DE102004002290A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem die Nocken, die mehrere Nockenlaufbahnen aufweisen, über einen Hebel mit den Gaswechselventilen wirkverbunden sind. Erfindungsgemäß ist an mindestens einer Seite des Hebels ein Freigang für eine der Nockenlaufbahnen ausgebildet, die nicht mit dem Gaswechselventil wirkverbunden ist. DOLLAR A Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung des Hebels angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit über Hebel auf Gaswechselventile wirkende Nocken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Hebel.
  • Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.
  • Aus der Druckschrift DE 42 30 877 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenstück besteht dabei aus einem rohrtörmigen Träger, auf dem mindestens ein Nocken ausgebildet ist. Bei dem mindestens einen Nocken gehen aus einem Grundkreis axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervor, die sich in ihrer Hubkontur voneinander unterscheiden.
  • Durch das auf der Grundnockenwelle axiale Verschieben des Nockenstückes kann von einer Nockenlaufbahn auf eine andere Nockenlaufbahn umgeschaltet werden, wodurch ein Gaswechselventil von der Hubkonturen der jeweiligen Nockenlaufbahnen betätigt wird. Die Hubkonturen können sich in der Höhe des Hubes, dem Verlauf des Hubes und in der Phasenlage unterscheiden.
  • Um die Wegstrecke zu minimieren, die ein Nockenstück auf der Grundnockenwelle zum Umschalten der Hubkontur axial verschoben werden muss, sind die Nockenlaufbahnen sehr schmal ausgelegt, beispielsweise mit einer Breite von lediglich sechs Millimetern.
  • Dabei entsteht das Problem, dass beim Betrieb des Ventiltriebs, bei dem das Gaswechselventil oder ein das Gaswechselventil betätigendes Bauteil von einer Nockenlaufbahn betätigt wird, die anderen Kurvenlaufbahnen nicht mit dem Gaswechselventil oder dem das Gaswechselventil betätigende Bauteil in Kontakt kommen darf.
  • Das Bauteil zum Betätigen eines Gaswechselventils kann beispielsweise ein Hebel sein, der als Schwinghebel oder als Kipphebel ausgebildet werden kann. Besonders eng werden die Platzverhältnisse, wenn ein Kipphebel über eine Rolle von einer Nockenlaufbahn betätigt wird, da in dem Kipphebel die Lagerung der Rolle ausgebildet werden muss.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem die Gaswechselventile über einen Hebel von den Nockenlaufbahnen betätigt werden können, ohne dass eng nebeneinander liegende Nockenlaufbahnen störend wirken.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 7 gelöst.
  • Demnach ist an mindestens einer Seite des Hebels ein Freigang für eine nicht mit dem Gaswechselventil wirkverbundene Nockenlaufbahn des Nockens ausgebildet. Der Hebel ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet und weist eine Bodenplatte und zwei Wangen auf. Sind die Nockenlaufbahnen eines Nockens in der Höhe des Hubes und in der Phasenlage ähnlich ausgebildet muss der Freigang an beiden Seiten des Hebels in den Wangen ausgebildet werden.
  • Der Hebel kann vorteilhaft als Rollenkipphebel ausgebildet werden, wobei der Rollenkipphebel an einem Ende mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement verbunden ist, und das andere Ende des Rollenkipphebel mit dem Gaswechselventil verbunden ist. Die Rolle des Rollenkipphebels ist in etwa mittig in einer Aussparung der Bodenplatte des Rollenkipphebels angeordnet.
  • Ist die Rolle des Rollenkipphebels auf Nadeln gelagert, wird der Freigang des Rollenkipphebels so ausgebildet, und dass die Nadeln im Bereich des Freigangs gerade noch durch das Material des Rollenkipphebels axial fixiert sind.
  • Der Ventiltrieb wird über den Schmierstoffkreislauf der Brennkraftmaschine mit Schmierstoff versorgt. Dabei ist vorgesehen, dass die Nadeln im Bereich des Freigangs durch die Wangen des Kipphebels nur zu einem Teil abgedeckt sind, so dass die Nadeln der Rolle des Kipphebels für den Schmierstoff zugänglich sind.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nadeln des Rollenkipphebels auf einer Hülse angeordnet sind, und dass die Hülse über eine Achse mit dem Kipphebel verbunden ist. Die Achse ist im Bereich des Freigangs in Aufnahmen angeordnet, die in den Wangen des Kipphebels ausgebildet sind.
  • Damit der Abstand der Wangen eines Hebels nicht mit einer zu geringen Toleranz gefertigt werden muss, ist vorgesehen, dass die Wangen nach dem Einsetzen der die Hülse tragenden Achse in die Aufnahmen solange zusammen gepresst werden, bis die Wangen auf der Hülse zur Auflage kommen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Achse mit den Wangen des Hebels verstemmt werden, nach dem die Achse in die Aufnahmen des Hebels eingesetzt wurde.
  • In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebel aus in einem Pressverfahren aus Blech oder in einem Gießverfahren aus Grauguss gefertigt wird.
  • Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit den mindestens einen Freigang aufweisenden Hebeln werden Störungen durch die eng nebeneinander liegende Nockenlaufbahnen wirksam vermieden.
  • Im folgenden ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit drei Figuren dargestellt und erläutert.
    •
  • Es zeigen:
  • 1 die Darstellung einer Nockenwelle und eines zwei Nocken tragenden Nockenstücks sowie des auf einem hydraulischen Ausgleichelement und einem Gaswechselventil aufliegenden Rollenkipphebels,
  • 2 eine stirnseitige Darstellung eines Rollenkipphebels mit einem in einer Wange ausgebildeten Freigangs sowie der Nockenlaufbahnen eines Nockens,
  • 3 die dreidimensionale Darstellung eines Rollenkipphebels mit seinen Bestandteilen.
  • Eine vierzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus vier Nockenpakten, die auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenpaket genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenstück zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.
  • Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück besteht in einer Verzahnung, die auf der Nockenwelle als Außenverzahnung und in dem Nockenstück als Innenverzahnung ausgebildet ist.
  • 1 zeigt ein auf der Nockenwelle 1 axial verschiebbares Nockenstück. Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke jeweils ein Schneckentrieb 3 ausgebildet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn 4 ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen 4 der zwei Schneckentriebe 3 eines Nockenstückes 2 sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes 2 in beide Richtung möglich ist.
  • Das axiale Verschieben des Nockenstücks 2 erfolgt durch radial zur Nockenwelle 1 angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn 4 bildende Vertiefung eines Schneckentriebes 3, wobei das Nockenstück 2 durch die Drehung der Nockenwelle 1 beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.
  • Die zwei Nocken 5, 6 des Nockenstücks 2 weisen jeweils zwei Nockenlaufbahnen 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 auf, eine Nockenlaufbahn 5.1, 6.1 für eine kleine Hubhöhe eines Gaswechselventils 9 und eine Nockenlaufbahn 5.2, 6.2 für eine große Hubhöhe eines Gaswechselventils 9. Die Nockenlaufbahn 5.1, 6.1 mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn 5.2, 6.2 mit der große Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet.
  • Die Kraftübertragung von den Nocken 5, 6 auf die Gaswechselventile erfolgt über Rollenkipphebel 7, die an einem Ende auf einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement 10 aufliegen, und an dem anderen Ende mit einem Gaswechselventil 9 verbunden sind.
  • Der Rollenkipphebel 7 ist im wesentlichen U-förmig mit einer Bodenplatte 7.1 und zwei Wangen 7.2 ausgebildet. Etwa in der Mitte des Rollenkipphebels 7 ist in einer Aussparung der Bodenplatte 7.1 eine Rolle 8 angeordnet, die von einer Achse 8.4 gehalten wird. Die Achse 8.4 ist in Aussparungen der Wangen 7.2 des Rollenkipphebels 7 gelagert.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine rollte die Rolle 8 des Rollenkipphebels 7 über den Nockenlaufbahnen 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 der Nocken 5, 6 des Nockenstücks ab. Die Breite der Rolle 8 beträgt etwa fünf Millimeter. Die Breite der Nockenlaufbahnen 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 beträgt knapp sieben Millimeter. Damit die eine große Hubhöhe aufweisenden Nockenlaufbahn 5.2, 6.2 nicht gegen die Wangen 7.2 des Rollenkipphebels 7 stoßen, während die Rollen 8 auf den eine kleine Hubhöhe aufweisenden Nockenlaufbahn 5.1, 6.1 abrollen, ist an der den großen Nocken zugewandten Wange 7.2 der Rollenkipphebel 7 ein Freigang 7.3 ausgebildet.
  • 2 zeigt die stirnseitige Darstellung eines Rollenkipphebels 7 mit einem in nur einer Wange 7.2 ausgebildeten Freigang 7.3, durch welchen die eine große Hubhöhe aufweisende Nockenlaufbahn 5.2 an dem Rollenkipphebel 7 vorbeistreicht, während die Rollen 8 auf den eine kleine Hubhöhe aufweisenden Nockenlaufbahn 5.1 abrollt.
  • Weisen beide Nockenlaufbahnen 5.1, 5.2 eine in etwa gleiche Hubhöhe auf und sind phasenverschoben zueinander angeordnet, muss der Freigang auf beiden Seiten des Rollenkipphebels in den Wangen ausgebildet werden.
  • 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Rollenkipphebels mit seinen Bestandteilen, wobei zur Darstellung der inneren Bestandteil der Rolle 8 an den Wangen 7.2 und den Rollenteilen geschnitten wurde.
  • Die Rolle 8 besteht aus dem Laufring 8.1, der auf den Nockenlaufbahnen abrollt, aus den Nadel 8.2 zur reibungsarmen Lagerung des Laufrings 8.1 sowie der Hülse 8.3, auf der sich die Nadeln 8.2 drehen. Die Verbindung der Rolle 8 mit dem Rollenkipphebel 7 erfolgt über eine Achse 8.4, die in Aussparungen der Wangen 7.2 angeordnet ist.
  • Der Freigang 7.3 ist dabei so in den Wangen 7.2 des Rollenkipphebels 7 ausgebildet, dass die Nadel 8.2 der Rolle 8 von den Wangen 7.2 geführt werden, und sich durch die Wangen 7.2 axial nicht verschieben können. Dabei werden die Nadeln 8.2 jedoch nur so weit von den Wangen 7.2 verdeckt, dass das Motoröl zur Schmierung der Brennkraftmaschine auch bis zu dem Laufring 8.1, den Nadeln 8.2 und der Hülse 8.3 gelangen kann.
  • Die Kombination aus einer Hülse 8.3 und einer Achse 8.4 bewirkt gegenüber einem Aufbau mit lediglich einer Achse, die den Durchmesser der Hülse 8.3 aufweisen würde, dass die Aufnahmen der Achse 7.4 in den Wangen 7.2 einen geringen Durchmesser aufweisen. Dadurch steht den Wangen 7.2 im Bereich des Freigangs 7.3 mehr Material bis zu der Aufnahme der Achse 7.4 zur Verfügung, wodurch der Rollenkipphebel trotz des Freigangs 7.3 die notwendige Stabilität erhält.
  • Die Herstellung des Rollenkipphebels erfolgt in einem Pressverfahren, wobei als Material Stahlblech verwendet wird. Dabei kann der Abstand der Wangen 7.2 mit großen Tolleranzen gefertigt werden. Nach dem Einsetzen der Rolle 8 in den Rollenkipphebel 7 und dem Verbinden mit der Achse 8.4 werden die Wangen 7.2 mechanisch zusammen gepresst, wobei die Wangen 7.2 auf der Hülse 8.3 zur Auflage kommen. Während die Herstellung eines geringe Tolleranzen aufweisenden Abstandes der Wangen 7.2 sehr kostspielig wäre, ist die Hülse 8.3 kostengünstig mit geringen Tolleranzen herzustellen.
  • Nach dem Einsetzen der Achse 8.4 in die Aufnahmen der Wangen 7.2 wird die Achse 8.4 mit den Wangen 7.2 des Rollenkipphebels 7 verstemmt.
  • Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb der Brennkraftmaschine mit den Freigänge aufweisenden Rollenkipphebeln können Kipphebel mit mehrer Nockenlaufbahnen aufweisenden Nocken kombiniert werden.

Claims (10)

  1. Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit auf Nockenwellen (1) axial verschiebbar angeordneten Nockenstücken (2), wobei die Nocken (5, 6) der Nockenstücke (2) mindestens zwei sich in den Hubkonturen unterscheidende Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) aufweisen, und wobei eine Nockenlaufbahn (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) eines Nockens (5, 6) über einen Hebel (7) mit einem Gaswechselventil (9) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seite des Hebels (7) ein Freigang (7.3) für die nicht mit dem Gaswechselventil (9) wirkverbundene Nockenlaufbahn (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) eines Nockens (5, 6) ausgebildet ist.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) im wesentlichen eine Bodenplatte (7.1) und zwei Wangen (7.2) aufweist, die U-förmig zueinander angeordnet sind.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel ein Rollenkipphebel (7) ist, und dass der Rollenkipphebel (7) an einem Ende mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement (10) verbunden ist, und dass der Rollenkipphebel (7) an dem anderen Ende mit dem Gaswechselventil (9) verbunden ist, und dass die Rolle (8) des Rollenkipphebels (7) in etwa mittig in einer Aussparung der Bodenplatte (7.1) des Rollenkipphebels (7) angeordnet ist.
  4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (8) des Rollenkipphebels (7) auf Nadeln (8.2) gelagert ist, und dass die Nadeln (8.2) im Bereich des Freigangs (7.3) durch die Wangen (7.2) des Rollenkipphebels (7) axial fixiert sind.
  5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventiltrieb ein Schmierstoff zugeführt wird, und dass die Nadeln (8.2) im Bereich des Freigangs (7.3) durch die Wangen (7.2) des Rollenkipphebels (7) nur zu einem Teil abgedeckt sind, so dass die Nadeln (8.2) der Rolle (8) des Rollenkipphebels (7) für den Schmierstoff zugänglich sind.
  6. Ventiltrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (8.2) der Rolle (8) des Rollenkipphebels (7) auf einer Hülse (8.3) angeordnet sind, und dass die Hülse (8.3) auf einer Achse (8.4) angeordnet ist, und dass die Achse (8.4) im Bereich des Freigangs (7.3) in Aufnahmen angeordnet ist, die in den Wangen (7.2) des Rollenkipphebels (7) ausgebildet sind.
  7. Verfahren zur Herstellung des Hebels nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Wangen (7.2) eines Rollenkipphebels (7) mit einer hohen Toleranz gefertigt wird, und dass nach dem Einsetzen der die Hülse (8.3) tragenden Achse (8.4) in die Aufnahmen die Wangen (7.2) zusammen gepresst werden, bis die Wangen (7.2) auf der Hülse (8.3) zur Auflage kommen.
  8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsetzen der Achse (8.4) in die Aufnahmen der Wangen (7.2) die Achse (8.4) mit den Wangen (7.2) des Rollenkipphebels (7) verstemmt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenkipphebel (7) in einem Pressverfahren aus Blech gefertigt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenkipphebel (7) in einem Gießverfahren aus Grauguss gefertigt wird.
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