DE10156690A1

DE10156690A1 - Valve drive for internal combustion engine has adjusting eccentric to change position of force transfer element in compact design

Info

Publication number: DE10156690A1
Application number: DE2001156690
Authority: DE
Inventors: Markus Rothbucher
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-11-17
Filing date: 2001-11-17
Publication date: 2003-05-28

Abstract

The valve drive includes first and second spring plates with pretensioned valve spring and force transfer element (7) which can be changed in position by at least one adjusting eccentric (8). The force transfer element (7) on the side remote from the second spring plate is mounted for swivel movement and radial displacement relative to the valve shaft (3) on a bearing (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen gattungsgemäßen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a generic valve train for a Internal combustion engine according to the features in the preamble of patent claim 1.

Sie geht aus von der DE 35 25 626 A1, in der ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen ist, bei dem drehzahlabhängig eine zweite Ventilfeder zugeschaltet werden kann. Ziel ist es, eine drehzahlabhängige Federsteife zu erhalten, um die innere Reibung des Ventiltriebs zu reduzieren. Hierzu sind zwei Ventilfedern in Serie zu einem Ventilschaft angeordnet. Mittels einer Stelleinrichtung, die auf einen relativ zum Ventilschaft verschiebbaren Federteller einwirkt, ist die zweite Ventilfeder zuschaltbar. Wenn der Verstellweg der Stelleinrichtung so groß bemessen ist, dass diese den Federteller nicht nur in seiner Position abstützend untergreift, sondern auch etwas anhebt, wird die Vorspannung der ersten Ventilfeder zusätzlich vergrößert. Hierdurch ist zusätzlich zu der schaltbaren Verstellung, eine kontinuierliche Verstellung der Ventilfederkraft möglich. It is based on DE 35 25 626 A1, in which a valve train for a Internal combustion engine is proposed, in which a second valve spring depending on the speed can be switched on. The goal is to get a speed-dependent spring stiffness, to reduce the internal friction of the valve train. There are two valve springs for this arranged in series to form a valve stem. By means of an actuating device that acts on a spring plate that is displaceable relative to the valve stem is the second Valve spring can be activated. If the adjustment path of the adjusting device is dimensioned so large is that it not only supports the spring plate in its position, but also lifts the preload of the first valve spring increased. As a result, in addition to the switchable adjustment, a Continuous adjustment of the valve spring force possible.

Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist der große Bauraumbedarf für die Stelleinrichtung. A disadvantage of the arrangement described is the large space requirement for the Setting device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Nachteil des zuvor beschriebenen Ventiltriebs zu vermeiden. The object of the present invention is to overcome the disadvantage of that described above Avoid valve train.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 solved.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Antrieb räumlich in das Kraftübertragungselement verlagert, wodurch eine kompakte Bauform entsteht. Darüber hinaus sorgt der einfache Aufbau für eine geringe Störanfälligkeit der Verstelleinrichtung. Ferner sind sämtliche Einzelteile ebenfalls einfach aufgebaut und können mit geringen Herstellkosten produziert werden. Die räumlich nahe Anordnung des Exzenters an das Gaswechselventil, bzw. die Gaswechselventile, ermöglicht relativ kleine Kraftübertragungselemente, die für eine Leichtbauweise gut geeignet sind. Die Verstellung der Ventilfedervorspannung ist in vorteilhafter Weise jederzeit, unabhängig von der Nockenwellenstellung, möglich. Aufgrund der geringen Massen der Einzelbauteile ist dieser Verstellmechanismus auch für Hochdrehzahlkonzepte gut einsetzbar. Due to the configuration of the invention, the drive is spatially in the Power transmission element relocated, resulting in a compact design. About that In addition, the simple structure ensures that the Adjustment. Furthermore, all individual parts are also simple and can be used low manufacturing costs are produced. The spatially close arrangement of the Eccentric to the gas exchange valve, or the gas exchange valves, allows relatively small power transmission elements that are well suited for a lightweight construction. The valve spring preload can advantageously be adjusted at any time, possible regardless of the camshaft position. Because of the low mass of the individual components, this adjustment mechanism is also for high-speed concepts good to use.

Eine Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 bewirkt, dass das Kraftübertragungselement sowohl schwenkbeweglich als auch schiebebeweglich in seiner Lage von dem Exzenter veränderbar ist. Dadurch ist der ständige Kontakt mit dem Zylinderkopf gesichert. An embodiment according to claim 2 causes that Power transmission element is both pivotable and movable in its position from the eccentric is changeable. This is the constant contact with the Cylinder head secured.

Die Verwendung eines Lagers gemäß Patentanspruch 3 reduziert nochmals in vorteilhafter Weise die innere Reibung des gesamten Ventiltriebs. Vorzugsweise handelt es sich um eine in dem Verstellelement gelagerten Verstellrolle. The use of a bearing according to claim 3 reduces again in advantageously the internal friction of the entire valve train. Preferably is an adjustment roller mounted in the adjustment element.

Aufgrund der Anordnung und Ausgestaltung des Ventiltriebs gemäß der Ansprüche 4 bis 11 ist der gesamte Verstellmechanismus statisch bestimmt. Dadurch werden die Reibung und somit auch der Verschleiß minimiert. Eine hohe Lebensdauer ist deshalb für diesen Verstellmechanismus zu erwarten. Die Formgebung gemäß Patentanspruch 5 erlaubt eine großflächige Auflage des Gegenstücks auf dem zweiten Federteller, wodurch ein Verkippen der Ventilfeder und somit auch des Federtellers während eines Schaltvorganges vermieden werden kann. Je paralleler die zwei Federteller zueinander ausgerichtet sind, desto höhere Drehzahlen sind mit einem derartigen Ventiltrieb erreichbar. Darüberhinaus wird die von dem Exzenter generierte Verschiebung des Verstellelementes durch die Schiebebeweglichkeit gemäß Patentanspruch 7 ausgeglichen, wodurch der Verschiebeweg in vorteilhafter Weise nicht an die Ventilfeder übertragen und somit der Ventilschaft nicht biegebeansprucht wird. Due to the arrangement and design of the valve train according to the claims 4 to 11, the entire adjustment mechanism is statically determined. This will minimizes friction and thus wear. A long lifespan is therefore to be expected for this adjustment mechanism. The shape according to Claim 5 allows a large-scale support of the counterpart on the second Spring plate, which causes the valve spring and thus the spring plate to tilt can be avoided during a switching operation. The more parallel the two Spring plates are aligned to each other, the higher speeds are with one such valve train accessible. In addition, the eccentric generated displacement of the adjusting element according to the sliding mobility Claim 7 compensated, whereby the displacement path in an advantageous manner not transmitted to the valve spring and therefore not to the valve stem is subjected to bending.

Die Ausformung des Kraftübertragungselementes nach Patentanspruch 12 unterstützt nochmals die Parallelität der Federtellern zueinander, zur Minimierung der Biegebeanspruchung des Ventilschafts und zur Erzielung höherer Drehzahlen. Außerdem lassen sich fertigungstechnisch bedingte Toleranzen besser in gegebenen Grenzen einhalten, wodurch die Fertigung kostengünstiger wird. The shape of the power transmission element according to claim 12 supports the parallelism of the spring washers again to minimize the Bending stress on the valve stem and to achieve higher speeds. In addition, manufacturing-related tolerances can be better given Adhere to limits, which makes production more cost-effective.

Nach Patentanspruch 13 wird die Anzahl der Bauteile für einen gattungsgemäßen Ventiltrieb minimiert, wodurch wiederum Herstellkosten reduziert werden. Mit einer Exzenterwelle können auch sämtliche Einlass- bzw. sämtliche Auslassventile gleichzeitig betätigt werden, so ist nur eine einzige Antriebseinheit für den Antrieb der Exzenterwelle, entweder einlassseitig oder auslassseitig notwendig. According to claim 13, the number of components for a generic Valve train minimized, which in turn reduces manufacturing costs. With a Eccentric shaft can also all intake or all exhaust valves are operated simultaneously, so there is only a single drive unit for the drive the eccentric shaft, either on the inlet side or on the outlet side.

Eine Ausgestaltung entsprechend dem Patentanspruch 16 reduziert die Herstellkosten nochmals erheblich. An embodiment according to claim 16 reduces the Manufacturing costs again significantly.

Eine Oberflächenbehandlung nach Patentanspruch 17 erhöht die Wartungsfreiheit sowie die Lebensdauer des Verstellmechanismus. A surface treatment according to claim 17 increases freedom from maintenance as well as the lifespan of the adjustment mechanism.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert. In the following, the invention is shown in FIG three figures explained.

Fig. 1-3 zeigen einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb in Teilschnitten, wobei die Ventilfeder in Fig. 1 die kleinstmögliche Federvorspannung, in Fig. 2 eine etwas erhöhte Federvorspannung, und in Fig. 3 die höchstmögliche Federvorspannung aufweist. Figs. 1-3 show a valve train according to the invention in partial sections, wherein the valve spring in Fig. 1 the smallest possible spring bias in Fig. 2 is a somewhat increased preload and 3 has the highest spring bias in Fig..

In sämtlichen Figuren gelten für die selben Bauteile dieselben Bezugsziffern. The same reference numbers apply to the same components in all the figures.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb in Teilschnitten, bestehend aus einem angedeuteten Zylinderkopf 1, in dem eine Ventilführung 2 eingesetzt ist, in der ein Ventilschaft 3 in axialer Richtung beweglich geführt ist. An dem, dem Zylinderkopf 1 abgewandten Ende des Ventilschafts 3 ist radial ein erster Federteller 4 ortsfest mit, dem Ventilschaft 3 verbunden. Auf der, dem Zylinderkopf 1 zugewandten Seite des ersten Federtellers 4 stützt sich eine, zum Ventilschaft 3 radial angeordnete Ventilfeder 6, die sich in axialer Richtung des Ventilschafts 3 ausdehnt, ab. Das dem Zylinderkopf 1 zugewandte Ende der Ventilfeder 6 stützt sich wiederum auf einem zweiten Federteller 5 ab, der seinerseits radial um die Ventilführung 2 angeordnet ist. Der zweite Federteller 5 ist in Ventilschaftrichtung auf der Ventilführung 2 verschiebbar. Auf der, dem Zylinderkopf 1 zugewandten Seite des zweiten Federtellers 5 liegt ein U-förmiges Gegenstück 11 auf, an dessen Schenkeln jeweils auf der dem Ventilschaft 3 abgewandten Seite ein erhabener Bereich 12 angeformt ist. Auf diesen erhabenen Bereichen 12 stützt sich ein ebenfalls im Wesentlichen U-förmiges Kraftübertragungselement 7 mit zwei symmetrisch angeformten Kraftübertragungsflächen 7' ab. Das Kraftübertragungselement wirkt im Wesentlichen wie ein Hebel, der zylinderkopfseitig über ein Lager 9 auf dem Zylinderkopf 1 abgestützt ist. An dem, dem zweiten Federteller 5 abgewandten Seite weist das Kraftübertragungselement 7 eine Bohrung 10 auf, die normal zum Ventilschaft 3 ausgerichtet ist. In der Bohrung 10 befindet sich ein Verstellexzenter 8, mit einer Exzenterwellenachse 8'. Figs. 1 to 3 show a valve train according to the invention in partial sections, consisting of an indicated cylinder head 1 is used in which a valve guide 2 in which a valve stem is movably guided in the axial direction. 3 At the end of the valve stem 3 facing away from the cylinder head 1, a first spring plate 4 is radially fixedly connected to the valve stem 3 . On, the cylinder head 1 facing side of the first spring plate 4 is supported one, to the valve stem 3 radially disposed valve spring 6, which extends in the axial direction of the valve shaft 3 decreases. The end of the valve spring 6 facing the cylinder head 1 is in turn supported on a second spring plate 5 , which in turn is arranged radially around the valve guide 2 . The second spring plate 5 is displaceable on the valve guide 2 in the direction of the valve stem. On the side of the second spring plate 5 facing the cylinder head 1 there is a U-shaped counterpart 11 , on the legs of which a raised area 12 is formed on the side facing away from the valve stem 3 . A likewise substantially U-shaped force transmission element 7 with two symmetrically formed force transmission surfaces 7 ′ is supported on these raised areas 12 . The force transmission element essentially acts like a lever which is supported on the cylinder head side via a bearing 9 on the cylinder head 1 . On the side facing away from the second spring plate 5 , the force transmission element 7 has a bore 10 which is oriented normally to the valve stem 3 . In the bore 10 there is a adjusting eccentric 8, with an eccentric shaft 8 '.

Ausgehend von Fig. 1, in der das Kraftübertragungselement 7 auf dem Zylinderkopf aufliegt und von der Ventilfeder 6 über den zweiten Federteller 5 und das Gegenstück 11 gegen den Zylinderkopf 1 gedrückt wird, ist der Verstellexzenter 8 um die Exzenterwellenachse 8' in Fig. 2 um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Durch diese Verdrehung wird das Kraftübertragungselement 7 einerseits vom Ventilschaft 3 in Richtung der Exzenterwelle weggezogen und gleichzeitig wird, abgestützt auf dem Lager 9, der zweite Federteller 5 in Richtung des ersten Federtellers 4 angehoben. Hierdurch wird die Federvorspannung der Ventilfeder 6 erhöht. Das Kraftübertragungselement 7 gleitet bei der Verstellbewegung mit seinen Kontaktflächen 7' auf den erhabenen Bereichen 12 des Gegenstücks 11 ab, während durch die Schiebebeweglichkeit des Gegenstücks 11 auf dem zweiten Federteller 5 die Relativbewegung zwischen Kraftübertragungselement 7 und dem zweiten Federteller 5 ausgeglichen wird. Starting from Fig. 1, in which rests the force transmission element 7 on the cylinder head and the valve spring 6 via the second spring plate 5 and the counterpart 11 is pressed against the cylinder head 1, the adjusting eccentric is 8 around the eccentric shaft 8 'in Fig. 2 to Turned 90 ° counterclockwise. As a result of this rotation, the force transmission element 7 is pulled away from the valve stem 3 in the direction of the eccentric shaft and, supported on the bearing 9 , the second spring plate 5 is raised in the direction of the first spring plate 4 . This increases the spring preload of the valve spring 6 . The force transmission element 7 slides during the adjustment movement with its contact surfaces 7 ′ on the raised areas 12 of the counterpart 11 , while the relative movement between the force transmission element 7 and the second spring plate 5 is compensated for by the sliding mobility of the counterpart 11 on the second spring plate 5 .

Eine weitere Verdrehung des Verstellexzenters 8 um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn ist in Fig. 3 dargestellt. Deutlich erkennbar sind nun der Verstellexzenter 8 und das Kraftübertragungselement 7 ist in ihrer zweiten Extremlage. Die Kontaktfläche 7' hat den größten Abstand vom Zylinderkopf 1, während das Kraftübertragungselement 7 gleichzeitig wieder (wie in Fig. 1) in Richtung Ventilschaft 3 lageverändert ist. In dieser Stellung ist der zweite Federteller 5 in seinen größten Abstand von dem Zylinderkopf 1 gedrückt und die Ventilfeder 6 hat ihre maximale, mit dieser Verstellvorrichtung einstellbaren, Vorspannung. A further rotation of the adjusting eccentric 8 by 90 ° counterclockwise is shown in FIG. 3. The adjusting eccentric 8 and the force transmission element 7 are now clearly in their second extreme position. The contact surface 7 'has the greatest distance from the cylinder head 1 , while the force transmission element 7 is again changed in the direction of the valve stem 3 (as in FIG. 1). In this position, the second spring plate 5 is pressed into its greatest distance from the cylinder head 1 and the valve spring 6 has its maximum prestress, which can be adjusted with this adjusting device.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hebe-, Senkmechanismus mit einer Exzenterverstellung für das Kraftübertragungselement 7, kann mit nur geringen Anpassungsänderungen an bestehende Ventiltriebe adaptiert werden. Ebenfalls können die konventionellen Materialien für Ventiltriebe weiterhin eingesetzt werden. Materialänderungen bzw. besondere Oberflächenbehandlungsmaßnahmen, beispielsweise zur Härteänderung, sind bei dieser Umrüstung normalerweise nicht notwendig. Das Kraftübertragungselement 7 ist aus einem metallischen Werkstoff einstückig durch ein Gießverfahren hergestellt. Auch gesinterte oder geschmiedete Varianten, sowie die einfache Fertigung aus Blech sind möglich. Die Kontaktfläche 7' ist, um Verschleiß vorzubeugen, gehärtet. The configuration of the lifting and lowering mechanism according to the invention with an eccentric adjustment for the force transmission element 7 can be adapted to existing valve drives with only slight changes in adaptation. The conventional materials for valve trains can also continue to be used. Material changes or special surface treatment measures, for example to change the hardness, are normally not necessary with this conversion. The force transmission element 7 is made in one piece from a metallic material by a casting process. Sintered or forged versions as well as simple sheet metal production are also possible. The contact surface 7 'is hardened to prevent wear.

Das Lager 9 ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine wälzgelagerte Rolle. In anderen Varianten können auch Gleitlager eingesetzt werden. Der Verstellexzenter 8 sitzt ortsfest auf einer Exzenterwelle und ist auf dieser aufgeschrumpft. Jedoch können auch beispielsweise Schweißverfahren für die Verbindung eingesetzt werden. Auch Exzenterwellen, die einstückig mit dem Verstellexzenter hergestellt sind, sind möglich. The bearing 9 is a roller-mounted roller in the preferred embodiment. In other variants, plain bearings can also be used. The adjusting eccentric 8 is fixed on an eccentric shaft and is shrunk onto it. However, welding processes can also be used for the connection, for example. Eccentric shafts that are made in one piece with the adjusting eccentric are also possible.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Kraftübertragungselement 7 auch einseitig über das Gegenstück 11 auf dem zweiten Federteller 5 aufliegen. Für diese kostengünstige Variante muss jedoch eine dauerhafte Parallelität zwischen den Federtellern 4 und 5 gewährleistet sein. In a further exemplary embodiment, the force transmission element 7 can also rest on one side via the counterpart 11 on the second spring plate 5 . For this cost-effective variant, however, permanent parallelism between the spring plates 4 and 5 must be ensured.

In einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine können bei Verwendung einer langen Exzenterwelle sämtliche Kraftübertragungselemente 7 für alle Gaswechselventile ein- oder auslassseitig von dieser angetrieben werden. Das bedeutet, dass eine Exzenterwelle entweder für den gesamten Verstellantrieb auf der Einlassseite oder der Auslassseite des Zylinderkopfes 1 ausreicht. Somit ist auch nur ein Antrieb für die Exzenterwelle ein- oder auslassseitig notwendig. Bezugszeichenliste 1 Zylinderkopf
2 Ventilführung
3 Ventilschaft
4 Erster Federteller
5 Zweiter Federteller
6 Ventilfeder
7 Kraftübertragungselement
7' Kontaktfläche
8 Verstellexzenter
8' Exzenterwellenachse
9 Lager
10 Bohrung
11 Gegenstück
12 Erhabener Bereich
In a multi-cylinder internal combustion engine, when using a long eccentric shaft, all of the force transmission elements 7 for all gas exchange valves can be driven on the inlet or outlet side thereof. This means that an eccentric shaft is sufficient for either the entire adjustment drive on the intake side or the exhaust side of the cylinder head 1 . This means that only one drive for the eccentric shaft is required on the inlet or outlet side. LIST OF REFERENCES 1 cylinder head
2 valve guide
3 valve stem
4 First spring plate
5 Second spring plate
6 valve spring
7 power transmission element
7 'contact surface
8 adjustment eccentric
8 'eccentric shaft axis
9 bearings
10 hole
11 counterpart
12 Raised area

Claims

1., valve train for an internal combustion engine, consisting of at least one gas exchange valve with a valve stem on the radial, a first spring plate fixed to the valve stem and spaced therefrom, a second spring plate displaceable in the valve stem direction, between which a pretensioned valve spring arranged coaxially to the valve stem is clamped The preload can be changed by moving the second spring plate by changing the position of at least one force transmission element, characterized in that the position of the force transmission element ( 7 ) can be changed by at least one adjusting eccentric ( 8 ).

2. Valve train for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the force transmission element ( 7 ) on the side facing away from the second spring plate ( 5 ) is pivotally mounted and displaceable radially to the valve stem ( 3 ) on a bearing ( 9 ).

3. Valve train for an internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized in that the bearing ( 9 ) is a rolling or sliding bearing.

4. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a counterpart ( 11 ) is arranged between the second spring plate ( 5 ) and the force transmission element ( 7 ).

5. Valve train for an internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the counterpart ( 11 ) is U-shaped.

6. Valve train for an internal combustion engine according to claims 4 and 5, characterized in that the counterpart ( 11 ) rests on the second spring divider ( 5 ) and encloses the valve stem ( 3 ) in a region of its circumference and the ends in the direction of the adjusting eccentric ( 8 ) point.

7. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the counterpart ( 11 ) on the second spring plate ( 5 ) is displaceable.

8. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one raised region ( 12 ) is formed on the counterpart ( 11 ) in the region of at least one end, on the side facing away from the valve stem ( 3 ).

9. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the force transmission element ( 7 ) has at least one contact surface ( 7 ') on the side facing the counterpart ( 11 ).

10. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface ( 7 ') is in operative connection with the raised area ( 12 ).

11. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the contact surface ( 7 ') on the raised area ( 12 ) is pivotally supported.

12. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the force transmission element ( 7 ) is U-shaped and has at least one contact surface ( 7 ') at each end.

13. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the adjusting eccentric is arranged stationary on a shaft which is oriented normal to the valve stem, characterized in that with one adjusting eccentric ( 8 ) a plurality of force transmission elements ( 7 ) can be changed in their position ,

14. Valve train for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the valve is guided in a valve guide, characterized in that the second spring plate ( 5 ) is mounted radially around the valve guide ( 2 ).

15. Valve train for an internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the force transmission element ( 7 ) is in one piece and of the same material.

16. Valve train for an internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the force transmission element ( 7 ) is made of sheet metal.

17. Valve train for an internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the contact surface ( 7 ) is hardened by a surface treatment.