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Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Nocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels durch eine Axialverschiebung eines in einer Querbohrung desselben geführten und aus einer Seitenwand des Schlepphebels hervorstehenden Schaltbolzens selektiv abschaltbar oder auf einen anderen Hubverlauf umschaltbar ist, wobei die Schaltbolzen der Schlepphebel über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit einer als Blechschiene ausgebildeten Schaltstange verbunden sind, welche parallel zur Nockenwelle angeordnet sowie mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist, und wobei die Blattfedern jeweils an ihrem oberen Ende starr an der Schaltstange befestigt sind sowie mit ihrem unteren Ende lose an der äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens anliegen.
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Soll der Ventilhub von Gaswechselventilen eines Verbrennungskolbenmotors mittels schaltbare Schlepphebel gruppenweise selektiv abgeschaltet oder umgeschaltet werden, so sind bei einer hydraulischen Verstellung der Koppelelemente getrennte Schaltdruckleitungen mit jeweils einem zugeordneten Schaltventil sowie bei einer elektromagnetischen Verstellung der Koppelelemente getrennte elektrische Schaltleitungen erforderlich, deren Leitungszweige jeweils bis in die Schlepphebel geführt sind.
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Da die Anordnung separater hydraulischer Schaltdruckleitungen oder elektrischer Schaltleitungen in einem Zylinderkopf eines Verbrennungskolbenmotors aufgrund beengter Platzverhältnisse relativ schwierig und aufwendig ist, wurde in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2017 101 792.5 ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors vorgeschlagen, bei dem der Ventilhub mehrerer funktionsgleicher Gaswechselventile mittels eines einzigen Aktuators umschaltbar ist. Die schaltbaren Schlepphebel dieses Ventiltriebs weisen jeweils einen Primärhebel und einen Sekundärhebel auf. Der Primärhebel ist mit seinem einen Ende an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils und mit seinem anderen Ende an einem zugeordneten, gehäuseseitig gelagerten hydraulischen Abstützelement abgestützt und befindet sich zwischen seinen beiden Enden mit dem zugeordneten Primärnocken der Nockenwelle in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel ist schwenkbar an dem Primärhebel gelagert, befindet sich mit zwei zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle in Abgriffkontakt, und ist mittels eines verschiebbaren Koppelelementes mit dem Primärhebel koppelbar. Die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel sind jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführter Koppelbolzen ausgebildet, der mittels eines in einer Querbohrung des Sekundärhebels axialbeweglich gelagerten Schaltbolzens gegen die Rückstellkraft eines internen Federelementes in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des Sekundärhebels verschiebbar ist.
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Jeder Schaltbolzen ragt mit seinem äußeren Ende aus dem Sekundärhebel heraus und steht an diesem Ende über ein nach oben, also in Richtung zur Nockenwelle gerichtetes, als eine Blattfeder ausgebildetes Verbindungselement mit einer als Schubblech ausgebildeten Schaltstange einer Stellvorrichtung in Stellverbindung. Die Schaltstange ist oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar. Die Blattfedern sind an ihrem unteren Ende nach Art einer Sicherungsscheibe jeweils durch das Aufstecken mit einem Eingriff in eine an dem äußeren Ende des jeweiligen Schaltbolzens angeordnete Ringnut gelenkig an den Schaltbolzen befestigt und greifen mit ihrem oberen Ende spielbehaftet in jeweils eine querschlitzförmige Öffnung der Schaltstange ein.
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Bei dieser Ausführung des variablen Ventiltriebs ist die Montage der Blattfedern erst nach dem Anbau der Schaltstange an den Zylinderkopf des Verbrennungskolbenmotors möglich und vergleichsweise schwierig, da die Blattfedern dabei von oben durch die Öffnungen in der Schaltstange eingesetzt und an ihrem unteren Ende durch Aufstecken in die jeweilige Ringnut der Schaltbolzen verrastet werden müssen.
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In den nicht vorveröffentlichten Patentanmeldungen
DE 10 2017 129 424.4 und
DE 10 2017 129 422.8 sind dazu alternative Ausführungen eines derartigen variablen Ventiltriebs vorgeschlagen, bei denen die Blattfedern jeweils an ihrem oberen Ende starr an der Schaltstange befestigt sind und mit ihrem unteren Ende lose an der äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens der schaltbaren Schlepphebel anliegen.
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Bei dem variablen Ventiltrieb gemäß der
DE 10 2017 129 424.4 sind die Blattfedern an ihrem oberen Ende jeweils rechtwinklig abgewinkelt, von oben durch jeweils eine querschlitzförmige Durchtrittsöffnung in die Schaltstange eingesetzt. Sie liegen dann jeweils mit ihrem abgewinkelten Ende an der oberen Außenwand der Schaltstange an und sind mit der Schaltstange verschraubt. Durch die Verschraubung und die axial beidseitige Anordnung von Abstützböcken ist diese Ausführung der Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen der Schlepphebel und der Schaltstange vergleichsweise aufwendig, schwierig montierbar und erfordert einen relativ großen Bauraum.
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Die Ausführung des variablen Ventiltriebs gemäß der
DE 10 2017 129 422.8 weist dagegen eine deutlich einfacher aufgebaute und montierbare Ausführung der Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen der Schlepphebel und der Schaltstange auf. Bei dieser Ausführung der Stellverbindung sind die Blattfedern an ihrem oberen Ende durch eine zweifache rechtwinklige Abwinkelung jeweils als ein einseitig offener bügelförmiger Haken ausgebildet, von oben durch jeweils zwei axial benachbarte querschlitzförmige Durchtrittsöffnungen in die Schaltstange eingesetzt und an diesen mit der Schaltstange verrastet.
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Bei allen genannten Ausführungen des variablen Ventiltriebs weist die Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel und der Schaltstange über die Blattfedern jeweils ein mehr oder weniger großes Axialspiel auf, welches durch einen entsprechend größeren Leerweg des Linearaktuators kompensiert werden muss. Durch diesen Leerweg des Linearaktuators ergibt sich zwangsläufig auch ein verzögertes Ansprechverhalten beim Umschalten der Schlepphebel beziehungsweise eine längere Umschaltdauer der schaltbaren Schlepphebel.
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Angesichts der Nachteile der genannten Stellvorrichtungen lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors der eingangs genannten Bauart eine möglichst einfach aufgebaute, kostengünstig realisierbare, platzsparende sowie weitgehend spielfreie Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel und der Schaltstange vorzustellen.
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Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das obere Ende der Blattfedern jeweils rechtwinklig abgewinkelt ist, dass die Blattfedern von oben durch jeweils eine Durchtrittsöffnung in die Schaltstange eingesetzt sind, und dass die abgewinkelten Schenkel der Blattfedern an der oberen, schlepphebelfernen Außenwand der Schaltstange anliegen sowie jeweils mittels mindestens einer Clinchverbindung formschlüssig mit der Schaltstange verbunden sind.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder aus, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Nocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels durch eine Axialverschiebung eines in einer Querbohrung desselben geführten sowie aus einer Seitenwand hervorstehenden Schaltbolzens selektiv abschaltbar oder auf einen anderen Hubverlauf umschaltbar ist. Die Schaltbolzen der Schlepphebel sind über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit einer als Blechschiene ausgebildeten Schaltstange verbunden, die parallel zu der Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist. Die Blattfedern sind jeweils an ihrem oberen Ende starr an der Schaltstange befestigt und liegen mit ihrem unteren Ende lose an der äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens an.
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Durch die erfindungsgemäße Abwinkelung der Blattfedern und der Befestigung der abgewinkelten Schenkel der Blattfedern mit der Schaltstange mittels jeweils mindestens einer Clinchverbindung ist eine sehr stabile, einfach herstellbare und nur wenig Bauraum beanspruchende Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel und der Schaltstange geschaffen.
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Um eine einfache Justierung der Blattfedern zu ermöglichen und einen größeren Leerweg des Linearaktuators zu vermeiden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnungen in der Schaltstange rechtwinklig ausgebildet sind, und dass die Blattfedern mit dem oberen Abschnitt ihrer unteren Schenkel jeweils an dem dem abgewinkelten Schenkel der jeweiligen Blattfeder abgewandten axialen Innenrand der zugeordneten Durchtrittsöffnung anliegen. Die betreffenden axialen Innenränder der Durchtrittsöffnungen dienen demnach einerseits als Justierflächen, an welche die Blattfedern bei der Montage vor der Herstellung der Clinchverbindungen angelegt werden. Anderseits sind die betreffenden axialen Innenränder der Durchtrittsöffnungen als Abstützflächen wirksam, an denen sich die Blattfedern bei der Übertragung der axialen Stellkräfte auf die Schaltbolzen der Schlepphebel abstützen, wodurch der axiale Leerweg durch eine Verbiegung der Blattfedern minimiert wird.
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Da die Schaltstange und die Blattfedern unterschiedliche Dicken aufweisen und aus verschiedenen Metallen mit unterschiedlicher Duktilität bestehen, ist die Verwendung bohrungsfreier Clinchverbindungen, wie sie beispielsweise aus der
DE 36 13 324 A1 und der
DE 103 15 718 A1 bekannt sind, hier nicht anwendbar.
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Es ist daher vorgesehen, dass die Clinchverbindungen durch ein Durchsetzfügen der Schaltstange durch vor der Montage aus den abgewinkelten Schenkeln der Blattfedern ausgestanzte Rundlöcher hergestellt sind. Ein entsprechendes Verfahren und dafür nutzbare Vorrichtungen zur Herstellung derartiger Clinchverbindungen sind in der
DE 16 27 756 A und der
EP 0 155 618 B1 beschrieben.
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Alternativ dazu können die Clinchverbindungen auch durch ein Durchsetzfügen der Schaltstange durch während des Fügevorgangs aus den abgewinkelten Schenkeln der Blattfedern ausgestanzte Rundlöcher hergestellt sein. Ein entsprechendes Verfahren sowie dazu nutzbare Vorrichtungen zur Herstellung derartiger Clinchverbindungen sind aus der
DE 28 41 937 A1 und der
EP 0 155 619 B1 bekannt.
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Sofern die Schaltstange in Führungsöffnungen des Zylinderkopfes längsbeweglich geführt ist, können die Blattfedern erst beim Motorenhersteller bei der Montage des Zylinderkopfes an der Schaltstange befestigt werden, welches aufgrund der erforderlichen Zugänglichkeit für das verwendete Press- und Stanzwerkzeug schwierig oder sogar unmöglich sein kann. Es ist daher vorteilhaft vorgesehen, dass die Schaltstange längsbeweglich in Führungsöffnungen einer Trägerleiste geführt ist, die im montierten Zustand an dem Zylinderkopf des Verbrennungskolbenmotors befestigt ist und zusammen mit der Schaltstange und den Blattfedern ein vormontierbares Stellmodul bildet.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt
- 1 ausschnittweise einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors im nicht umgeschalteten Zustand von Schlepphebeln in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung,
- 1a den Ventiltrieb gemäß 1 in einem vergrößerten Ausschnitt, und
- 1b einen Abschnitt einer als Blechschiene ausgebildeten Schaltstange und einer Blattfeder des Ventiltriebs gemäß den 1 und 1a in einem Längsmittelschnitt.
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In der perspektivischen Übersichtsdarstellung von 1 ist ein variabler Ventiltrieb 2 eines Verbrennungskolbenmotors mit drei in Reihe angeordneten Zylindern Z1, Z2, Z3 und mindestens einem Einlassventil sowie mindestens einem Auslassventil pro Zylinder teilweise abgebildet, soweit es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist.
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Die nicht abgebildeten Auslassventile jedes Zylinders Z1, Z2, Z3 sind über zugeordnete schaltbare Schlepphebel 4 hinsichtlich ihres übertragbaren Hubverlaufs umschaltbar. Hierzu weist eine nicht abgebildete Auslassnockenwelle für die Auslassventile jeweils einen mittig angeordneten Primärnocken und zwei axial beidseitig des Primärnockens angeordnete Sekundärnocken auf. Wie in dem in 1a vergrößert abgebildeten Ausschnitt A der 1 erkennbar ist, weisen die schaltbaren Schlepphebel 4 jeweils einen Primärhebel 6 und einen Sekundärhebel 10 auf. Der Primärhebel 6 ist auf seiner nockenwellenfernen Unterseite endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement 16 mit integriertem hydraulischen Ventilspielausgleichselement und gegenüberliegend an dem Ventilschaft des zugeordneten, jedoch nicht erkennbaren Auslassventils abgestützt. Auf seiner Oberseite des Primärhebels 6 befindet sich dieser über ein als eine drehbar gelagerte Rolle ausgebildetes Abgriffelement 8 zumeist mit dem zugeordneten Primärnocken der Nockenwelle in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel 10 weist eine den Primärhebel 6 umfassende rahmenförm i-ge Gestalt auf und ist über ein ventilseitig angeordnetes Gelenk schwenkbar an dem Primärhebel 6 gelagert. Aufgrund der Federkraft einer als Schenkelfeder ausgebildeten Anpressfeder 12 ist der Sekundärhebel 10 über nicht erkennbare seitliche Abgriffelemente, die vorliegend als in Längsrichtung konvex gewölbte Gleitflächen ausgebildet sind, in Abgriffkontakt mit den zugeordneten Sekundärnocken bringbar.
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Die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel
4, über welche die Sekundärhebel
10 formschlüssig mit den Primärhebeln
6 verbunden werden können, sind jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels
6 geführter Koppelbolzen ausgebildet, der mittels eines in einer Querbohrung des Sekundärhebels
10 axialbeweglich gelagerten Schaltbolzens
14 gegen die Rückstellkraft eines internen Federelementes in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des Sekundärhebels
10 verschiebbar ist. Die Schaltbolzen
14 ragen jeweils mit ihrem äußeren Ende aus dem Sekundärhebel
10 des betreffenden Schlepphebels
4 heraus. Weitere Details des Aufbaus der schaltbaren Schlepphebel
4 können der
DE 10 2017 129 424.4 und der
DE 10 2017 129 422.8 entnommen werden, die hier inhaltlich als Teil der Offenbarung mit herangezogen werden.
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An ihren äußeren Enden stehen die Schaltbolzen 14 der Schlepphebel 4 über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente 18 mit einer als Blechschiene ausgebildeten Schaltstange 26 in Stellverbindung. Diese Schaltstange 26 ist parallel zu der nicht dargestellten Auslassnockenwelle angeordnet und mittels eines vorliegend beispielhaft als Elektromagneten ausgebildeten Linearaktuator 38 gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus der abgebildeten Ruhestellung 48 in der durch den Richtungspfeil 50 angegebenen Schaltrichtung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist. Hierzu befindet sich ein nicht erkennbarer Stößel des Elektromagneten 38 in Stellkontakt mit dem abgewinkelten aktuatornahen Ende 28 der Schaltstange 26.
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Die Blattfedern 18 sind jeweils an ihrem oberen Ende 20 starr an der Schaltstange 26 befestigt und liegen mit ihrem unteren Ende 22 lose an der äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens 14 an. Die als Schaltblech ausgebildete Schaltstange 26 ist längsbeweglich in Führungsöffnungen 44, 46 einer Trägerleiste 42 geführt, die im montierten Zustand an dem Zylinderkopf des Verbrennungskolbenmotors befestigt ist und zusammen mit der Schaltstange 26 und den Blattfedern 18 ein vormontierbares Stellmodul 40 bildet.
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Wie man insbesondere der Schnittansicht gemäß 1b entnehmen kann, ist das obere Ende 20 der Blattfedern 18 jeweils rechtwinklig abgewinkelt, und die Blattfedern 18 sind von oben durch jeweils eine rechteckige Durchtrittsöffnung 32 in die Schaltstange 26 eingesetzt. Dieses Einsetzen der Blattfedern 18 in die Durchtrittsöffnung 32 ist dabei derart erfolgt, dass die Blattfedern 18 mit dem oberen Abschnitt ihrer unteren Schenkel 22, also kurz vor der Abknickung, jeweils an dem dem abgewinkelten Schenkel 20 abgewandten axialen Innenrand 34 der zugeordneten Durchtrittsöffnung 32 anliegen. Die abgewinkelten Schenkel 20 der Blattfedern 18 liegen an der oberen Außenwand 30 der Schaltstange 26 an und sind jeweils mittels einer Clinchverbindung 36, 36' formschlüssig mit der Schaltstange 26 verbunden.
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Die Clinchverbindungen 36 können wahlweise durch ein Durchsetzfügen von Material der Schaltstange 26 durch vor der Montage aus den abgewinkelten Schenkeln 20 der Blattfedern 18 ausgestanzte Rundlöcher 24 hergestellt sein. Alternativ dazu können die Clinchverbindungen 36' durch ein Durchsetzfügen von Material der Schaltstange 26 durch während des Fügevorgangs aus den abgewinkelten Schenkeln 20 der Blattfedern 18 ausgestanzte Rundlöcher 24' hergestellt sein.
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Durch die Abwinkelung der Blattfedern 18 und der Befestigung der abgewinkelten Schenkel 20 der Blattfedern 18 mit der Schaltstange 26 mittels jeweils einer Clinchverbindung 36, 36' ist eine sehr stabile, einfach herstellbare und wenig Bauraum beanspruchende Stellverbindung zwischen den Schaltbolzen 14 der schaltbaren Schlepphebel 4 und der Schaltstange 26 geschaffen. Durch das Anliegen der Blattfedern 18 an dem axialen Innenrand 34 der Durchtrittsöffnungen 32 ist zudem eine einfache axiale Justierung der Blattfedern 18 ermöglicht sowie eine den Leerweg minimierende Abstützung der Blattfedern 18 bei der Übertragung des Stellweges zur Umschaltung der Schlepphebel 4 gegeben. Durch die Anordnung der Schaltstange 26 und der Blattfedern 18 zusammen mit der Trägerleiste 42 in einem vormontierbaren Stellmodul 44 wird die aufgrund beengter Platzverhältnisse schwierige Montage und Befestigung der Blattfedern 18 an der Schaltstange 26 beim Motorenhersteller vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Variabler Ventiltrieb
- 4
- Schaltbarer Schlepphebel
- 6
- Primärhebel
- 8
- Abgriffelement, Rolle
- 10
- Sekundärhebel
- 12
- Anpressfeder, Schenkelfeder
- 14
- Schaltbolzen
- 16
- Abstützelement
- 18
- Verbindungselement, Blattfeder
- 20
- Oberes Ende; abgewinkelter Schenkel der Blattfeder
- 22
- Unteres Ende; unterer Schenkel der Blattfeder
- 24, 24'
- Rundloch
- 26
- Schaltstange, Blechschiene
- 28
- Aktuatornahes Ende; abgewinkeltes Ende
- 30
- Obere Außenwand
- 32
- Durchtrittsöffnung
- 34
- Axialer Innenrand
- 36, 36'
- Clinchverbindung
- 38
- Linearaktuator, Elektromagnet
- 40
- Stellmodul
- 42
- Trägerleiste
- 44
- Erste Führungsöffnung
- 46
- Zweite Führungsöffnung
- 48
- Ruhestellung
- 50
- Richtungspfeil, Schaltrichtung
- A
- Ausschnitt
- Z1
- Erster Zylinder
- Z2
- Zweiter Zylinder
- Z3
- Dritter Zylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017101792 [0003]
- DE 102017129424 [0006, 0007, 0022]
- DE 102017129422 [0006, 0008, 0022]
- DE 3613324 A1 [0015]
- DE 10315718 A1 [0015]
- DE 1627756 A [0016]
- EP 0155618 B1 [0016]
- DE 2841937 A1 [0017]
- EP 0155619 B1 [0017]
