltrieb zur Laststeuerung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine beschrieben. Der Ventiltrieb wird gebildet aus einem Nocken einer Nockenwelle und zumindest einem Einlassventil mit einem unmittelbaren Ventilbetätigungsglied, dem Abtriebsglied, einem Übertragungsglied und einem Verstellmittel zur Beeinflussung der Hubfunktion des Übertragungsgliedes. Das Übertragungsglied ist trieblich zwischen dem Nocken und dem Abtriebsglied eingebaut und hat eine erste, von dem Nocken beaufschlagte sowie eine zweite, auf das Abtriebsglied einwirkende Angriffsfläche.
  • Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 196 29 349 A1 bekannt. In dieser Druckschrift werden verschiedene Konturkurven eines Zwischengliedes für eine Vorrichtung zur Betätigung der Ladungswechselventile in Hubkolbenmotoren dargestellt. Allerdings beschäftigt sich diese Druckschrift nicht mit den Auswirkungen der dargestellten unterschiedlichen Konturkurven auf die zwischen den Getriebegliedern wirkenden Zwangskräfte und die daraus resultierenden Reibkräfte. Somit ist der DE 196 29 349 A1 zwar ein Wendepunkt im Sinne des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu entnehmen, jedoch fehlt jeder Hinweis darauf, dass durch eine konstruktiv gezielte Positionierung eines derartigen Wendepunkts die Zwangs- und Reibungskräfte im Getriebesystem beeinflusst werden können. Vielmehr befasst sich die DE 196 29 349 A1 mit der Aufgabe, einen Ventiltrieb anzugeben, der eine Verstellung des Ventilhubverlaufs und der Ventilöffnungsdauer auf konstruktiv befriedigende Weise ermöglicht und mit dem ein möglichst kompakter Zylinderkopf konstruktiv gestaltet werden kann.
  • Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von mechanisch variablen Ventilgetrieben zur Steuerung bzw. Laststeuerung von Hubkolbenmotoren. Die vorab zitierten Druckschriften sind daher lediglich als beispielhaft anzusehen. Den genannten Systemen ist gemeinsam, dass durch die Drehbewegung des Nockens einer Nockenwelle über die weiteren Getriebeglieder des Ventilgetriebes eine Hubbewegung auf das Ladungswechselventil übertragen wird. Die resultierende Erhebungskurve dieser Ladungswechselventile ist durch Verlagerung von mindestens einem der im Kraftfluss befindlichen Getriebeglieder während des Betriebes veränderbar. Dabei werden sowohl der Ventilhub als auch der Ventilöffnungswinkel verändert. Damit die Verlagerung realisiert werden kann, wird bei den genannten Ventilgetrieben mindestens ein Getriebeglied zwischen dem antreibenden Nocken und dem das Ladungswechselsteuerventil betätigenden Abtriebsglied, eingefügt. Dadurch entsteht mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad in der Bewegung, sodass die jeweils gewünschte Verlagerung möglich wird.
  • Dabei gibt es variable Ventilgetriebe, die aus 4, 5, 6 oder mehr Getriebegliedern bestehen. Am kostengünstigsten und einfachsten sind die 4-gliedrigen variablen Ventilgetriebe. Mit steigender Anzahl von Getriebegliedern steigt die Komplexität der Systeme. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt daher bevorzugt auf 4- oder 5-gliedrige Systeme, wenngleich die Lehre auch für 6- und mehrgliedrige Systeme anwendbar ist.
  • Die Kraft- und Momentenübertragung zwischen den Gliedern des Ventiltriebes erfolgt über Kurven-, Schub- und Drehgelenke. Die bewegten Getriebeglieder sind direkt oder indirekt im Gehäuse abgestützt. Die Verstellung der Hubbewegung des Ventils erfolgt beispielsweise durch die Verlagerung von Gelenken oder Kulissenbahnen im Gehäuse, an denen sich im Kraftfluss befindliche Getriebeglieder abstützen.
  • Wichtige Kriterien derartiger Ventilgetriebe bestehen darin, dass mit der Veränderung des Ventilhubes auch der Öffnungswinkel, d.h. die Dauer der Ventilrast verändert wird und dass der Kontakt zwischen Nocken und Zwischenglied ständig erhalten bleibt.
  • Des weiteren sollen die Beschleunigungen des Ventils bei der Ventilöffnung möglichst groß sein. Als Einflussgrößen hierzu dienen die Lage und Konturen der im Eingriff stehenden Kurvengelenke sowie die Lage der verschiedenen Dreh- und Schubgelenke der einzelnen Getriebeglieder.
  • Bei derartigen Ventiltrieben sind die Kräfte stark drehzahlabhängig. Die Federkräfte der Ventilgetriebe werden so ausgelegt, dass die aus der Beschleunigung resultierenden Kräfte bei der größten Drehzahl, für die das System ausgelegt wird, nicht zum Kontaktverlust in den Kurvengelenken des Ventilgetriebes führen.
  • Im Rastbereich des Ventils sind die vom Ventil in das Ventilgetriebe eingeleiteten Kräfte null. Der Steuerbereich des Ventils kann in den Bereich, in dem die größte Ventilbeschleunigung erfolgt und in den Bereich, in dem der größte Ventilhub erfolgt, unterteilt werden. Der Bereich, in dem die größte Ventilbeschleunigung erfolgt, schließt sich unmittelbar an den Rastbereich an. In diesem Bereich treten bei hohen Motordrehzahlen in einem Kurvengelenk, an dem ein hin und her gehendes Getriebeglied beteiligt ist, die größten Kräfte auf.
  • Derartige Systeme werden für den Übergang vom Rast- in den Steuerbereich derart ausgelegt, dass die auftretenden Zwangskräfte in diesem Bereich minimiert werden.
  • Im weiteren Vertauf der Ventilerhebung schließt sich der Bereich, in dem der größte Ventilhub erfolgt, an. Bei hohen Motordrehzahlen sinken hier die Kräfte. Beim Stand der Technik allerdings ändern sich durch den Ventilhub die Winkelverhältnisse im Getriebe derart, dass auch, wenn die Beträge der eingeleiteten Kräfte nicht mehr ansteigen, sich die daraus resultierenden Zwangskräfte noch erhöhen können.
  • Weiterhin ist häufig beim Stand der Technik ein erheblicher Nachteil, dass die Verstellkräfte bzw. Verstellmomente aufgrund der gewählten Kurvenformen sehr hoch sind, sodass unverhältnismäßig große Kräfte in die beteiligten Getriebeglieder eingebracht werden.
  • Als Folge der oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik kann es erforderlich werden, dass zur Erreichung der vorgegebenen Lebensdauer, zumindest einzelner Getriebeglieder, diese unerwünscht stark ausgelegt werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im gattungsbildenden Teil des Patentanspruchs 1 oder Patentanspruchs 8 beschriebene Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Kräfte bzw. Momente zwischen den Getriebegliedern, und wenn möglich die Kräfte bzw. Momente innerhalb der Verstelleinrichtung, minimiert werden. Das bedeutet, dass die Zwangskräfte im System möglichst gering gehalten werden, was gleichzeitig vorteilhaft zu einer Reduzierung der Reibkräfte führt.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Durch die Gestaltung der am Kurvengelenk beteiligten Konturen, kann die Kraftrichtung in gewissen Grenzen frei bestimmt werden. Durch die erfindungsgemäße Einfügung eines Wendepunktes in eine der beteiligten Konturen wird das Kurvengelenk so gestaltet, dass der Winkel der Kraftleitung während des gesamten Bewegungsablaufes möglichst konstant bleibt. Dadurch wird die Änderung des Betrages der eingeleiteten Kraft möglichst klein gehalten.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass das Einfügen eines Wendepunktes erst an einem Konturpunkt des Kurvengelenkes, der bei Ventilerhebungen in Kontakt steht, die größer als 0,5 mm sind, notwendig ist. Besonders bevorzugt ist der Bereich der Ventilerhebungen von 2 mm bis 7 mm.
  • Im bevorzugten Bereich sind, für den Fall der Ansteuerung des größtmöglichen Ventilerhebungsverlaufes, die Werte der Ventilbeschleunigung negativ, da ein Abbremsen der Ventilgeschwindigkeit erfolgt. Genau hier sind die größten resultierenden Zwangskräfte zu erwarten.
  • Am Beispiel der Gestaltung des Kurvengelenkes zwischen Zwischenglied und Abtriebsglied mit der erfindungsgemäßen Kontur am Zwischenglied wird im Folgenden die Wirkung der Erfindung beschrieben. Im Beispiel ist das Abtriebsglied durch einen Schlepp- oder Kipphebel gebildet.
  • Die in das Abtriebsglied eingeleitete Kraft bestimmt sich durch die Beschleunigungs-, Reib- und Federkräfte aus dem mit dem Abtriebsglied wirkverbundenen Ventil. Diese werden durch die Bauart und durch die spezielle Konstruktion des Motors vorgegeben. Die Werte sind abhängig von der Motordrehzahl und weiteren Einflussfaktoren.
  • Entsprechend der Normalen im momentanen Berührpunkt des Kurvengelenks zwischen Abtriebsglied und Zwischenglied wird vom Abtriebsglied eine Kraft in das Zwischenglied eingeleitet. Bestimmend für die Größe der in das Zwischenglied eingeleiteten Kraft ist das Verhältnis der Abstände zwischen dem Drehpunkt des Abtriebsgliedes im Gehäuse und den Wirkungslinien der Kräfte einerseits zum Zwischenglied und andererseits zum Ventil. Die Wirkungslinie der Kraft ist jeweils die Gerade, welche durch die Kraftrichtung und die Lage der Kraft bestimmt wird. Die Richtungen der Kräfte bestimmen somit wesentlich die in das Zwischenglied eingeleitete Kraft. Ist die Richtung der in das Zwischenglied eingeleiteten Kraft senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Drehpunkt des Abtriebsgliedes und dem Angriffspunkt der Kraft, so ist der Betrag, der in das Zwischenglied eingeleiteten Kraft, am geringsten.
  • Mit dem Erfindungsgegenstand wird die Richtungsänderung der Kraft durch eine Beschreibung der Richtung der Flächennormalen im Kontaktpunkt in diesem Kurvengelenk bestimmt. Zur Vermeidung der oben genannten Zwangskräfte ist es vorteilhaft, die Flächennormale im Kontaktpunkt, bei dem der größte Ventilhub erreicht wird, in etwa gleich der Flächennormalen im Kontaktpunkt, bei dem die größte Ventilbeschleunigung auftritt, auszuführen. Eine derartige Richtungsänderung lässt sich erfindungsgemäß durch einen Wendepunkt in einer der beiden betroffenen Kurven des Kurvengelenkes realisieren.
  • Zur Einhaltung der vorgegebenen Ventilhubkurve wird beispielsweise die Kontur am Nocken entsprechend angepasst.
  • Der oben beschriebene Wirkmechanismus gilt ebenso bei Verwendung eines Tassenstößels als Abtriebsglied und ist in analoger Weise anzuwenden.
  • Weiterhin ist die erfinderische Lehre auch auf Ventilgetriebe anwendbar, bei denen das erfinungsgemäß gestaltete Kurvengelenk an anderer Stelle als oben beschrieben angeordnet ist. Dabei ist es unerheblich, ob die Kurve eines Kurvengelenkes der im Eingriff stehenden Getriebeglieder so gestaltet wird oder eine Kurve im Gehäuse, an der sich eines der Getriebeglieder in einem Kurvengelenk abstützt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch den Erfindungsgegenstand wird nun eine Lösung bereitgestellt, durch welche die Kräfte bzw. Momente zwischen den Getriebegliedern, und wenn möglich die Kräfte bzw. Momente innerhalb der Verstelleinrichtung, minimiert werden. Das bedeutet, dass die Zwangskräfte im System möglichst gering gehalten werden, was gleichzeitig vorteilhaft zu einer Reduzierung der Reibkräfte führt.
  • Der Erfindungsgegenstand ist allgemein in allen Kurvengelenken im Ventilgetriebe, mit Ausnahme des Kurvengelenkes, an dem der antreibende umlaufende Nocken beteiligt ist, realisierbar. Die erfindungsgemäße Ausführung der Kurve des Kurvengelenkes an einem der beteiligten Getriebeglieder wirkt auf beide, dieses Kurvengelenk bildende Getriebeglieder. Es ist damit unerheblich, an welchem der beiden beteiligten Kurven des Kurvengelenkes die erfindungsgemäße Ausführungsform angeordnet ist. In der bevorzugten Ausführungsform des Ventilgetriebes wird die im Erfindungsgegenstand beschriebene Kontur an einer der Kurven des Zwischengliedes angewendet. Dabei können bevorzugt sowohl die Kurvengelenke des Zwischenglieds zum Abtriebsglied oder zum Gehäuse gewählt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich zur Ausbildung eines Wendepunktes im Bereich des Ventilhubes, der Übergangsbereich vom Rast- in den Steuerbereich spezifisch dargestellt. Dieser Übergangsbereich spielt dabei sowohl für das Öffnen als auch das Schließen des Ventils eine wesentliche Rolle. Während das Öffnen möglichst schnell erfolgen soll, muss die Schließgeschwindigkeit in seiner Endphase begrenzt werden, um den Verschleiß und die Geräuschbildung zu begrenzen. Da für das Öffnen und für das Schließen des Ventils derselbe Übergangsbereich zwischen Rast- und Steuerbereich durchlaufen wird, müssen die zwei gegensätzlichen Forderungen durch einen Kompromiss gelöst werden. Der unmittelbare Übergangsbereich zwischen Rast-und Steuerbereich wird aus Strecken- und Evolventenabschnitten gebildet.
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Figuren 1 und 2 dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
    • Figuren 1 und 2 Unterschiedliche Stellungen eines Ventilgetriebes zur variablen Betätigung der Ladungswechselventile in Hubkolbenmotoren.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zur Betätigung eines Ladungswechselventils V in einem nicht weiter dargestellten Hubkolbenmotor. Die Vorrichtung beinhaltet ein Gehäuse G, einen in einem Drehgelenk ng in dem Gehäuse G umlauffähig gelagerten Nocken N, dessen Drehbewegung von einer nicht weiter dargestellten Kurbelwelle abgeleitet ist. Von diesem Nocken N wird über ein erstes Kurvengelenk zn ein Zwischenglied Z betätigt, das auf ein Abtriebsglied A einwirkt, welches die Bewegung auf das Ventil V überträgt. Innerhalb der Wirkverbindung von erstem Kurvengelenk zn zum Abtriebsglied A ist ein weiteres Kurvengelenk za vorgesehen, das durch die Konturen Kz am Zwischenglied und Ka am Abtriebsglied gebildet wird. Die Form der Kontur Kz am Zwischenglied weist üblicherweise genau im Übergang zwischen dem Bereich, in dem kein Ventilhub erfolgt - dem Bereich des Ventilgeschlossenhaltens - und dem Bereich, in dem ein Ventilhub erfolgt - dem Steuerungsbereich, der beim Öffnen des Ventils gegeben ist - genau einen Wendepunkt W2 auf. Weiterhin weist die Form der Kontur Kz am Zwischenglied in dem Kontaktbereich, in welchem ein Ventilhub, der größer als Null ist, erzeugt wird, einen Wendepunkt W auf. Der Wendepunkt W befindet sich im Wesentlichen in dem Bereich des Kurvengelenkes, das dem Bereich des beginnenden und des endenden Ventilhubes zuzuordnen ist. Wie insbesondere der Figur 2 zu entnehmen ist, ist der Wendepunkt W im Bereich der dem größtmöglichen Ventilhub beschreibenden Kurve Kz angeordnet. Die Kurve Ka ist in diesem Beispiel durch einen Kreisbogen gebildet, wobei auch andere geometrische Formen denkbar sind. Das Kurvengelenk za ist in diesem Beispiel zwischen dem Zwischenglied Z und dem Abtriebsglied A angeordnet.
  • Die Figur 1 beschreibt im Wesentlichen den Bereich des Ventilgeschlossenhaltens, d.h. Ventilhub s1 = Null, während die Figur 2 denjenigen Steuerungsbereich beschreibt, der beim Öffnen des Ventiles V gegeben ist, d.h. Ventilhub s2 > Null.
  • In den Beispielen ist lediglich ein einzelnes Zwischenglied Z vorgesehen. Wie im Stand der Technik beschrieben, können natürlich auch weitere Übertragungsglieder vorgesehen werden, sodass selbige vom Schutzumfang mit umfasst sind.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Betätigung der Ladungswechselventile (V) in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Gehäuse (G), einem in einem Drehgelenk (ng) in dem Gehäuse (G) umlauffähig gelagerten Nocken (N), dessen Drehbewegung von einer Kurbelwelle abgeleitet ist, einem von diesem Nocken (N) über ein erstes Kurvengelenk (zn) betätigten Zwischenglied (Z) und einem Abtriebsglied (A), welches die Bewegung auf das Ventil (V) überträgt und mit dem Zwischenglied (Z) direkt oder über weitere Übertragungsglieder wirkverbunden ist und innerhalb der Wirkverbindung vom ersten Kurvengelenk (zn) zum Abtriebsglied (A) mindestens ein weiteres Kurvengelenk (za) vorgesehen ist, wobei dieses weitere Kurvengelenk (za) an einem der beiden das Kurvengelenk (za) an sich bildenden Getriebeglieder (Z,A) durch eine Kurve (Kz bzw. Ka) gebildet ist, deren Form in dem Kontaktbereich, in welchem ein Ventilhub erzeugt wird, mindestens einen Wendepunkt (W) aufweist, wobei der Wendepunkt (W) im Bereich der den größtmöglichen Ventilhub beschreibenden Kurve (Kz bzw. Ka) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wendepunkt (W) so angeordnet ist, dass die Flächennormale in dem Kontaktpunkt, bei dem der größte Ventilhub erreicht wird, in etwa gleich der Flächennormalen in dem Kontaktpunkt ist, bei dem die größte Ventilbeschleunigung auftritt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Veränderung der Lage und der Orientierung von mindestens einem Getriebeglied oder dessen Gelenklagen zum Gehäuse (G) die auf das Ventil (V) übertragende Bewegung veränderbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengelenk (za) an einem der beiden dasselbe bildenden Getriebeglieder (Z,A) durch eine Kurve (Kz bzw. Ka) gebildet ist, deren Form in dem Kontaktbereich, in welchem der Ventilhub erzeugt wird, exakt einen Wendepunkt (W) aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengelenk (za) an dem anderen der beiden dasselbe bildenden Getriebeglieder (Z,A) durch eine Kurve (Ka bzw. Kz) gebildet ist, deren Form durch einen Kreisbogen oder durch einen Kreis gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengelenk (za) zwischen dem Zwischenglied (Z) und dem Abtriebsglied (A) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengelenk (za) zwischen dem Zwischenglied (Z) und dem Gehäuse (G) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengelenk (za) an einem zwischen dem Zwischenglied (Z) und dem Abtriebsglied (A) befindlichen Übertragungsglied angeordnet ist.
  8. Vorrichtung zur Betätigung der Ladungswechselventile (V) in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Gehäuse (G), einem in einem Drehgelenk (ng) in dem Gehäuse (G) umlauffähig gelagerten Nocken (N), dessen Drehbewegung von einer Kurbelwelle abgeleitet ist, einem von diesem Nocken (N) über ein erstes Kurvengelenk (zn) betätigten Zwischenglied (Z) und einem Abtriebsglied (A), welches die Bewegung auf das Ventil (V) überträgt und mit dem Zwischenglied (Z) direkt oder über weitere Übertragungsglieder wirkverbunden ist und innerhalb der Wirkverbindung vom ersten Kurvengelenk (zn) zum Abtriebsglied (A) mindestens ein weiteres Kurvengelenk (za) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses weitere Kurvengelenk (za) an einem der beiden das Kurvengelenk (za) an sich bildenden Getriebeglieder (Z,A) durch eine Kurve (Kz bzw. Ka) gebildet ist, deren Form in dem Kontaktbereich, in welchem der Übergang von dem Bereich, in dem kein Ventilhub erzeugt wird, in den Bereich, in dem ein Ventilhub erzeugt wird, durch eine Strecke und durch einen Evolventenabschnitt gebildet wird.
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