DE102018122787A1

DE102018122787A1 - Modul für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018122787A1
Application number: DE102018122787.6A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Noe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11274576B2; US20220034242A1; CN112739889A; WO2020057684A1; CN112739889B

Abstract

Vorgeschlagen ist ein vormontiertes Modul (1) für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zum Einbau in einen Zylinderkopf derselben, welches Modul (1) eine Grundplatte (2) mit einem auf deren Oberseite (3) liegenden e-Linearaktor (4) hat, auf welcher Oberseite (3) eine über eine Linearführung (6) längs zum e-Linearaktor (4) bewegliche Schieberplatte (7) liegt, wobei von einer Außenlängsseite (8) der Schieberplatte (7) eine unter der Unterseite (5) der Grundplatte (2) verlaufende Haltewand (9) mit zwei von dieser abhängenden Stellfingern (10) absteht, welcher jeweilige Stellfinger (10) an seinem freien Ende (11) eine Kontaktfläche (12) zur Verlagerung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels hat, wobei im Bereich einer Außenquerseite (13) der Schieberplatte (7) eine dem e-Linearaktor (4) vorgelagerte Kontaktwand (14) hochsteht, deren Innenstirn (15) mit einem Stellpin (17) des e-Linearaktors (4) zur Verlagerung der Schieberplatte (7) in eine Längsrichtung in Kontakt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welches Modul eine von einem e-Linearaktor in eine Richtung beaufschlagte Schieberplatte mit hiervon abhängenden Stellfingern hat, von denen jeder an seinem freien Ende eine Kontaktfläche zur Verlagerung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels aufweist und wobei am Modul ein Rückstellfedermittel zur Verlagerung der Schieberplatte in deren andere Längsrichtung verbaut ist.
Ein derartiges Modul mit aktorbeaufschlagter Schieberplatte (Schubstange) und Stellfingern hieran wird auch als eRocker-Modul bezeichnet. Ein Beispiel hierfür geht aus der DE 10 2017 101 792 hervor. Einer Reihe Auslassventile einer 3-zylindrigen Brennkraftmaschine ist im Zylinderkopf eine gemeinsame Schubstange mit einem stirnseitigen e-Aktor zugeordnet. Je Zylinder sind zwei gleichwirkende Gaswechselventile vorgesehen. Eine Rückstellung der Schubstange bei nichtbestromtem e-Aktor erfolgt über die Kraft einer in Aktornähe angeordneten Druckfeder.
Die Komponenten des vorgenannten „Lang“-Moduls müssen aufwändig am Zylinderkopf montiert und für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp speziell hergerichtet werden. Hierfür weist der Zylinderkopf zur Führung der Schubstange im Abschnitt der Nockenwellenlager Schlitze auf, durch welche die vergleichsweise lange, filigrane sowie im Handling schwierige Schubstange im Montagefall geführt werden muss; bei anschließender Montage der Stellfinger an dieser. Der e-Aktor liegt hierbei fluchtend hinter der Schubstange und vergrößert den Bauraum der Brennkraftmaschine unnötig, zudem er separat befestigt werden muss.
Auch wird festgestellt, dass eine gleichzeitige Aktuierung der Reihe der Gaswechselventile einen hohen Strombedarf hat und dass hierbei nur ein kurzes Zeitfenster bedient werden kann. Zudem muss ein vergleichsweise starkes Rückstellfedermittel verbaut werden. Völlig klar ist, dass auch Brennkraftmaschinen mit einer Zylinderzahl >3 infrage kommen.
Aufgabe ist es, ein einfach aufgebautes und montierbares Modul zu kreieren, welches vielseitig eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die neuen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach betreffen die neuen Merkmale ein „extern“ vormontiertes Modul zum Einbau in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Das Modul hat eine Grundplatte mit einem auf deren Oberseite liegenden e-Linearaktor. Auf der Ober- oder einer Unterseite der Grundplatte liegt eine über eine Linearführung längs zum e-Linearaktor bewegliche Schieberplatte. Von einer Außenlängsseite der Schieberplatte steht eine hauptsächlich unter der Unterseite der Grundplatte verlaufende Haltewand mit lediglich einem oder zwei von dieser abhängenden Stellfingern vorzugsweise orthogonal ab. Im Bereich einer Außenquerseite der Schieberplatte ragt des Weiteren eine dem e-Linearaktor vorgelagerte Kontaktwand hoch, deren Innenstirn mit einem Stellpin des e-Linearaktors zur Verlagerung der Schieberplatte in die eine Längsrichtung in Kontakt ist und das Rückstellfedermittel zur Verlagerung der Schieberplatte in deren andere Längsrichtung ist zumindest mittelbar zwischen der Schieber- und der Grundplatte eingespannt.
Somit liegt ein Modul ohne die vorgenannten Nachteile vor. Das nunmehr kurzbauende und leicht handhabbare Modul zur Aktuierung von 1 oder 2 Schaltschlepphebeln (Auslass- oder Einlassreihe) nur eines Zylinders der Brennkraftmaschine (denkbar ferner auch 3 Schaltschlepphebel bei drei gleichwirkenden Gaswechselventilen des Zylinders) kann komplett extern vormontiert an die Brennkraftmaschine geliefert und dort „von oben“ automatisiert oder von Hand montiert werden. Dessen Transport und Handling gestalten sich vergleichsweise einfach. Der Fachmann erkennt, dass dieses Modul nunmehr universell über einen breiten Bereich von Brennkraftmaschinentypen verwendet werden kann. Auch bietet sich nur eine Teilbestückung eines Zylinderkopfes mit den Modulen an. Zudem ist klar, dass das einzelne Modul nur einen vergleichsweise geringen Energiebedarf bei ausreichend großem Schaltzeitfenster hat.
Die Stellfinger sollen im Übrigen vorzugsweise auf Querkoppelschieber ihrer zugeordneten Schaltschlepphebel einwirken.
Klar ist, dass die Schieberplatte auch eine massive, klotzähnliche Gestaltung haben kann. Gleiches gilt für die Haltewand, welche gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung als einfaches Winkelblech vorliegt. Ggf. kann die Haltewand auch einteiliger Bestandteil der Grundplatte sein. Ansonsten ist eine Verbindung dieser mit der Grundplatte bspw. durch Schweißen, Nieten, Schnappen, Kleben oder eine Steckverbindung denkbar und vorgesehen. Im Fall der Ausbildung als Winkelblech ist eine besonders biegesteife und stabile Anordnung auf der Grundplatte festzustellen. Klar ist zudem, dass die Haltewand auch einfach gesagt „nach oben“ abstehen kann, und somit nicht mehr von der Schieberplatte abhängt bzw. dass die Haltewand im Querschnitt T-förmig vorliegt.
Eine Vereinigung der Schieberplatte mit der Halte- und Kontaktwand in einem Blechteil ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Somit liegt ein preiswertes und einfach zu fertigendes Bauteil vor, was sich zudem leicht montieren lässt.
In weiterer Konkretisierung der Erfindung ist die Grundplatte bspw. aus zwei simplen Winkelstreifen dargestellt (einteilig), vorzugsweise zwischen deren Enden der e-Linearaktor liegt. Zur Befestigung der Grundplatte am Zylinderkopf hat jeder Winkelstreifen an seinem Ende bspw. eine Bohrung. Hierüber kann die Grundplatte, parallel zur Nockenwelle oder zur Längswandung der Brennkraftmaschine, an geeigneten Kontaktpunkten des Zylinderkopfes wie Nockenwellenlagerschalen oder diesen naheliegenden Bauteilen verschraubt werden. Klar ist, dass die Geometrie der Grundplatte nicht auf die oben genannte Streifenform beschränkt ist. Sie kann auch eine rechteck- oder generell vieleckförmige Gestaltung aufweisen oder auch ausgeformte Bereiche haben.
Eine „interne“ Führung der Schieberplatte am Modul ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach ist einfach gesagt eine Linearführung in Aktorrichtung vorgesehen. Zu deren Darstellung hat die Schieberplatte einen Längsschlitz. Hierbei verlaufen in diesem Längsschlitz von der Grundplatte wegragende Stifte oder ein Gleitstein oder dergleichen, an welchen Bauteilen die Schieberplatte somit eine „schienenartige“ und verdrehgesicherte Längsführung erfährt. Alternativ kann der Längschlitz auch in der Grundplatte liegen, in welche dann die Stifte oder der Gleitstein von der Schieberplatte einragen. Ggf. kann auch ein wälzgelagerte Linearführung (Rollenumlauf, Kugelumlauf) verbaut sein.
Zudem ist es in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, die Rückstellfedermittel für die Schieberplatte im Modul zu integrieren. Hierfür ist zumindest eine simple Schraubendruckfeder vorgesehen, welche zwischen der Kontaktwand und einem Kragen eines Stützstumpfes eingespannt ist, welcher Stützstumpf von der Schraubendruckfeder umfasst ist und an seiner kragenfernen Seite, die Kontaktwand beweglich durchdringend, auf der Haltewand steht sowie an dieser auch feinjustiert werden kann. Alternativ kann auch wiederum eine elektromagnetische oder anderweitige Rückstellung über ein Servomittel erfolgen.
Vorzugsweise sollen die aus Federstahl bestehenden flexiblen Stellfinger als separat mit der Haltewand gefügte Bauteile vorliegen. Hier ist an ein einfaches Einhängen dieser auf einer Oberstirn der Haltewand gedacht. Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, die Stellfinger ggf. als einteiligen Bestandteil der Haltewand auszuführen.
Der jeweilige Stellfinger hat eine gewundene Geometrie und ist somit geschickt in dem beengten Zylinderkopfbereich zum jeweiligen Schaltschlepphebel geführt.
Alternativ kann anstelle des e-Linearaktors auch generell ein e-Aktor oder ein hydraulisches oder pneumatisches Stellorgang verwendet werden. Auch ist klar, dass ggf. eine Rückstellung des Schieberstücks über den gleichen eLinearaktor oder das gleiche Stellorgan erfolgen kann oder es wird je Verschieberichtung genau ein Aktor eingesetzt.
Zu den Figuren:

• 1 zeigt eine räumliche Frontansicht auf das Modul mit „untenliegender“ Schieberplatte;
• 2 zeigt eine räumliche Rückansicht auf das vorgenannte Modul und
• 3 zeigt eine räumliche Frontansicht auf die Variante des Moduls mit „obenliegender“ Schieberplatte.

Dargestellt ist ein kurzbauendes Modul 1 für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Das Modul 1 kann mit sämtlichen nachfolgend beschriebenen Komponenten hieran fertig vormontiert an einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geliefert und dort verschraubt werden.
Das Modul 1 hat eine Grundplatte 2 aus Stahlblech, bestehend im Wesentlichen aus zwei aufeinander zu laufenden Winkelstreifen, an deren freien Enden 23 Bohrungen 24 zum Verbinden des Moduls 1 mit dem Zylinderkopf vorgesehen sind.
Auf einer Oberseite 3 der Grundplatte 2 liegt ein e-Linearaktor 4, dessen elektrischer Anschluss (Stecker 16) hierbei abgewinkelt nach oben steht, was Bauraum in Modullängsrichtung spart. Gemäß einer ersten Variante nach den 1, 2 liegt an einer Unterseite 5 eine über eine Linearführung 6 längs zum e-Linearaktor 4 bewegliche Schieberplatte 7.
Zu erkennen ist, dass von einer Außenlängsseite 8 der Schieberplatte 7 einteilig eine Haltewand 9 mit zwei von dieser abhängenden separaten Stellfingern 10 aus Federstahl orthogonal nach unten absteht. Die Stellfinger 10 sind längs zueinander beabstandet an der Haltewand 9 eingehängt und hieran befestigt (verschraubt / verclincht) und haben einen gewundenen Verlauf. Jeder hiervon hat an seinem freien Ende 11 eine Kontaktfläche 12 zur Verlagerung eines Querkoppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels (nicht dargestellt).
An einer Außenquerseite 13, hinter der Grundplatte 2, steht von der Schieberplatte 7 eine dem e-Linearaktor 4 vorgelagerte Kontaktwand 14 einteilig abgebogen hoch. Eine Innenstirn 15 ist hierbei von einem zentralen Stellpin 17 (s. 2) des e-Linearaktors 4 zur Verlagerung der Schieberplatte 7 (mit Halte- und Kontaktwand 9, 14 sowie Stellfingern 10 hieran) in eine Längsrichtung (gemäß 1 nach rechts, gemäß 2 nach links) kontaktiert.
Zur Rückstellung der Schieberplatte 7 hat das Modul 1 ein Rückstellfedermittel 18. Dieses liegt bei beiden Varianten (1, 2 Variante 1; 3 Variante 2) als eine Schraubendruckfeder vor. Gemäß der Lösung nach den 1, 2 wirkt sie hierbei einenends gegen eine aktorabgewandte Außenstirn 27 der vorgenannten Kontaktwand 14. Anderenends agiert sie gegen einen Kragen 28 eines von der Schraubendruckfeder 18 umfassten Stützstumpfes 29. Der Stützstumpf 29 durchdringt hierbei die Kontaktwand 14 längsbeweglich und wirkt aktorseitig gegen eine separate Haltewand 19.
Die letztgenannte Haltewand 19 steht bei beiden Lösungen orthogonal auf der Grundplatte 2. An einer Hinterseite 20 der Haltewand 19 liegt der e-Linearaktor 4 fest an. Hierfür ist ein Flanschstück 22 vorgesehen, das an einer aktorfernen Vorderseite 21 der Haltewand 19 sitzt und Letztgenannte durchdringt. Der e-Linearaktor 4 ist somit über das Flanschstück 22 mit der Haltewand 19 fest verspannt. Ggf. kann der e-Linearaktor 4 auch selbst Befestigungsmittel für die Grundplatte 2 aufweisen.
Gemäß der Lösung nach den 1, 2 mit der an der Unterseite 5 der Grundplatte 2 verlaufenden Schieberplatte 7 stehen von der Grundplatte 2 zwei Stifte 25 nach unten ab. An diesen ist die Schieberplatte 7 mit einem nicht gezeichneten Längsschlitz translatorisch geführt. Beabstandet zur Grundplatte 2 ist an den Stiften 25 eine Gleitplatte 26 befestigt. Zwischen dieser und der Grundplatte 2 ist somit die Schieberplatte 7 geführt und gehalten (Stichwort: Linearführung 6). Nicht gezeichnet ist eine alternative Gestaltung, bei welcher anstelle der vorgenannten Stiftführung eine Feder-NutVerbindung appliziert ist. Hierbei kann bspw. von der Unterseite 5 der Grundplatte 2 eine Längsnase wegragen, in welcher die Schieberplatte 7 mit einem komplementären Längsschlitz geführt ist. Je nach Ausführung (gestufte Längsnase) ist dann noch die Gleitplatte 26 erforderlich oder nicht. Gleiches gilt für eine Ausführung mit optional gestuften Stiften 25 (Entfall bei Stufung).
Gemäß der in 3 dargestellten Variante mit der an der Oberseite 3 der Grundplatte 2 verlaufenden Schieberplatte 7 stehen von der Grundplatte 2 zwei Stifte 25 nach oben ab. An diesen ist wiederum die Schieberplatte 7 mit einem nicht gezeichneten Längsschlitz translatorisch geführt. Beabstandet zur Grundplatte 2 ist an den Stiften 25 hierbei erneut die Gleitplatte 26 befestigt, zwischen welcher und der Grundplatte 2 die Schieberplatte 7 somit wieder längs geführt ist.
Bezugszeichenliste

1): Modul
2): Grundplatte
3): Oberseite
4): e-Linearaktor
5): Unterseite
6): Linearführung
7): Schieberplatte
8): Außenlängsseite
9): Haltewand
10): Stellfinger
1 1): Ende
12): Kontaktfläche
13): Außenquerseite
14): Kontaktwand
15): Innenstirn
16): Stecker
17): Stellpin
18): Rückstellfedermittel
19): Haltewand
20): Hinterseite
21): Vorderseite
22): Flanschstück
23): Ende
24): Bohrung
25): Stift
26): Gleitplatte
27): Außenstirn
28): Kragen
29): Stützstumpf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017101792 [0002]

Claims

Vormontiertes Modul (1) für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zum Einbau in einen Zylinderkopf derselben, welches Modul (1) eine Grundplatte (2) mit einem auf deren Oberseite (3) liegenden e-Linearaktor (4) hat, auf welcher Ober- oder deren abgewandter Unterseite (3, 5) eine über eine Linearführung (6) längs zum e-Linearaktor (4) bewegliche Schieberplatte (7) liegt, wobei von einer Außenlängsseite (8) der Schieberplatte (7) eine unter der Unterseite (5) der Grundplatte (2) verlaufende Haltewand (9) mit einem oder zwei von dieser abhängenden Stellfingern (10) absteht, welcher jeweilige Stellfinger (10) an seinem freien Ende (11) eine Kontaktfläche (12) zur Verlagerung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels hat, wobei im Bereich einer Außenquerseite (13) der Schieberplatte (7) eine dem e-Linearaktor (4) vorgelagerte Kontaktwand (14) hochsteht, deren Innenstirn (15) mit einem Stellpin (17) des e-Linearaktors (4) zur Verlagerung der Schieberplatte (7) in eine Längsrichtung in Kontakt ist und wobei das Modul (1) ein Rückstellfedermittel (18) zur Verlagerung der Schieberplatte (7) in deren andere Längsrichtung hat, das zumindest mittelbar zwischen der Schieber- und der Grundplatte (7, 2) eingespannt ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei auf der Oberseite (3) der Grundplatte (2) eine Haltewand (19) ein- oder mehrteilig angebunden ist, mit deren aktorseitiger Hinterseite (20) der e-Linearaktor (4) über ein von einer aktorfernen Vorderseite (21) der Haltewand (19) ausgehendes sowie Letztgenannte durchdringendes Flanschstück (22) gefügt ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei die Haltewand (19) ein Winkelblech ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei die Schieberplatte (7) einteilig mit der Halte- und Kontaktwand (9, 14) ausgebildet und stanz-biegetechnisch aus Stahlblech dargestellt ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei die Grundplatte (2) im Wesentlichen aus zwei aufeinander zu laufenden Winkelstreifen besteht, an deren freien Enden (23) Bohrungen (24) zum Verbinden des Moduls (1) mit dem Zylinderkopf vorgesehen sind.
Modul nach Anspruch 1, wobei zur Darstellung der Linearführung (6) von der Oberseite (3) der Grundplatte (2) (Lösung mit auf der Oberseite (3) der Grundplatte (2) liegender Schieberplatte (7)) oder von der Unterseite (5) der Grundplatte (2) (Lösung mit auf der Unterseite (5) der Grundplatte (2) liegender Schieberplatte (7)) Stifte (25) oder ein Gleitstück wegragen / wegragt, welche / welches in einem Längsschlitz der Schieberplatte (7) verlaufen / verläuft.
Modul nach Anspruch 6, wobei, zumindest bei der Lösung mit den Stiften (25), an diesen eine zur Grundplatte (2) beabstandete Gleitplatte (26) befestigt ist, zwischen welcher und der Grundplatte (2) die Schieberplatte (7) geführt und gehalten ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei als Rückstellfedermittel (18) wenigstens eine Schraubendruckfeder appliziert ist, welche einenends zumindest mittelbar gegen eine aktorabgewandte Außenstirn (27) der Kontaktwand (14) und anderenends gegen einen Kragen (28) eines von der Schraubendruckfeder (18) umfassten Stützstumpfes (29) agiert, welcher Stützstumpf (29) die Kontaktwand (14) längsbeweglich durchdringt und zumindest mittelbar gegen den e-Linearaktor (4) oder die Grundplatte (2) abgestützt ist.
Modul nach Anspruch 1, wobei der jeweilige Stellfinger (10) ein separates Federstahlbauteil ist, welches von der Haltewand (9) abgebogen abhängt.