DE102004004643B4

DE102004004643B4 - Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102004004643B4
Application number: DE102004004643.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wutzler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: DE102004004643A1

Abstract

Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken für Verbrennungsmotore, mit einem Zwischenglied (5), welches schubbeweglich zwischen einem Nocken (11) einer ortsfest gelagerten Nockenwelle, einem ortsfest gelagerten und zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung zu verschwenkenden Element (4) sowie einer zugeordnete Ventile (2) betätigenden Hubübertragungsanordnung (3) mittels Federkraft allseitig im Eingriff gehalten sowie geführt ist, wobei eine als gewundene Biegefeder ausgeführte, im Zylinderkopf gegengelagerte Feder (6) am Zwischenglied (5) angreift, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Feder (6) ist mit ihrem ersten Federarm (60) ortsfest geführt und gegengelagert und der zweite äußere Federarm (61) durch zwei u-förmig verbundene Bügelstege (62; 63) gebildet, – je einer der beiden Bügelstege (62; 63) greift an einer der beiden Seiten des Zwischengliedes (5) an.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt sind derartige Einrichtungen zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken aus der Schrift DE 102 26 300 A1 . Sie weisen ein Zwischenglied auf, das schubbeweglich zwischen einem Nocken einer ortsfest gelagerten Nockenwelle, einem ortsfest gelagerten, zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung zu verschwenkenden Element und einer den Ventilen zugeordneten Hubübertragungsanordnung geführt angeordnet und mittels Federkraft allseitig mit den führenden Teilen im Eingriff gehalten ist. Die Krafteinleitung am Zwischenglied erfolgt durch eine oder mehrere im Zylinderkopf gegengelagerte Federn, die als gewundene Biegefedern ausgebildet sind.
Allgemein ist es bei Ventiltrieben üblich, gewundene Biegefedern an bewegten Hubübertragungselementen bzw. direkt an einem Ventil als Schließfeder anzuwenden. Dabei werden symmetrisch gestaltete Einzelfedern, siehe Schrift DE 299 733 A , 2, oder aus einem Stück hergestellte Doppelfedern, siehe Schrift DE 298 496 A , 2, bzw. auch parallel angeordnete Doppelfedern, siehe Schrift DE 354 659 A , 2, angewandt. Sie stützen sich jeweils einerseits ortsfest und andererseits an einem Ventil oder einem Hubübertragungselement ab.
Vorbekannt ist durch die Schrift DE 447 028 A eine zwangsläufige Ventilsteuerung, bei der eine einseitig an zwei Hubübertragungshebeln angreifende gewundene Biegefeder angewandt wird. Diese Feder sichert den jeweiligen Eingriff eines der beiden Hubübertragungshebel an den unterschiedlichen Nocken zum Öffnen und zum Schließen des Ventils. Im geschlossenen Zustand des Ventils wird die Schließkraft von der Feder bestimmt, so dass kein Formschluss zwischen dem Nocken zum Schließen des Ventils und dem Hubübertragungselement bei diesem Zustand besteht. Die Angriffsfläche der gewundenen Biegefeder am Hubübertragungshebel liegt parallel zu dessen Schwenkachse. Ein verkantungsfreies Bewegen des schwenkbaren Hubübertragungshebels ist gewährleistet.
Bei gattungsgemäßen Einrichtungen zur variablen Betätigung von Ventilen unter Anwendung eines Zwischengliedes, welches zwischen einem Nocken, einem einstellbaren Element als Gegenlager und einer Hubübertragungsanordnung zum Ventil bewegt wird und durch jeweils Linienberührung geführt ist, soll erfindungsgemäß die Aufgabe gelöst werden, dass die angewandte Feder nur einen geringen Bauraum im Bereich des Ventiltriebes belegt und das Einleiten der Kraft am Zwischenglied ohne störende Kraftkomponenten erfolgt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Feder mit ihrem ersten Federarm ortsfest geführt und gegengelagert ist und der zweite äußere Federarm durch zwei u-förmig verbundene Bügelstege gebildet ist, wobei je einer der beiden Bügelstege an einer der beiden Seiten des Zwischengliedes angreift. Durch die Gestaltung nimmt die Feder nur an einer Seite der Betätigungsmechanismen Bauraum in Anspruch. Derartiges ist günstig, wenn jeweils für Ein- bzw. Auslass zwei Ventile einem Zylinder zugeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, dass der zweite, freie Bügelsteg in Einbaulage einen größeren Vorspannweg als der erste, weiterführende Bügelsteg aufweist, so dass beide Bügelstege am Zwischenglied etwa gleiche Kraft einleiten. Damit wird gewährleistet, dass am Zwischenglied keine störenden Kraftkomponenten auftreten und eine gleichmäßige Linienberührung an allen führenden Elementen erreicht wird.
Die Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen gemäß den Unteransprüchen werden in der Beschreibung im Zusammenhang mit ihren vorteilhaften Auswirkungen erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung und Gestaltung einer Feder in einer gattungsgemäßen Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine gattungsgemäße Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken mit der erfindungsgemäßen Gestaltung und Einordnung der am Zwischenglied angreifenden Feder in Einbaulage,
2 die Feder in perspektivischer Ansicht,
3 die Feder in Seitenansicht.
In 1 ist ein Ventiltrieb zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren dargestellt. Eine von der Kurbelwelle, ggf. über eine Winkelverstelleinrichtung angetriebene Nockenwelle 1 ist im Zylinderkopf ZK drehbar mit fester Achslage gelagert und weist eine feste Lage zu Ventilen 2 und deren zugeordneter Hubübertragungsanordnung 3 auf. Den im Zylinderkopf ZK angeordneten, mittels Federkraft schließenden Ventilen 2 ist jeweils eine lagefest geführte Hubübertragungsanordnung 3 zugeordnet, die vorzugsweise mit einem Spielausgleichselement 31 versehen ist.
Ein in seiner Stellung veränderliches Element 4 ist im Zylinderkopf ZK ortsfest, jedoch um die fest positionierte Schwenkachse A4 zur Ventilhubeinstellung schwenkbar angeordnet.
Ein Zwischenglied 5 ist innen an dem in seiner Stellung veränderlichen Element 4 an einer Stütz- 41 und einer Steuerkurve 42 geführt. Dies ergibt eine prismatische Abstützung des Zwischengliedes 5 in allen Positionen während seiner vom Nocken 11 angeregten Bewegung.
Außerdem steht das Zwischenglied 5 mit einer an ihm gelagerten Rolle mit einem Nocken 11 der im Zylinderkopf ZK gelagerten Nockenwelle 1 und mit einer Außenkontur mit der dem Ventil 2 zugeordneten Hubübertragungsanordnung 3 mit einem Rollenhebel 32 im Eingriff. Der Rollenhebel 32 ist auf einem ortsfesten Spielausgleichselement 31 abgestützt.
Das Zwischenglied 5 steht unter der Wirkung einer Feder 6, deren Wirkrichtung das Zwischenglied 5 mit dem Nocken 11 und dem veränderlichen Element 4 im Eingriff hält.
Mit dem veränderlichen Element 4 ist ein auf der Schwenkachse A4 sitzender und drehfest verbundener Stellhebel 45 angeordnet. Er ist mit einem Stellschieber 7 gekoppelt. Beim axialen Verschieben des Stellschiebers 7 wird der Stellhebel 45 zusammen mit dem im Zylinderkopf ZK ortsfest jedoch drehbar gelagerten Element 4 verschwenkt, wobei eine Veränderung der Ventilhubeinstellung erfolgt.
Bei der vorbeschriebenen Ausführung eines Ventiltriebes wird die Führung des Zwischengliedes 5 kraftschlüssig durch drei Teile – Nocken 11, veränderliches Element 4 und Rollenhebel 32 –, wobei vier Eingriffslinien vorhanden sind, bestimmt. Bei derartiger Führung ist es für eine gleichmäßige Belastung der Eingriffsbereiche mit rollendem oder gleitendem Eingriff notwendig, dass Kräfte am Zwischenglied 5 zentral oder symmetrisch in etwa in gleicher Größe angreifen.
Die in 2 perspektivisch dargestellte Feder 6 ist als gewundene Biegefeder ausgeführt und im Zylinderkopf ZK einseitig ortsfest geführt und ihr innerer Federarm 60 gleichzeitig fest gegengelagert. Der äußere Federarm 61 wird durch u-förmig verbundene Bügelstege 62; 63 gebildet. Jeder der Bügelstege 62; 63 greift an einer der beiden Seiten des Zwischengliedes 5 an.
Die am Zwischenglied 5 symmetrisch angreifenden Bügelstege 62; 63 des Federarmes 61 sollen in Einbaulage jeweils eine etwa gleiche Druckkraft auf das Zwischenglied 5 übertragen. Hierfür weist der zweite, freie Bügelsteg 63, der sich über eine u-förmige Kontur 64 ausgehend vom ersten, weiterführenden Bügelsteg 62 erstreckt, einen größeren Vorspannweg als der erste, weiterführende Bügelsteg 62 in Einbaulage auf, siehe 1.
Die Differenz dS zwischen dem Vorspannweg des ersten, weiterführenden Bügelsteges 62 und dem größeren Vorspannweg des zweiten, freien Bügelsteges 63 ist aus 3 ersichtlich.
Diese Differenz dS der Vorspannwege ist notwendig, weil der zweite, freie Bügelsteg 63 den letzten Abschnitt der hintereinander federnd wirkenden Abschnitte vom ersten, weiterführenden Bügelsteg 62 und den auf Biegung – 64a; 64b – bzw. auf Verdrehung – 64c – beanspruchten Abschnitt 64c bzw. Abschnitte 64a; 64b der u-förmigen Komtur 64 bildet, jedoch die Federkraft über die Bügelstege 62; 63 in etwa in gleicher Größe, also etwa hälftig, beidseitig am Zwischenglied 5 angreifen soll.
Um am Zwischenglied 5 jeweils beidseitig gleiche Federkräfte zu erzielen, ist es vorteilhaft möglich, dass die Form des zweiten, freien Bügelsteges 63 der Feder 6 entlang seines Eingriffsbereiches E63 am Zwischenglied 5 eine Kontur aufweist, die in jeder Bewegungsphase einen größeren Federweg als beim ersten, weiterführenden Bügelsteg 62 einstellt. Der Eingriffsbereich E63 am Bügelsteg 63 müsste dann abweichend von der Gestaltung gemäß 3 zu seinem Ende unlinear ansteigend geformt sein.
Infolge dessen, dass geringfügige Verlagerungen von gewundenen Biegefedern bei einseitiger ortsfester Führung stets auftreten, weil ihre radiale Führung wegen der Durchmesserveränderungen ihrer federnden Windungen während des Einfederns nur mit Spiel ausgeführt werden kann, kommt es insbesondere zu Lageänderungen des freien Bügelsteges 63 der Feder 6. Auch die durch solche Lageänderungen verursachten Ungleichheiten zwischen den Bügelstegen 62 und 63 können durch eine angepasste Kontur des Eingriffsbereiches E63 am Bügelsteg 63 kompensiert werden.
Bei einer Ausführung der Feder 6 mit einer u-förmigen Kontur 64 des Federarmes 61, die sich um den Durchlaufbereich des Nockens 11 erstreckt, schwenkt die u-förmige Kontur 64 unter dem Nocken 11 und dem Zwischenglied 5. Es wird eine günstige Belegung des Freiraumes, der sich um die Mechanismen des Ventiltriebes ergibt, erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
11: Nocken
2: Ventil
3: Hubübertragungsanordnung
31: Spielausgleichselement
32: Rollenhebel
4: Element, in seiner Stellung veränderlich, schwenkbar
41: Stützkurve
42: Steuerkurve
45: Stellhebel
5: Zwischenglied
6: Feder
60: erster Federarm, ortsfest geführt und gegengelagert
61: zweiter äußerer Federarm
62: erster weiterführender Bügelsteg
63: zweiter freier Bügelsteg, im Einbauzustand mit größerem Vorspannweg als 62
64: u-förmige Kontur 64 von 61, zwischen 62 und 63
64a; 64b: Abschnitte von 64, auf Biegung beansprucht
64c: Abschnitt von 64, auf Verdrehung beansprucht
7: Stellschieber
A4: Schwenkachse von 4
E63: Eingriffsbereich von 5 an 63
ZK: Zylinderkopf
dS: Differenz der Vorspannwege von 62 und 63 im Einbauzustand

Claims

Einrichtung zur variablen Betätigung von Ventilen mittels Nocken für Verbrennungsmotore, mit einem Zwischenglied (5), welches schubbeweglich zwischen einem Nocken (11) einer ortsfest gelagerten Nockenwelle, einem ortsfest gelagerten und zur Ventilhubeinstellung in seiner Stellung zu verschwenkenden Element (4) sowie einer zugeordnete Ventile (2) betätigenden Hubübertragungsanordnung (3) mittels Federkraft allseitig im Eingriff gehalten sowie geführt ist, wobei eine als gewundene Biegefeder ausgeführte, im Zylinderkopf gegengelagerte Feder (6) am Zwischenglied (5) angreift, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Feder (6) ist mit ihrem ersten Federarm (60) ortsfest geführt und gegengelagert und der zweite äußere Federarm (61) durch zwei u-förmig verbundene Bügelstege (62; 63) gebildet, – je einer der beiden Bügelstege (62; 63) greift an einer der beiden Seiten des Zwischengliedes (5) an.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter, freier Bügelsteg (63) in Einbaulage einen größeren Vorspannweg als ein erster, weiterführender Bügelsteg (62) aufweist, so dass die beiden Bügelstege (62; 63) am Zwischenglied (5) etwa gleiche Kraft einleiten.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des zweiten freien Bügelsteges (63) der Feder (6) entlang seines Eingriffsbereiches am Zwischenglied (5) eine Kontur aufweist, die in jeder Bewegungsphase einen größeren Federweg als beim ersten weiterführenden Bügelsteg (62) einstellt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der u-förmig ausgeführte Federarm (61) um den Durchlaufbereich des Nockens (11) erstreckt.