DE102010018212A1

DE102010018212A1 - Ventiltriebssystem

Info

Publication number: DE102010018212A1
Application number: DE102010018212A
Authority: DE
Inventors: Lucia Hinkovska; Arne Manteufel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbares Ventiltriebssystem (1) mit einem auf einem Abstützelement (2) gelagerten schaltbaren Schlepphebel (3) und einem aus zumindest zwei getrennten Bauteilen bestehenden Koppelmittel (6), das in wenigstens eine Richtung über Hydraulikmittel verlagerbar ist, wobei dessen unmittelbar vom Hydraulikmittel beaufschlagtes Bauteil als in einem Druckraum (18) des Abstützelements (2) verschieblicher Druckschieber (4) vorliegt, 3) als weiteres Bauteil einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Ventiltriebssystem mit einem auf einem Abstützelement gelagerten schaltbaren Schlepphebel und einem in wenigstens eine Richtung über Hydraulikmittel verlagerbaren Koppelmittel.
Ein derartiges Ventiltriebssystem geht aus der U.S. 5,544,626 hervor. Im Haupthebel des Schlepphebels ist ein längs verlagerbares und als Kolben ausgebildetes Koppelmittel appliziert, welches oberhalb des Abstützelements verläuft. Das Koppelmittel kann in eine Verlagerungsrichtung über aus einem Kopf des Abstützelements in eine Druckkammer im Haupthebel leitbares Hydraulikmittel verlagert werden.
Das vorgenannte System ist lediglich als Ventilhubabschalter ausgelegt. Aufgrund der vollständig im Schlepphebel untergebrachten hydraulischen Aktuatorik baut der Hebel relativ kompliziert und massiv und lässt sich nicht aus einem Leichtbauwerkstoff wie dünnwandigem Stahlblech darstellen. Im Koppelzustand ist wegen der Kopplung mit lediglich einem Kolben als Koppelmittel mit relativ hohen Bauteilbelastungen zu rechnen. Zudem wird festgestellt, dass aufgrund der im Schlepphebel angeordneten hydraulischen Aktuatorik relativ lange Hydraulikmittelwege vorliegen, was sich ungünstig auf die Schaltzeiten auswirkt und dass es am Schwenkabgriff für das Hydraulikmittel zwischen dem Kopf des Abstützelements und der Kalotte im Schlepphebel zu Verlusten an Hydraulikmittel kommt.
Ein weiteres Ventiltriebssystem ist in der DE 198 38 926 A1 beschrieben; hier ebenfalls lediglich als Abschaltsystem vorliegend. Das hydraulisch beaufschlagbare Koppelmittel liegt radial verschiebbar im Abstützelement. Es sind zudem aufwändige Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlschaltungen getroffen, welche an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen.
Aufgrund der radialen Positionierung des Koppelmittels im Abstützelement baut Letztgenanntes unerwünscht breit, was eine nachträgliche Applikation in ohnehin vorhandene Zylinderkopfkonzepte aufgrund der sehr beengten Bauraumverhältnisse (Gaskanäle etc.) oft unmöglich macht. Außerdem kann im Wesentlichen nicht auf ein Standardabstützelement zurückgegriffen werden. Die Kopplung erfolgt einseitig, so dass die Bauteilbelastung wiederum hoch ist und im Koppelzustand Kippneigung besteht.
Aufgabe ist es daher, ein Ventiltriebssystem der eingangs genannten Art, jedoch ohne die vorgenannten Nachteile zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Koppelmittel aus zumindest zwei getrennten Bauteilen besteht, wobei dessen unmittelbar vom Hydraulikmittel beaufschlagtes Bauteil als in einem Druckraum des Abstützelements verschieblicher Druckschieber vorliegt, der auf einen Koppelschieber im Schlepphebel als weiteres Bauteil einwirkt.
Somit liegt ein Ventiltriebssystem vor, bei welchem die eingangs genannten Nachteile beseitigt sind. Als Abstützelement kann ein leicht modifiziertes Standardbauteil mit vorzugsweise hydraulischem Spielausgleich eingesetzt werden. Aufgrund der „Zweiteilung” des Koppelmittels mit der Verlagerung des hydraulisch beaufschlagbaren Parts in das Abstützelement und der mechanischen Komponente in den Schlepphebel baut Letztgenannter deutlich einfacher und leichter und kann somit bspw. aus dünnwandigem Stahlblech preiswert gefertigt werden, so wie es Gegenstand eines Unteranspruchs ist.
Dadurch, dass nach der Erfindung der Druckschieber mit Aktorstift längsverschieblich im Abstützelement sitzt, beansprucht dieses nicht mehr radialen Bauraum als ein nichtschaltbares Abstützelement.
Bevorzugt soll der Druckschieber aus dem Abstützelement heraus hydraulisch angehoben werden, wobei dessen Rückstellung bei abgeschaltetem Hochdruck an Hydraulikmittel „zwangsweise” über den im Schlepphebel verlaufenden Koppelschieber erfolgt, welcher in Rückstellrichtung über die Kraft eines mechanischen Federmittels beaufschlagt ist, das im Haupthebel sitzt. Denkbar ist es auch, den Koppelschieber in beide Richtungen hydraulisch zu verlagern. Ggf. kann der Druckschieber im Abstützelement auch in dessen Rückstellrichtung über die Kraft einer zusätzlichen Feder im Abstützelement unterstützt werden.
Bevorzugt soll das erfindungsgemäße System auf unterschiedliche Ventilhübe umschaltbar sein (Vollhub/Teilhub). Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, lediglich den Ventilhub abzuschalten.
Der Schlepphebel hat einen sehr einfachen Aufbau. Er besteht aus einem länglichen Haupthebel, der seitlich von zwei Nebenhebeln flankiert ist. Die Nebenhebel können als zwei Einzelarme vorliegen, so dass diese sich sehr einfach herstellen und transportieren lassen. Es ist jedoch auch vorgesehen, die Nebenhebel an dem einen Ende über einen einfachen Bügel miteinander zu verbinden.
Der dem Druckschieber im Abstützelement zugeordnete Aktorstift verschiebt mit seiner konusartigen oberen Endstirn über Keilwirkung den eigentlichen Koppelschieber im Schlepphebel bspw. in Koppelrichtung. Gemäß einer Variante der Erfindung sitzt der als Bolzen ausgebildete Koppelschieber quer in einem Langloch des Haupthebels und untergreift im Koppelfall einfach eine bügelartige Mitnehmerfläche an einer freien Endstirn des jeweiligen Nebenhebels.
Als Mitnehmerfläche ist neben der eben genannten bügelartigen Kontaktfläche auch ein U-ähnlicher Einschnitt an der Endstirn, ein Absatz o. dgl. denkbar. Sollte der Koppelschieber, so wie nachfolgend genannt, im Koppelfall quer ausfahren, ist auch eine Bohrung oder Halbschale o. dgl. als Mitnehmerfläche denkbar und vorgesehen.
Zwar ist es vorgeschlagen, die Achse an dem einen Ende bei der Ventilschaftanlage zu positionieren. Es ist jedoch auch denkbar, die Achse weiter in Richtung einer Hebelmitte zu verlagern. Zudem ist der Erfindungsgegenstand auch mit lediglich einem Arm als Nebenhebel vorgesehen. Im Fall von zwei Armen können diese identisch zueinander sein, was hilft, Fertigungskosten zu sparen.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Gestaltung besteht der Koppelschieber aus zwei Kolben, die in einem quer im Haupthebel oberhalb vom Abstützelement befestigten Rohrstück verlaufen. Zur Verlagerung der Kolben in Koppelrichtung nach außen, demnach voneinander weg, greift der Aktorstift des Druckschiebers zwischen Innenstirnen der Kolben und zwingt diese im Koppelfall über Keilwirkung einfach nach außen.
Anstelle des Konus an der Endstirn des Aktorstifts können auch keilartige Schrägen o. dgl. appliziert sein. Der Aktorstift muss in diesem Fall jedoch verdrehgesichert werden. Auf das Rohrstück kann ggf. auch verzichtet werden. Es genügt, je nach Ausgestaltung, auch lediglich eine Querbohrung im Haupthebel.
Zwar kann das Abstützelement auch ohne hydraulischen Spielausgleich vorliegen. Es ist jedoch besonders bevorzugt, in dieses eine hydraulische Spielausgleichsvorrichtung zu integrieren und zwei getrennte Hydraulikmittelpfade hierin anzuordnen, wobei ein Pfad Hydraulikmittel in den Druckraum und ein weiterer Pfad Hydraulikmittel zu der Spielausgleichsvorrichtung leitet.
Ein weiterer Unteranspruch betrifft eine zweckmäßige Ausgestaltung der Anlaufflächen im Schlepphebel für die Nocken. Demnach ist es vorteilhaft, die Anlauffläche im Haupthebel für einen Anlauf eines Niedrighubnockens als auf einem Bolzen gelagerte Rolle und die Anlaufflächen an den Oberseiten der Arme als Gleitflächen auszubilden, wobei Letztgenannte bevorzugt einteilig mit den Armen ausgebildet und wahlweise mit einer aufgetragenen Verschleißschutzschicht versehen sind. Ggf. können die Arme auch Rollen als Nockenanlaufflächen aufweisen.
Ein einfacher Anschlag für die Arme in Rückdrehrichtung (Nockenrichtung) ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach steht von diesen ein Vorsprung wie ein Bügel nach innen ab, der bei Nockengrundkreisdurchlauf an einer Unterseite von abragenden Enden des Bolzens der Nockenrolle im Haupthebel anschlägt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventiltriebssystem;
2 eine Seitenansicht auf das System;
3 eine Draufsicht auf das System und
4 einen Querschnitt durch das System im Bereich des hier quer verlaufenden Koppelmittels.
Dargestellt ist ein schaltbares Ventiltriebssystem 1 mit einem auf einem Abstützelement 2 gelagerten schaltbaren Schlepphebel 3 und einem aus zwei getrennten Bauteilen bestehenden Koppelmittel 6, das in wenigstens eine Richtung über Hydraulikmittel verlagerbar ist.
Der Schlepphebel 3 besteht aus einem Haupt- und einem Nebenhebel 7, 8. Der Haupthebel 7 hat an seiner Unterseite 9 an einem Ende 10 eine Anlage 11 für ein Gaswechselventil. Am anderen Ende 12 bildet der Haupthebel 7 gemeinsam mit einem Kopf 14 des Abstützelements 2 ein Gelenk 13. Beide Hebel 7, 8 verlaufen auf einer am einen Ende 10 applizierten gemeinsamen Achse 15. Auf einem Bolzen 42 sitzt im Haupthebel 7 eine Rolle als Anlauffläche 25 für einen Niedrighubnocken.
Der Nebenhebel 8 hat zwei Arme 24, welche Längswände 23 des Haupthebels 7 flankieren und relativ zu diesem abschwenkbar sind. Anlaufflächen 16 der Arme 24 dienen einem Kontakt von Großhubnocken und sind als einteilig angebundene Gleitflächen dargestellt.
Ein Teil des Koppelmittels 6 ist als Druckschieber 4 ausgebildet, der teleskopartig im Abstützelement 2 sitzt und mit seiner unteren Endstirn 17 einen Druckraum 18 des Abstützelements 2 für das Hydraulikmittel begrenzt. An seiner oberen, durch den Kopf 14 in den Haupthebel 7 ragenden Endstirn 19 hat der Druckschieber 4 einen Aktorstift 20. Dieser ist axial aus dem Kopf 14 durch das in den Druckraum 18 über einen separaten Hydraulikmittelpfad 40 leitbare Hydraulikmittel verschiebbar.
Ein weiterer Teil des Koppelmittels 6 ist als Koppelschieber 5 ausgebildet, der im Haupthebel 7 verläuft und in seine Koppelposition in Richtung zum einen Ende 10 über den ausfahrbaren Aktorstift 20 verlagerbar ist (s. 1–3). Hierfür hat der Aktorstift 20 an seiner oberen Endstirn 19 ein Konusstück 29, so dass die Verlagerung über Keilwirkung zustande kommt.
In die Entkoppelposition, bei abgeschaltetem Hydraulikmittelhochdruck, ist der Koppelschieber 5 über eine im Haupthebel 7 abgestützte mechanische Feder 21 rückstellbar. Somit wird gleichzeitig der Druckschieber 4 in den Druckraum 18 zurückverlagert.
In der Koppelposition ist der Koppelschieber 5 abschnittsweise mit einer bügelartigen Mitnehmerfläche 22 des aus zwei Armen 24 bestehenden Nebenhebels 8 in Eingriff. Die jeweilige Mitnehmerfläche 22 verläuft an einer „freien” Endstirn 19a des entsprechenden Arms 24.
Der als Bolzen vorliegende Koppelschieber 5 ist in längs verlaufenden Langlöchern 28 der Längswände 23 des Haupthebels 7 geführt und überragt diese mit seinen Endstücken 27, welche im Koppelfall unter den Mitnehmerflächen 22 liegen.
Aus 4 geht eine alternative Koppelvariante hervor. Der Koppelschieber 5 ist in einer Bohrung 30 eines quer in den Längswänden 23 des Haupthebels 7 befestigten Rohrstücks 31 geführt und besteht aus zwei Kolben 32. Wie zu erkennen ist, liegt das Rohrstück 31 oberhalb des Aktorstifts 20, dessen Endstirn 19 mit einem einteiligen Konusstück 33 versehen ist. Das Konusstück 33 greift zwischen Innenstirnen 34 der Kolben 32 durch eine Aussparung 35 des Rohrstücks 31. Zur Darstellung der Koppelposition sind die Kolben 32 über die Endstirn 19 des Aktorstifts 20 seitlich voneinander weg aus dem Rohrstück 31 zwingbar und greifen dann wiederum mit ihren Außenenden unter die Mitnehmerflächen 22 der Arme 24.
Aus 3 ist zudem entnehmbar, dass die Arme 24 des Nebenhebels 8 an dem einen Ende 10 durch einen Querbügel 37 verbunden sind.
Das Abstützelement 2 ist mit einer hydraulischen Spielausgleichsvorrichtung 38 versehen (s. 1). Ausgehend von einem Außenmantel 39 des Abstützelements 2, existieren zwei getrennte Pfade 40, 41 für Hydraulikmittel, von denen der erste Pfad 40 in den Druckraum 18 und der zweite Pfad 41 in üblicher Weise zu der Spielausgleichsvorrichtung 38 führt.
Die Arme 24 haben einen nach innen abstehenden Vorsprung 43, der als Bügel ausgebildet ist. Über diesen erfahren sie an einer Unterseite des Bolzen 42 im Haupthebel 7 einen Ausdrehanschlag in Nockenrichtung. Eine zeichnerisch nicht gezeigte Rückstellfeder (Lost-Motion-Feder) für die Arme 24 ist bspw. als Drehschenkelfeder ausgebildet, welche auf der Achse 15 am einen Ende 10 verläuft und durch welche Rückstellfeder die Arme 24 im Abschaltmodus in Nockenrichtung rückgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltriebssystem
2: Abstützelement
3: Schlepphebel
4: Druckschieber
5: Koppelschieber
6: Koppelmittel
7: Haupthebel
8: Nebenhebel
9: Unterseite
10: eines Ende
11: Anlage
12: anderes Ende
13: Gelenk
14: Kopf
15: Achse
16: Anlauffläche Großhubnocken
17: untere Endstirn
18: Druckraum
19: obere Endstirn
19a: Endstirn Arme
20: Aktorstift
21: Feder
22: Mitnehmerfläche
23: Längswand
24: Arm
25: Anlauffläche Niedrighubno
: cken
26: nicht vergeben
27: Endstück
28: Langloch
29: Konusstück
30: Bohrung
31: Rohrstück
32: Kolben
33: Konusstück
34: Innenstirn
35: Aussparung
36: unterer Kantenbereich
37: Querbügel
38: Spielausgleichselement
39: Außenmantel
40: Hydraulikmittelpfad
41: Hydraulikmittelpfad
42: Bolzen
43: Vorsprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5544626 [0002]
DE 19838926 A1 [0004]

Claims

Schaltbares Ventiltriebssystem (1) mit einem auf einem Abstützelement (2) gelagerten schaltbaren Schlepphebel (3) und einem aus zumindest zwei getrennten Bauteilen bestehenden Koppelmittel (6), das in wenigstens eine Richtung über Hydraulikmittel verlagerbar ist, wobei dessen unmittelbar vom Hydraulikmittel beaufschlagtes Bauteil als in einem Druckraum (18) des Abstützelements (2) verschieblicher Druckschieber (4) vorliegt, der auf einen Koppelschieber (5) im Schlepphebel (3) als weiteres Bauteil einwirkt.
Schaltbares Ventiltriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Schlepphebel (3) aus einem Haupt- und zumindest einem Nebenhebel (7, 8) besteht, welcher Haupthebel (7) an seiner Unterseite (9) an einem Ende (10) zumindest mittelbar eine Anlage (11) für wenigstens ein Gaswechselventil und an einem anderen Ende (12) ein Gelenk (13) hat, über das er verschwenkbeweglich auf einem Kopf (14) des Abstützelements (2) sitzt, wobei Haupt- und Nebenhebel (7, 8) auf einer gemeinsamen Achse (15) verlaufen und der eine Anlauffläche (16) für einen Großhubnocken aufweisende Nebenhebel (8) zum Haupthebel (7) abschwenkbar ist, wobei der Druckschieber (4) teleskopartig im Abstützelement (2) sitzt und mit einer unteren Endstirn (17) den Druckraum (18) des Abstützelements (2) für das Hydraulikmittel begrenzt, wobei er an seiner oberen, durch den Kopf (14) in den Haupthebel (7) ragenden Endstirn (19) einen Aktorstift (20) hat und axial aus dem Kopf (14) durch das in den Druckraum (18) leitbare Hydraulikmittel verschiebbar ist, wobei der Koppelschieber (5) im Haupthebel (7) verläuft und in eine Endstellung [Koppel- oder Entkoppelposition] über den ausfahrbaren Aktorstift (20) verlagerbar ist, wobei der Koppelschieber (5) in die andere Endstellung [Entkoppel- oder Koppelposition], bei abgeschaltetem Hydraulikmittelhochdruck, über eine im Haupthebel (7) abgestützte mechanische Feder (21) rückstellbar ist und somit gleichzeitig der Druckschieber (4) in den Druckraum (18) zurückverlagerbar ist und wobei der Koppelschieber (5) in dessen Koppelposition abschnittsweise mit einer Mitnehmerfläche (22) des Nebenhebels (8) in Eingriff [Aktivierung des Großhubnockens] und in dessen Entkoppelposition außer Kontakt von der Mitnehmerfläche (22) des Nebenhebels (8) ist [Deaktivierung des Großhubnockens].
Ventiltriebsysstem nach Anspruch 2, wobei der Haupthebel (7) als balkenähnlicher Innenhebel vorliegt und jede Längswand (23) des Haupthebels (7) außen von einem Arm (24) des Nebenhebels (8) flankiert ist, wobei der Haupthebel (7) zwischen seinen Längswänden (23) eine Anlauffläche (25) für einen Niedrig- oder Nullhubnocken und die Arme (24) des Nebenhebels (8) jeweils die Anlauffläche (16) für einen Großhubnocken besitzen, wobei die gemeinsame Achse (15) an dem einen Ende (10) appliziert ist und wobei der Koppelschieber (5) quer zum Haupthebel (7) verläuft und zur Darstellung der Koppelposition über den Aktorstift (20) an die an achsfernen Endstirnen (19a) der Arme (24) des Nebenhebels (8) applizierten Mitnehmerflächen (22) mit seinen stirnseitigen Endstücken (27) verlagerbar ist.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei der als Bolzen vorliegende Koppelschieber (5) in längs verlaufenden Langlöchern (28) der Längswände (23) des Haupthebels (7) geführt ist und diese mit den Endstücken (27) überragt, welcher Koppelschieber (5) vom anderen Ende (12) aus gesehen unmittelbar nach dem Aktorstift (20) verläuft und über diesen in die Koppelposition zwingbar ist, wobei die Endstirn (19) des Aktorstifts (20) hierfür mit einem Konusstück (29) versehen ist, welches am Außenmantel des Koppelschiebers (5) anliegt.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Koppelschieber (5) in einer Bohrung (30) eines quer in den Längswänden (23) des Haupthebels (7) befestigten Rohrstücks (31) geführt ist und aus zwei Kolben (32) besteht, welches Rohrstück (31) im Bereich oberhalb des Aktorstifts (20) liegt, wobei die Endstirn (19) des Aktorstifts (20) mit einem Konusstück (33) versehen ist, das zwischen Innenstirnen (34) der Kolben (32) durch eine Aussparung (35) des Rohrstücks (31) greift und wobei die Kolben (32) in die Koppelposition über die Endstirn (19) des Aktorstifts (20) seitlich voneinander weg aus dem Rohrstück (31) zwingbar sind.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei die Mitnehmerflächen (22) an den Armen (24) des Nebenhebels (8) entweder als bügelartige Übergriffe an einem unteren Kantenbereich (36) der Endstirnen (19a), als U-förmige Einschnitte der Endstirnen (19a) oder als Querbohrungen im Endstirnbereich dargestellt sind.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei die Arme (24) des Nebenhebels (8) entweder als miteinander unverbundene Einzelarme vorliegen oder an dem einen Ende (10) durch einen Querbügel (37) verbunden sind.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schlepphebel (3) aus dünnwandigem Stahlblech besteht oder wobei, im Fall des Rückbezugs nach Anspruch 2, zumindest einer der Hebel (Haupt- oder Nebenhebel (7, 8)) aus Stahlblech vorliegt.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abstützelement (2) mit einer hydraulischen Spielausgleichsvorrichtung (38) versehen ist, wobei, ausgehend von einem Außenmantel (39) des Abstützelements (2), dieses zwei getrennte Pfade (40, 41) für Hydraulikmittel hat, von denen der erste Pfad (40) in den Druckraum (18) und der zweite Pfad (41) zu der Spielausgleichsvorrichtung (38) führt.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Haupthebel (7) zwischen dessen Längswänden (23) eine auf einem Bolzen (42) gelagerte Rolle als die Anlauffläche (25) aufweist, welcher Bolzen (42) über die Längswände (23) hinaussteht, wobei die Arme (24) des Nebenhebels (8) über einen Vorsprung (43) wie einen quer nach innen abstehenden Bügel an einer Unterseite des Bolzen (42) einen Ausdrehanschlag in Nockenrichtung erfahren.
Ventiltriebssystem nach Anspruch 3, wobei die Anlaufflächen (16) der Arme (24) des Nebenhebels (8) entweder als einteilig angeformte Gleitpads oder als Rollen vorliegen.