DE102011114588A1

DE102011114588A1 - Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102011114588A1
Application number: DE102011114588A
Authority: DE
Inventors: Christian Döschner; Bernd Mann; Uwe Grossgebauer; Jürgen Meusel
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2574744B1; EP2574744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle und axial geteilten, auf der Nockenwelle angeordneten Nocken, mit einem Schlepphebel, der mit seinem einen Ende auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine einwirkt und sich mit seinem anderen Ende über ein Auflager an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abstützt, wobei der axial geteilte Nocken den Schlepphebel derart betätigt, dass dieser Schwenkbewegungen um das Auflager ausführt, sowie für den Schlepphebel ein Führungselement vorgesehen ist. Während es Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung zur Führung für einen Schlepphebel bei Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle und axial geteilten Nocken vorzuschlagen, mit der bei einer unsymmetrischen Kraftüberleitung zwischen Nocken und Schlepphebel die auftretenden Kippmomente des Schlepphebels wirksam aufgefangen und eine gleichmäßige Hertzsche Pressung gewährleistet werden können, so dass einem vorzeitigen Verschleiß bzw. Bauteilausfall entgegengewirkt werden kann, wird diese dadurch gelöst, dass am oder im Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine ein passgenaues Führungselement (13) für den Schlepphebel (18) zur Führung der Schwenkbewegungen des Schlepphebels (18) in einer Ebene vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle und axial geteilten, auf der Nockenwelle angeordneten Nocken, mit einem Schlepphebel, der mit seinem einen Ende auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine einwirkt und sich mit seinem anderen Ende über ein Auflager an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abstützt, wobei der axial geteilte Nocken den Schlepphebel derart betätigt, dass dieser Schwenkbewegungen um das Auflager ausführt, sowie für den Schlepphebel ein Führungselement vorgesehen ist.
Damit eine Brennkraftmaschine unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen möglichst optimal betrieben werden kann, kommen verstärkt variable Ventilsteuerungen zum Einsatz. Dies erfolgt unter Nutzung verstellbarer Nockenwellen des Systems „Welle in Welle”, welche aus einer hohlen Außenwelle und einer konzentrisch darin angeordneten Innenwelle bestehen, wobei ein drehfest mit der Außenwelle verbundener Nocken und ein drehbar auf der Außenwelle gelagerter und mittels Verbindungselementen fest mit der Innenwelle verbundener Nocken vorgesehen sind. Die Anwendung dieses Systems ist sowohl für die Variabilität der Ventilöffnungsdauer als auch für die Variabilität der Phasenlage der Ventilsteuerzeiten (Phasing) bekannt. Eine Variabilität der Ventilöffnungsdauer erfordert verstellbare Nockenwellen mit axial geteilten Nocken (sogenannten Spreiznocken) an der jeweiligen Ventilposition. Diese geteilten Nocken bestehen aus mindestens zwei Teilnocken, welche konzentrisch gegeneinander verstellbar sind und somit eine Variabilität in Bezug auf die Ventilöffnungsdauer erzeugen können. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der EP 1 500 797 A1 und der WO 2011/032 632 A1 bekannt.
Bei einer Drehung der Nockenwelle um die Nockenwellenachse wirken die umlaufenden Nocken auf eine vorteilhafterweise an einem Schlepphebel drehbar gelagerte Rolle (= Rollenschlepphebel) ein, wodurch die damit verbundene Stellbewegung auf den auf einer Achse gelagerten Schlepphebel übertragen und letztlich von diesem in eine translatorische Stellbewegung des Ventils entlang der Ventilachse umgesetzt wird ( WO 2011/032 632 A1 ).
Aus der DE 10 2010 005 825 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der während der Montage der an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine für den Ventiltrieb vorzusehenden Bauteile, zur Montage eines Schlepphebels ein Sicherungselement angeordnet ist. Dieses Sicherungselement ist am Zylinderkopf befindlich und realisiert eine seitliche Führung des Schlepphebels, so dass dieser bei der Überführung der Brennkraftmaschine für die in unterschiedlichen Arbeitsstationen stattfindenden Montagearbeiten in seiner Lage auf dem Gaswechselventil gehalten wird. Ein Abrutschen des Schlepphebels vom Gaswechselventil kann somit verhindert werden. Aussagen zur Führungsgenauigkeit zwischen seitlicher Führung und Schlepphebel werden nicht getroffen, so zur Kosterminimierung des Montageprozesses von einem größeren Spiel zwischen Führung und Schlepphebel ausgegangen werden kann.
Der Nachteil dieser Lösung, bei der in einer Brennkraftmaschine mit einer verstellbaren, Spreiznocken aufweisenden Nockenwelle, bei welcher außerdem ein Schlepphebel im Ventiltrieb vorgesehen ist, besteht darin, dass bei verstelltem Zustand der Nocken, der Schlepphebel nur auf der Nockenbahn des jeweils im Eingriff befindlichen Teilnockens abläuft. Dies führt zu einer unsymmetrischen Kraftüberleitung zwischen Nocken und Schlepphebel und somit zu einem Kippmoment am Schlepphebel, ungleicher Hertzscher Pressung (Kantenträger) sowie letztlich zum vorzeitigen Verschleiß bzw. Bauteilausfall.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Führung für einen Schlepphebel bei Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle und axial geteilten Nocken vorzuschlagen, mit der bei einer unsymmetrischen Kraftüberleitung zwischen Nocken und Schlepphebel die auftretenden Kippmomente des Schlepphebels wirksam aufgefangen und eine gleichmäßige Hertzsche Pressung gewährleistet werden können, so dass einem vorzeitigen Verschleiß bzw. Bauteilausfall entgegengewirkt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei deren Ausgestaltungen aus den Patentansprüchen 2 bis 10 ersichtlich sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein Element zur Führung des Schlepphebels entlang seiner Bewegungsrichtung im Zylinderkopf geschaffen wird, wodurch das am Schlepphebel entstehende Kippmoment an dem Führungselement des Schlepphebels abgestützt und damit das seitliche Kippen des Schlepphebels verhindert werden kann.
Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer ersten Aufführungsform des erfindungsgemäßen Führungselementes eines beispielhaft als Rollenschlepphebel ausgebildeten Schlepphebels
2 eine Schnittdarstellung gemäß die Linie A-A der 1
3 eine perspektivische Darstellung des Führungselementes, welches am Zylinderkopf montierbar ist
4 eine teilweise geschnittene Darstellung einer weiteren Aufführungsform des erfindungsgemäßen Führungselementes des als Rollenschlepphebel ausgeführten Schlepphebels
5 eine Schnittdarstellung gemäß die Linie A-A der 4
6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Führungselementes, welches am Zylinderkopf montierbar ist
In den 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Diesem Zylinderkopf 1 ist eine verstellbare Nockenwelle 2 mit einer Achse 3 zugeordnet. Diese Nockenwelle 2 besteht aus einer hohlen Außenwelle 4 und einer konzentrisch darin angeordneten Innenwelle 5, wobei ein drehfest mit der Außenwelle 4 verbundener Teilnocken 6 und ein drehbar auf der Außenwelle 4 gelagerter und mittels Verbindungselementen fest mit der Innenwelle 5 verbundener Teilnocken 7 vorgesehen sind. Diese beiden Teilnocken 6, 7, welche konzentrisch gegeneinander verstellbar sind und somit eine Variabilität in Bezug auf die Ventilöffnungsdauer erzeugen können, bilden somit den axial geteilten Nocken 8 (so genannter Spreiznocken).
An einer Montagefläche 9 am Zylinderkopf 1 ist ein, mit einer Montagefläche 10 ausgestaltetes und gabelförmig angeordnete Schenkel 11, 12 beinhaltendes Führungselement 13 (siehe auch 3) vorgesehen. Die Befestigung des Führungselementes 13 erfolgt mittels eines sich durch eine Bohrung 14 in dem Führungselement 13 ersteckenden Befestigungselements 15 (wie Schrauben, Bolzen, Niete oder ähnliche). Auf einer parallel zur Achse 3 der Nockenwelle 2 verlaufenden Achse 16 ist zwischen den gabelförmig angeordneten Schenkeln 11, 12 des Führungselementes 13 ein eine Rolle 17 tragender Schlepphebel 18 angeordnet. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf derartige Rollenschlepphebel, sondern ist auch für andere Schlepphebelausführungen anwendbar, bei denen beispielsweise die Rolle 17 durch eine Gleitfläche ersetzt ist.
Der Schlepphebel 18 ist mit seitlichen Führungsflächen 19 ausgestattet, die planparallel zueinander und rechtwinklig zur Achse 16 der Rolle 17 ausgebildet sind. Die Führungsflächen 19 weisen zueinander einen definierten Abstand, die Führungsbreite 20 des Schlepphebels 18, auf. An den gabelförmig angeordneten Schenkeln 11, 12 des Führungselementes 13 ausgebildete Führungsflächen 21, sind mit der Führungsbreite 20 voneinander beabstandet, d. h. sie sind passgenau zu den Führungsflächen 19 ausgeführt. Somit ist zwischen den Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 und den Führungsflächen 21 des Führungselementes 13 ein Passmaß, wie eine Gleit- oder Spielpassung, ausgebildet. Bevorzugt ist hier eine Gleitpassung. Die Mittellängsachse 22 des Schlepphebels 18 verläuft vorzugsweise durch die Berührungsebene zwischen den beiden Teilnocken 6, 7 des axial geteilten Nockens 8.
Die Führungsflächen 21 des Führungselementes 13 bestehen zumindest im Führungsbereich des Schlepphebels 18 aus einem verschleißfesten Werkstoff und/oder auf den Führungsflächen 21 wird durch Härten (z. B. Nitrieren, Karbonitrieren, Einsatz- oder Induktionshärten oder ähnliche) eine verschleißfeste Oberfläche oder durch Beschichtung (z. B. Anodisieren, DLC-Beschichtung, Flammspritzen oder ähnliche) eine verschleißfeste Schicht aufgebracht. Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, eine die Führungsflächen 21 beinhaltende verschleißfeste Platte in das Führungselement 13 einzusetzen.
Damit wird eine weitgehend spielfreie seitliche Führung des Schlepphebels 18 entlang seiner Bewegungsrichtung im Zylinderkopf 1 geschaffen, womit sich das entstehende Kippmoment am Schlepphebel 18 abstützen und damit ein seitliches Kippen verhindert werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie in den 4 und 5 gezeigt, ist das vorstehend beschriebene, gabelförmig angeordnete Schenkel 11, 12 und Führungsflächen 21 beinhaltendes Führungselement 13 nicht nachträglich am Zylinderkopf 1 montierbar, sondern entweder die in den Zylinderkopf 1 einbringbaren Führungsflächen 21 direkt als Kontur aus dem Werkstoff des Zylinderkopfes 1 herausgearbeitet (nicht zeichnerisch dargestellt) oder nach den 4 und 5 als Insertformteil 23 aus anderem Werkstoff in den Zylinderkopf 1 eingegossen, welches dann gemeinsam mit der Zylinderkopfbearbeitung eine Bearbeitung erfährt. Der weitere Aufbau der Einrichtung entspricht in seiner Ausgestaltung und Funktionsweise denen des ersten Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 3, so dass dessen Bezugszeichen auch in den 4 und 5 entsprechend Verwendung finden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist in den gabelförmig angeordneten Schenkeln 11, 12 jeweils ein Wälzkörper 24 drehbar angeordnet, wie in 6 gezeigt. Die Drehachse des Wälzkörpers 24 verläuft vorzugsweise senkrecht zu einer Verlagerungskurve, auf der die Achse 16 der Rolle 17 bei einer Schwenkbewegung des Schlepphebels 18 bewegt wird. Die Wälzkörper 24 sind zudem derart in den Schenkeln 11, 12 angeordnet, dass zwischen den Wälzkörpern 24 die Führungsbreite 20 zur Führung des Schlepphebels 18 ausgebildet ist. D. h. die Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 werden passgenau zwischen den Wälzkörpern 24 aufgenommen. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden die Führungsflächen 21 durch die Wälzkörper 24 ausgebildet, wobei die Führungsfläche 21 hier lediglich linienförmig sind bzw. es kann lediglich ein linienförmiger Kontakt zwischen den Wälzkörpern 24 und Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 erfolgen. Dem Grundverständnis der Erfindung nach, ist jedoch auch dieser linienförmigen Kontakt als Führungsfläche 21 zu verstehen. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die zwischen dem Schlepphebel 18 und dem Führungselement 13 auftretende Reibung zu Reduzieren. Dies wird durch den kleineren (linienförmigen) Kontakt zwischen Schlepphebel 18 und Führungselement 13 erreicht.
Der weitere Aufbau der Einrichtung kann in seiner Ausgestaltung und Funktionsweise der des ersten Ausführungsbeispiels, wie in den 1 bis 3 gezeigt, entsprechen, so dass auf eine wiederholende Aufzählung verzichtet wird. Es ist jedoch auch möglich, dass bei einer Ausgestaltung gemäß der 4 und 5 die Führungsfläche 21 durch Wälzkörper 24 gebildet wird.
Die Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 und/oder die Wälzkörper 24 können vorzugsweise aus einem verschleißfesten Werkstoff erzeugt werden und/oder es wird durch Härten (z. B. Nitrieren, Karbonitrieren, Einsatz- oder Induktionshärten oder ähnliche) eine verschleißfeste Oberfläche oder durch Beschichtung (z. B. Anodisieren, DLC-Beschichtung, Flammspritzen oder ähnliche) eine verschleißfeste Schicht aufgebracht bzw. erzeugt.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2: verstellbare Nockenwelle
3: Achse
4: hohle Außenwelle
5: Innenwelle
6: Teilnocken
7: Teilnocken
8: axial geteilter Nocken
9: Montagefläche
10: Montagefläche
11: Schenkel
12: Schenkel
13: Führungselement
14: Bohrung
15: Befestigungselement
16: Achse
17: Rolle
18: Schlepphebel
19: Führungsfläche
20: Führungsbreite
21: Führungsfläche
22: Mittellängsachse
23: Insertformteil
24: Wälzkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1500797 A1 [0002]
WO 2011/032632 A1 [0002, 0003]
DE 102010005825 A1 [0004]

Claims

Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle (2) und axial geteilten, auf der Nockenwelle (2) angeordneten Nocken (8), mit einem Schlepphebel (18), der mit seinem einen Ende auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine einwirkt und sich mit seinem anderen Ende über ein Auflager an einem Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine abstützt, wobei der axial geteilte Nocken (8) den Schlepphebel (18) derart betätigt, dass dieser Schwenkbewegungen um das Auflager ausführt, sowie für den Schlepphebel (18) ein Führungselement (13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine ein passgenaues Führungselement (13) für den Schlepphebel (18) zur Führung der Schwenkbewegungen des Schlepphebels (18) in einer Ebene vorgesehen ist.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlepphebel (18) an einem mit gabelförmig angeordneten Schenkeln (11, 12) und an dem Zylinderkopf (1) anbringbaren oder in den Zylinderkopf (1) einbringbaren Führungselement (13) geführt ist, wobei der Schlepphebel (18) mit seitlichen Führungsflächen (19) ausgestattet ist, die planparallel zueinander auf eine definierte Führungsbreite (20) in Form eines Passmaßes bearbeitet sowie auch das von den Schenkeln (11, 12) gebildete gabelförmige Führungselement (13) mit seinen Führungsflächen (21) passgenau bezüglich der Führungsbreite (20) des Schlepphebels (18) ausgebildet sind.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das am Zylinderkopf (1) anbringbare Führungselement (13) mit einer Montagefläche (10) ausgestattet ist, die mit einer am Zylinderkopf (1) vorgesehenen Montagefläche (9) zusammenwirkt, und das Führungselement (13) mittels eines Befestigungselements (15) am Zylinderkopf (1) fixierbar ist.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Zylinderkopf (1) einbringbare Führungselement (13) als Insertformteil (23) in den Zylinderkopf (1) eingegossen ausgestaltet ist.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Zylinderkopf (1) einbringbaren Führungsflächen (21) direkt als Kontur aus dem Werkstoff des Zylinderkopfes (1) ausgebildet sind.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachse (22) des Schlepphebels (18) durch die Berührungsebene zwischen den beiden Teilnocken (6, 7) des axial geteilten Nockens (8) verläuft.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) zumindest im Führungsbereich des Schlepphebels (18) aus einem verschleißfesten Werkstoff bestehen.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) eine verschleißfeste Oberfläche oder eine verschleißfeste Beschichtung aufweisen.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (21) Bestandteil einer in den Zylinderkopf (1) oder das Führungselement (13) einsetzbaren, verschleißfesten Platte sind.
Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) durch Wälzkörper (24) ausgebildet sind.