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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine
insbesondere mit Dekompressionsbremse. Der Ventiltrieb umfasst eine
Nockenwelle mit einem Nocken, einen Kipp- oder Schwinghebel zur Übertragung
des Nockenhubs auf ein Gaswechselventil, ein den Kipp- oder Schwinghebel
abstützendes Schwenklager und ein im Kraftfluss zwischen
dem Nocken und dem Gaswechselventil angeordnetes hydraulisches Ventilspielausgleichselement.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei
Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen mit Dekompressionsbremse – üblicherweise
großvolumige Dieselmotoren für den Nutzfahrzeugbereich – ist
es vorgesehen, während des Motorbremsbetriebs ein oder
alle Auslassventile eines Zylinders im Verlauf des Verdichtungstakts
erneut zu öffnen, um die Ladungswechselarbeit zugunsten
negativer Motorleistung deutlich zu erhöhen. Gegenüber
der regulären Auslassventilbetätigung im Expansionstakt
erfordert das erneute Aus lassöffnen in Abhängigkeit
von dessen Steuerzeiten deutlich höhere Ventilbetätigungskräfte,
da die Auslassventile gegen den Verdichtungsdruck und mitunter gegen
den Verdichtungsenddruck im Zylinder öffnen müssen.
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Wie
es in der als gattungsbildend betrachteten
US 7,392,772 B2 vorgeschlagen
ist, kann bei derartigen Ventiltrieben der Ausgleich des Ventilspiels auch
mittels eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements automatisch
und stufenlos erfolgen, wobei das Ventilspielausgleichselement als
Alternative zu einer das Ventilspiel mechanisch justierenden Einstellschraube
zwischen dem ventilseitigen Hebelabschnitt eines dort offenbarten
Kipphebels und dem Gaswechselventil angeordnet sein soll. Diese
Positionierung des Ventilspielausgleichselements kann jedoch dahingehend
problematisch sein, als die hohen Ventilbetätigungskräfte
während des Motorbremsbetriebs ein übermäßiges
Absinken des Ventilspielausgleichselements infolge Auspressens von
Hydraulikmittel aus dessen Hochdruckraum bewirken. Die anschließend
erforderliche Regeneration des Ventilspielausgleichselements wird
zudem durch das Mehrfachöffnen des Auslassventils während
einer Nockenumdrehung erschwert, da für das Nachsaugen
von Hydraulikmittel in den dann expandierenden Hochdruckraum nur
ein vergleichsweise kleiner hubfreier Nockenwinkel zur Verfügung
steht. Eine Folge dieses Ungleichgewichts zwischen Absinken und
Regeneration des Ventilspielausgleichselements kann, je nach Dauer
des Motorbremsbetriebs, ein sukzessives vollständiges Zusammensinken
des Ventilspielausgleichselements in seine mechanische Blockstellung
sein, wobei dies mit einem sowohl in thermodynamischer Hinsicht
als auch in mechanischer Hinsicht unzulässigen Abschneiden
der Nockenerhebungen für den Expansionstakt und den Motorbremsbetrieb
verbunden sein kann. Bezüglich der Thermodynamik seien
der unzureichende Ladungswechsel aufgrund zu geringer Ventilöffnungsquerschnitte
und bezüglich Mechanik die hohen Abhebe- und Aufsetzgeschwindigkeiten
des Gaswechselventils infolge fehlender Nockenrampen zu nennen.
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Diese
Betrachtungen gelten in entsprechender Weise für den in
der
DE 10 2006
031 706 A1 vorgeschlagenen Ventiltrieb mit einem hydraulischen Ventilspielaus gleichselement,
das zwischen einem Kipphebel und dem Gaswechselventil angeordnet
ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Funktionsfähigkeit
eines Ventiltriebs der eingangs genannten Art sicherzustellen. Demnach
soll es auch im Falle sehr hoher Ventilbetätigungskräfte
möglich sein, den Ventiltrieb mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement
der an sich bekannten Art zur automatischen und stufenlosen Einstellung
des Ventilspiels auszustatten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind. Demnach sollen das Ventilspielausgleichselement stationär
in der Brennkraftmaschine angeordnet sein und der Ventiltrieb weiterhin
einen Sekundärhebel mit einem ersten Hebelabschnitt und einem
zweiten Hebelabschnitt umfassen. Dabei ist der Sekundärhebel
zwischen den Hebelabschnitten an einer am Kipp- oder Schwinghebel
ausgebildeten Hebelstütze angelenkt, stützt sich
mit dem ersten Hebelabschnitt auf dem Ventilspielausgleichselement ab
und betätigt mit dem zweiten Hebelabschnitt das Gaswechselventil.
Der wirksame Hebelarm des ersten Hebelabschnitts ist deutlich größer
als der wirksame Hebelarm des zweiten Hebelabschnitts.
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Mit
anderen Worten sieht die Erfindung eine Verlagerung des Ventilspielausgleichselements
in der Weise vor, dass das Ventilspielausgleichselement nicht mehr – wie
im eingangs zitierten Stand der Technik vorgeschlagen – mit
dem Gaswechselventil mitbewegt und dessen Betätigungskräften
unmittelbar ausgesetzt ist, sondern über ein Kräfte
reduzierendes Hebelverhältnis stationär in den
Kraftfluss zwischen Nocken und Gaswechselventil eingebunden ist.
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In
einer bezüglich des Hebelverhältnisses bevorzugten
Konkretisierung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wirksamen
Hebelarme ein Übersetzungsverhältnis von mindestens
2:1 aufweisen. Beispielsweise würde demnach das Ventilspielausgleichselement
bei einer Ventilbetätigungskraft von 15 kN und einem Übersetzungsverhältnis
von 3:1 lediglich mit einer Kraft von 5 kN belastet werden.
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Zur
Reduzierung des Montageaufwandes sollen ferner der Kipp- oder Schwinghebel
und der Sekundärhebel zu einer verliersicheren Baueinheit zusammengefasst
sein. Dabei kann es sich bei der Hebelstütze um einen an
Seitenwänden des Kipp- oder Schwinghebels befestigten und
die Seitenwände überspannenden Gelenkbolzen handeln,
der mit einem den Sekundärhebel quer durchsetzenden Gelenkauge
ein Bolzengelenk bildet.
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Entsprechend
einem später erläuterten Ausführungsbeispiel
der Erfindung soll außerdem das Schwenklager als parallel
zur Nockenwelle verlaufende Achse mit einem Hydraulikmittel führenden
Kanal und mit einer das Ventilspielausgleichselement aufnehmenden
und an den Kanal angeschlossenen Ausnehmung ausgebildet sein. Eine
besonders kompakte Ausgestaltung eines solchen Ventiltriebs ist ferner
dann gegeben, wenn die Ausnehmung für das Ventilspielausgleichselement
im Axialbereich eines die Achse umgreifenden Lagerauges des Kipp-
oder Schwinghebels angeordnet ist, wobei das Lagerauge mit einer
als Freigang für das Ventilspielausgleichselement und/oder
den ersten Hebelabschnitt des Sekundärhebels dienenden
Radialöffnung versehen ist. Vorzugsweise ist die Radialöffnung
als in Umfangsrichtung des Lagerauges orientiertes Langloch ausgebildet.
Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein,
wenn das Ventilspielausgleichselement durch die Radialöffnung
hindurch ragt und den Kipp- oder Schwinghebel an den geraden Innenwänden
der Radialöffnung in Querrichtung zur Achse führt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der Ventiltrieb weiterhin
eine Stößelstange umfassen, die im Übertragungssinn
zwischen dem zweiten Hebelabschnitt des Sekundärhebels
und dem Gaswechselventil angeordnet ist. Zwecks Montagehilfe und
betrieblicher Abspringsicherung für die Stößelstange
soll ein ventilsei tiger Endabschnitt des Kipp- oder Schwinghebels
mit einer in Richtung des Gaswechselventils verlaufenden Öffnung
versehen sein, durch welche die Stößelstange hindurchgeführt
ist. Zudem sollen beide Enden der Stößelstange
als Gelenkkopf ausgebildet sein, wobei der hebelseitige Gelenkkopf
in einer am zweiten Hebelabschnitt des Sekundärhebels verlaufenden
Gelenkpfanne und der ventilseitige Gelenkkopf in einer Gelenkpfanne
eines das Gaswechselventil stirnseitig kontaktierenden Druckstücks
aufgenommen sind.
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Schließlich
sollen, sofern es möglich und zweckmäßig
ist, die vorgenannten Merkmale auch beliebig miteinander kombinierbar
sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel mit
den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen
Bauteilen und Merkmalen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines Kipphebel-Ventiltriebs in Seitenansicht;
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2 den
Ventiltrieb gemäß 1 in Draufsicht;
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3 den
Schnitt I-I gemäß 2;
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4 den
Kipphebel-Ventiltrieb gemäß 1 in
schematischer Gesamtdarstellung und
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5 den
Schnitt II-II gemäß 4.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den 1 und 2 ist ein Ventiltrieb 1 einer
Brennkraftmaschine mit Dekompressionsbremse in Seitenansicht bzw.
in Draufsicht offenbart. Ein auf einem Schwenklager 2 zentral
abgestützter Kipphebel 3 steht einerseits mit
einem Nocken 4 einer Nockenwelle 5 in Wirkverbindung
und weist andererseits eine Hebelstütze 6 auf,
an der ein Sekundärhebel 7 zwischen seinem ersten
Hebelabschnitt 8 und seinem zweiten Hebelabschnitt 9 angelenkt
ist. Der Sekundärhebel 7 stützt sich
mit dem ersten Hebelabschnitt 8 auf einem hydraulischen
Ventilspielausgleichselement 10 ab und betätigt
mit dem zweiten Hebelabschnitt 9 ein in Schließrichtung
federkraftbeaufschlagtes auslassseitiges Gaswechselventil, nachfolgend
kurz als Auslassventil 11 bezeichnet.
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Der
Kipphebel 3 und der Sekundärhebel 7 sind
zu einer verliersicheren Baueinheit zusammengefasst, indem die Hebelstütze 6 als
an vorspringenden Seitenwänden 12 des Kipphebels 3 befestigter und
die Seitenwände 12 überspannender Gelenkbolzen
ausgebildet ist, der mit einem den Sekundärhebel 7 quer
durchsetzenden Gelenkauge 13 (siehe 3) ein Bolzengelenk
bildet.
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Bei
dem Schwenklager 2 handelt es sich um eine grundsätzlich
bekannte Achse, die parallel zur Nockenwelle 5 verläuft
und von einem Lagerauge 14 des Kipphebels 3 unter
Bildung eines Gleitlagers umgriffen wird. Der mittlere Axialbereich
des Lagerauges 14 ist mit einer Radialöffnung 15 versehen,
die hier als in Umfangsrichtung des Lagerauges 14 orientiertes
Langloch ausgebildet ist und je nach Ausfahrstellung des Ventilspielausgleichselements 10 als
Freigang für das Ventilspielausgleichselement 10 und/oder
den ersten Hebelabschnitt 8 des Sekundärhebels 7 dient.
Die Breite des Langlochs 15 ist zudem so bemessen, dass
zum Außenumfang des Ventilspielausgleichselements 10 ein
lediglich geringes Axialspiel besteht, um den Kipphebel 3 in
Längsrichtung der Achse 2 in Position zu halten.
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Wie
es aus dem in 3 gezeigten Schnitt I-I deutlich
wird, ist das an sich bekannte Ventilspielausgleichselement 10 in
einer Ausnehmung 16 der Achse 2 aufgenommen und
wird über einen an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen
und die Ausnehmung 16 schneidenden Kanal 17 mit
Hydraulikmittel versorgt. Zur Druckentlastung dient eine den Grund
der Ausnehmung 16 schneidende Achsbohrung 18,
die zumindest in der gezeigten hubfreien Stellung des Kipphebels 3 über
eine Kipphebelbohrung 19 mit der Umgebung des Kipphebels 3 kommuniziert.
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Die
Betätigung des Auslassventils 11 erfolgt mittels
einer Stößelstange 20, die zwischen dem zweiten
Hebelabschnitt 9 des Sekundärhebels 7 und dem
Auslassventil 11 angeordnet ist und deren beide Enden 21, 22 als
sphärischer Gelenkkopf ausgebildet sind. Dabei sind der
hebelseitige Gelenkkopf 21 in einer im zweiten Hebelabschnitt 9 verlaufenden Gelenkpfanne 23 und
der ventilseitige Gelenkkopf 22 in einer Gelenkpfanne 24 eines
das Auslassventil 11 stirnseitig kontaktierenden Druckstücks 25 aufgenommen.
Die Gelenkpfannen 23, 24 sind kalottenförmig
ausgebildet.
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Zur
vereinfachten Montage des Ventiltriebs 1 und um ein ungewolltes
Abspringen der Stößelstange 20 während
des Betriebs der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist der ventilseitige
Endabschnitt des Kipphebels 3 mit einer in Richtung des
Auslassventils 11 verlaufenden Öffnung 26 versehen,
durch welche die Stößelstange 20 mit
dem erforderlichen Betriebsspiel hindurchgeführt ist.
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Bei
Betrachtung des Sekundärhebels 7 in 3 wird
ferner deutlich, dass der wirksame Hebelarm des ersten Hebelabschnitts 8 wesentlich
größer als der wirksame Hebelarm des zweiten Hebelabschnitts 9 ist,
wobei die wirksamen Hebelarme im gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Übersetzungsverhältnis von etwa 3:1 aufweisen.
Unter den wirksamen Hebelarmen ist jeweils der Abstand zwischen
der Hebelstütze 6 und dem Kontaktpunkt zum Ventilspielausgleichselement 10 bzw.
zur Stößelstange 20 zu verstehen. Aufgrund
des Übersetzungsverhältnisses werden die im Kontakt
zwischen dem Druckstück 25 und dem Auslassventil 11 wirksamen
Ventilbetätigungskräfte in guter Näherung
auf 1/3 seitens des abstützenden Ventilspielausgleichselements 10 reduziert,
so dass der durch das Auspressen von Hydraulikmittel bedingte Absinkwert
des Ventilspielausgleichselements 10 auch bei sehr hohen
Ventilbetätigungskräften auf einem vergleichsweise
geringen Niveau gehalten werden kann.
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Eine
schematische Gesamtdarstellung des in den vorherigen Figuren nur
teilweise dargestellten Ventiltriebs
1 geht aus
4 hervor.
Abgesehen von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Kipphebels
3 und des Sekundärhebels
7 sowie
der Anordnung des hydraulischen Ventilspielausgleichselements
10 ist
der grundsätzliche Aufbau des Ventiltriebs
1 aus
der eingangs zitierten
US
7,392,772 B2 bekannt und an dieser Stelle nur kurz zusammengefasst.
In Draufsicht dargestellt sind die Nockenwelle
5 mit dem
Nocken
4, die Achse
2, der Kipphebel
3, der
Sekundärhebel
7, das Ventilspielausgleichselement
10,
die Hebelstütze
6 und das Auslassventil
11.
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Das
eingangs erwähnte erneute Öffnen des Auslassventils 11 während
des Verdichtungstakts wird durch einen separaten Bremsnocken 27 erzeugt,
der mit einem als Bremshebel 28 bezeichneten weiteren Kipphebel
in Wirkverbindung steht. Wie es in Zusammenschau mit dem in 5 dargestellten
Schnitt II-II deutlich wird, ist der Kipphebel 3 mit einem
seitlichen Fortsatz 29 versehen, der den Bremshebel 28 mit
einem hydraulisch betätigten Koppelkolben 30 untergreift.
Lediglich während des Motorbremsbetriebs befindet sich
der Koppelkolben 30 in der dargestellten ausgefahrenen
Position, so dass die Schwenkbewegung des Bremshebels 28 über
den Koppelkolben 30, den Kipphebel 3 und den Sekundärhebel 7 auf
das Auslassventil 11 übertragen wird.
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Ferner
sei noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur bei einem
Kipphebel, sondern auch bei einem Schwinghebel Anwendung finden kann.
Die beiden Hebelarten unterscheiden sich bekanntermaßen
durch die Position des Schwenklagers, wobei der Schwinghebel nicht
zentral, sondern endseitig gelagert ist und dementsprechend dort
der Nocken und das Gaswechselventil an demselben Hebelabschnitt
verlaufen.
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Schließlich
sei auch darauf hingewiesen, dass die Erfindung zwar bevorzugt,
jedoch nicht ausschließlich in Zusammenhang mit einer Dekompressionsbremse
vorgesehen ist. Ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb
kann vielmehr auch in solchen Fällen Anwendung finden,
in denen sehr hohe Ventilbetätigungskräfte zu
beherrschen sind und dennoch ein hydraulischer Ventilspielausgleich
vorgesehen ist.
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Schwenklager/Achse
- 3
- Kipphebel
- 4
- Nocken
- 5
- Nockenwelle
- 6
- Hebelstütze
- 7
- Sekundärhebel
- 8
- erster
Hebelabschnitt des Sekundärhebels
- 9
- zweiter
Hebelabschnitt des Sekundärhebels
- 10
- Ventilspielausgleichselement
- 11
- Auslassventil/Gaswechselventil
- 12
- Seitenwand
des Kipphebels
- 13
- Gelenkauge
- 14
- Lagerauge
- 15
- Radialöffnung
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Kanal
- 18
- Achsbohrung
- 19
- Kipphebelbohrung
- 20
- Stößelstange
- 21
- Ende
der Stößelstange/hebelseitiger Gelenkkopf
- 22
- Ende
der Stößelstange/ventilseitiger Gelenkkopf
- 23
- Gelenkpfanne
des Sekundärhebels
- 24
- Gelenkpfanne
des Druckstücks
- 25
- Druckstück
- 26
- Öffnung
des Kipphebels
- 27
- Bremsnocken
- 28
- Bremshebel
- 29
- seitlicher
Fortsatz
- 30
- Koppelkolben
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7392772
B2 [0003, 0026]
- - DE 102006031706 A1 [0004]