DE102021101222A1

DE102021101222A1 - Baueinheit für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021101222A1
Application number: DE102021101222.8A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Schott; Harald Elendt; Michael Knorr; Andreas Moeller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CN114810264A

Abstract

Vorgeschlagen ist eine zylinderindividuelle Baueinheit (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück (2) und wenigstens eine Kipphebelgruppe (3a, 3b) hierauf, die einen Ventilkipphebel (4, 5) und zumindest einen Nockenkipphebel (6, 7, 8) unmittelbar neben diesem umfasst, wobei der zumindest eine Nockenkipphebel (6, 7, 8) an einem Längsende (9) der Kipphebelgruppe (3a, 3b) eine Nockenanlauffläche (10, 11, 12) und der Ventilkipphebel (4, 5) an einem anderen Längsende (13) der Kipphebelgruppe (3a, 3b) eine zumindest mittelbare Ventilkontaktfläche (14, 15) haben, wobei der Ventilkipphebel (4, 5) mit dem Nockenkipphebel (6, 7, 8) über einen Teilbereich (16a, 16b, 16c) Wand-an-Wand liegt, in welchem Teilbereich (16a, 16b, 16c) Koppelmittel (17) zu deren wahlweiser Kopplung vorgesehen sind und wobei eine Lagerung der Kipphebelgruppe (3a, 3b) auf dem Achsstück (2) als hydrostatische Gleitlagerung (18a, 18b) vorliegt, die lediglich im Abschnitt einer Achsbohrung (19, 20) des Ventilkipphebels (4, 5) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine zylinderindividuelle Baueinheit für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück und wenigstens eine Kipphebelgruppe hierauf, die einen Ventilkipphebel und zumindest einen Nockenkipphebel unmittelbar neben diesem umfasst, wobei der zumindest eine Nockenkipphebel an einem Längsende der Kipphebelgruppe eine Nockenanlauffläche und der Ventilkipphebel an einem anderen Längsende der Kipphebelgruppe eine zumindest mittelbare Ventilkontaktfläche haben, wobei der Ventilkipphebel mit dem Nockenkipphebel über einen Teilbereich Wand-an-Wand liegt, in welchem Teilbereich Koppelmittel zu deren wahlweiser Kopplung vorgesehen sind und wobei eine Lagerung der Kipphebelgruppe auf dem Achsstück als hydrostatische Gleitlagerung vorliegt.
Als nächstkommend wird die zum Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichte DE 10 2020 113 222.0 betrachtet. Das hieraus hervorgehende Trägermodul für einen Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine hat zwei Baugruppen. Eine erste, einlassseitige Baugruppe mit genau einem Nockenkipphebel, der abschnittsweise Wand-an-Wand mit einem Ventilkipphebel verläuft und eine zweite, auslassseitige Baugruppe, mit zwei Nockenkipphebeln, welche einen Ventilkipphebel einfassen (s. 1). Jeder der Kipphebel verläuft jeweils über eine gesonderte hydrostatische Gleitlagerung auf einem gemeinsamen Achsstück (s. 8, Ölzuführung zu den Gleitlagern nicht gezeichnet).
Aufgabe ist es, eine vormontierte Baueinheit vorzuschlagen, deren hydrostatische Gleitlagerung hohen Belastungen gewachsen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die hydrostatische Gleitlagerung lediglich im Abschnitt einer Achsbohrung des Ventilkipphebels ausgeführt ist. Dabei ist es nach einer besonders bevorzugten Fortbildung vorgesehen, zur Ausbildung der hydrostatischen Gleitlagerung die Achsbohrung des Ventilkipphebels an der Seite des Nockenkipphebels über einen von dessen respektiver Außenwand abstehenden Rohransatz zu verlängern, auf dessen Außenmantel der Nockenkipphebel über seine Achsbohrung gelagert ist und dessen Innenmantel die verlängerte Achsbohrung hat.
Die Erfindung macht sich somit die Tatsache zunutze, dass auf den oder die Nockenkipphebel im entkoppelten Zustand letztlich nur die Kraft der Nockenrückstellfeder (Lost-Motion-Feder) und dessen eigene Massenbeschleunigung einwirken. Der Nockenkipphebel ist somit nur schwach belastet. Im gekoppelten Zustand ist die hydrostatische Lagerung der vereinigten Kipphebelgruppe zu betrachten, deren Belastung dann im Wesentlichen auf die vergleichsweise hohe, zunächst auf den Ventilkipphebel einwirkende Ventilfederkraft zurückzuführen ist.
Es liegt eine Gleitlagerung vor, deren lediglich im Abschnitt der verbreiterten Achsbohrung des Ventilkipphebels ausgebildeter und tragender Ölfilm im hochbelasteten Zustand (Kopplung) ohne Trennspalt vorliegt. Somit ist die Gleitlagerung hohen Hertzschen Pressungen gewachsen. Schmierölverluste sind minimiert. Im entkoppelten Zustand der beiden Kipphebel der jeweiligen Kipphebelgruppe vollzieht der jeweilige Nockenkipphebel nunmehr über seine Achsbohrung eine Verschwenkbewegung auf dem Außenmantel des Rohransatzes des Ventilkipphebels. An die Schmierung dieser Gleitlagerung werden aufgrund der vorgenannten schwachen Belastungen lediglich geringe Anforderungen gestellt.
Die Baueinheit hat zudem noch den Vorteil, dass auch eine Unterbaugruppe, bestehend nur aus einer miteinander gefügten Kipphebelgruppe (ohne Achsstück) gesondert geliefert oder einem Handling unterzogen werden kann. Ansonsten ist es vorgesehen, die Baueinheit komplettiert mit dem Achsstück an die Brennkraftmaschine zu liefern. Ggf. können auch Koppelmittel wie hierbei parallel zum Achsstück verlaufende e-Aktoren mit Kolbenschiebern und Nockenrückstellfedern Bestandteil der Baueinheit sein.
Die Kipphebel können als Massivbauteile ausgeführt und bspw. durch Schmieden, Gießen bzw. in einem MIM-Verfahren gefertigt sein. Klar ist an dieser Stelle zudem, dass im jeweiligen Gleitlagerbereich auch verschleißmindernde Schichten wie Hartstoffschichten (DLC u. a.) aufgetragen sein können.
Der Rohransatz des jeweiligen Ventilkipphebels soll nach einer Fortbildung der Erfindung einteilig von dessen respektiver Außenwand abstehen. Alternativ kann zur Verbreiterung der Gleitlagerung auch eine separate Buchse mit einer Grundbohrung des Ventilkipphebels gefügt sein.
In weiterer Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, das Achsstück über die jeweilige Kipphebelgruppe hinausstehen zu lassen und diesen Bereich zum Verbinden der Baueinheit mit dem Zylinderkopf der Schwerlastbrennkraftmaschine bspw. durch Verschrauben oder Verstiften zu nutzen. Über die Schraubverbindung kann dann zugleich auch eine Zuführung von Hydraulikmittel zu einer Längsbohrung in dem Achsstück bewerkstelligt werden, von der wiederum wenigstens eine Querbohrung je Ventilkipphebel in Richtung Gleitlagerung abzweigt. Alternativ kann eine Zuleitung des Hydraulikmittels in das Achsstück auch über wenigstens eine von dessen Außenstirnen erfolgen.
Mit verbunden werden kann hierbei auch eine nicht näher erläuterte Tragplatte, in welcher bspw. die vorgenannten e-Aktoren akkommodiert werden können.
Die Baueinheit kann für einen einlass- oder auslassventilseitigen Einsatz vorgesehen sein. Die jeweils andere Ventilseite wäre dann als Standardvariante , demnach nichtschaltbar, ausgeführt. Pfiffig ist es jedoch, jede Ventilseite mit einer Variabilität zu versehen, wobei auslassseitig auch eine Motorbremse realisiert sein kann, optional gepaart auch mit einer Möglichkeit zur Um- oder Abschaltung des Ventilhubs.
Weitere Unteransprüche betreffen zweckmäßige Axialsicherungsmaßnahmen der Kipphebelgruppe auf dem Achsstück und des Nockenkipphebels auf dem Rohransatz des Ventilkipphebels. Hierbei ist bspw. an simple Sprengring-Nut-Sicherungen gedacht. Auch kommen Splinte oder nachträgliche applizierte Materialverschiebungen wie Verstemmungen etc. infrage.
Zur Zeichnung:

1 zeigte eine räumliche Ansicht der Baueinheit mit einer einlass- und einer auslassseitigen Kipphebelgruppe;
2 zeigt eine Schnittansicht längs durch das Achsstück der Baueinheit und
3 zeigt in einer räumlichen Ansicht einen Ventilkipphebel (Einlassseite).

Aus den 1, 2 geht eine Baueinheit 1 für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine hervor. Die Baueinheit 1 ist für je einen Zylinder der Schwerlastbrennkraftmaschine vorgesehen.
Zu erkennen ist ein zentrales Achsstück 2 mit einer links gezeichneten einlassventilseitigen Kipphebelgruppe 3a und einer rechts gezeichneten auslassventilseitigen Kipphebelgruppe 3b hierauf. Die Kipphebelgruppe 3a umfasst einen Ventilkipphebel 4, an dem unmittelbar ein Nockenkipphebel 6 anliegt. Die Kipphebelgruppe 3b besteht aus zwei Nockenkipphebeln 7, 8, welche einen Ventilkipphebel 5 einfassen.
Die Nockenkipphebel 6, 7, 8 haben an einem Längsende 9 der Kipphebelgruppen 3a, 3bjeweils eine als Rolle ausgebildete Nockenanlauffläche 10, 11, 12. Die Ventilkipphebel 4, 5 weisen an einem anderen Längsende 13 der Kipphebelgruppen 3a, 3b je eine mittelbare Ventilkontaktfläche 14, 15 auf. Sie sind hierbei für einen Anlauf auf einer Brücke zur gleichzeitigen Betätigung zweier gleichwirkender Gaswechselventile vorgesehen.
Zu erkennen ist am besten in 1, dass der einlassseitige Ventilkipphebel 4 mit seinem Nockenkipphebel 5 über einen Teilbereich 16a Wand-an-Wand liegt. Gleichzeitig liegt der auslassseitige Ventilkipphebel 5 über Teilbereiche 16b, 16c Wand-an-Wand mit seinen Nockenkipphebeln 7, 8. Genau in diesen Teilbereichen 16a, 16b, 16c sind nicht näher beschriebene, in wenigstens eine Richtung elektromagnetisch oder hydraulisch aktuierbare Koppelmittel zu deren wahlweiser Kopplung vorgesehen, von denen eines in 1 zeichnerisch angedeutet und mit 17 bezeichnet ist.
Wie aus 2 hervorgeht, verlaufen die beiden Kipphebelgruppen 3a, 3b auf einem gemeinsamen Achsstück 2, das einen freiliegenden mittigen Ansatz 33 hat. Clou der Lösung ist es hierbei, dass eine Lagerung der Kipphebelgruppen 3a, 3b auf dem Achsstück 2 eine hydrostatische Gleitlagerung 18a, 18b ist, die lediglich im Abschnitt einer deutlich verbreiterten Achsbohrung 19, 20 der Ventilkipphebel 4, 5 ausgeführt ist.
Dabei ist zur Realisierung der hydrostatischen Gleitlagerung 18a des Ventilkipphebels 4 der einlassseitigen Kipphebelgruppe 3a die Achsbohrung 19 des Ventilkipphebels 4 an der Seite seines Nockenkipphebels 6 über einen einteilig von dessen Außenwand 21 abstehenden Rohransatz 24 verlängert. Auf einem Außenmantel 27 dieses Rohransatzes 24 verläuft der Nockenkipphebel 6 über seine Achsbohrung 30 relativ verdrehbeweglich (im Entkoppelzustand).
Zur Darstellung der hydrostatischen Gleitlagerung 18b des Ventilkipphebels 5 der auslassventilseitigen Kipphebelgruppe 3b hat die Achsbohrung 20 des Ventilkipphebels 5 einen von jeder Außenwand 22, 23 einteilig abstehenden Rohransatz 25, 26, auf dessen jeweiligem Außenmantel 28, 29 der respektive Nockenkipphebel 7, 8 über seine Achsbohrung 31, 32 gelagert ist sowie im Entkoppelzustand relativ vedrehbeweglich hierauf verläuft.
Die hydrostatische Gleitlagerung liegt somit ohne Trennspalt an jeder Kipphebelgruppe 3a, 3b vor und ist besonders hohen Hertzschen Pressungen gewachsen. Anders gesagt könnte bei gleichen Belastungen auch die Lagerbreite verkleinert werden, was Bauraum und Masse sparen hilft.
Der zwischen den Kipphebelgruppen 3a, 3b liegende Ansatz 33 des Achsstücks 2 hat mehrere sich radial durch diesen erstreckende Schrauböffnungen 34. Über diese kann das Achsstück 2 mit dem Zylinderkopf der Schwerlastbrennkraftmaschine fest verschraubt werden. Gleichfalls ist, wie 1 zeigt, eine Tragplatte 39 zusätzlich mit verbindbar und vorgesehen.
Über die jeweilige Schrauböffnung 34 ist Hydraulikmittel in eine diese schneidende Längsbohrung 35 des Achsstücks 2 leitbar, welche Längsbohrung 35 erkennbar mit mehreren Querbohrungen 36 im Achsstück 2 in Fluidverbindung steht, die zu den Gleitlagerungen 18a, 18b führen.
Eine Sicherung der Kipphebelgruppen 3a, 3b auf dem Achsstück 2 nach außen erfolgt über Sprengring-Nut-Verbindungen 37. Gleichfalls ist eine Sicherung der Nockenkipphebel 6, 7, 8 auf ihren Rohransätzen 24, 25, 26 über Sprengring-Nut-Verbindungen 38 realisiert.
Aus 3 ist der Ventilkipphebel 4 als Einzelheit entnehmbar. Zu erkennen ist dessen einseitig und einteilig abstehender Rohransatz 24, auf welchem der Nockenkipphebel 6 der Kipphebelgruppe 3a lagerbar ist. Außerdem ist ein Schenkel einer nicht näher erläuterten Nockenrückstellfeder 40 erkennbar, welcher im Verbau mit einer Gegenfläche des Nockenkipphebels 6 interagiert.
Bezugszeichenliste

1): Baueinheit
2): Achsstück
3a): Kipphebelgruppe
3b): Kipphebelgruppe
4): Ventilkipphebel
5): Ventilkipphebel
6): Nockenkipphebel
7): Nockenkipphebel
8): Nockenkipphebel
9): eines Längsende
10): Nockenanlauffläche
11): Nockenanlauffläche
12): Nockenanlauffläche
13): anderes Längsende
14): Ventilkontaktfläche
15): Ventilkontaktfläche
16a): Teilbereich
16b): Teilbereich
16c): Teilbereich
17): Koppelmittel
18a): Gleitlagerung
18b): Gleitlagerung
19): Achsbohrung
20): Achsbohrung
21): Außenwand
22): Außenwand
23): Außenwand
24): Rohransatz
25): Rohransatz
26): Rohransatz
27): Außenmantel
28): Außenmantel
29): Außenmantel
30): Achsbohrung
31): Achsbohrung
32): Achsbohrung
33): Ansatz
34): Schrauböffnung
35): Längsbohrung
36): Querbohrung
37): Sprengring-Nut-Verbindung
38): Sprengring-Nut-Verbindung
39): Tragplatte
40): Nockenrückstellfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020113222 [0002]

Claims

Zylinderindividuelle Baueinheit (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück (2) und wenigstens eine Kipphebelgruppe (3a, 3b) hierauf, die einen Ventilkipphebel (4, 5) und zumindest einen Nockenkipphebel (6, 7, 8) unmittelbar neben diesem umfasst, wobei der zumindest eine Nockenkipphebel (6, 7, 8) an einem Längsende (9) der Kipphebelgruppe (3a, 3b) eine Nockenanlauffläche (10, 11, 12) und der Ventilkipphebel (4, 5) an einem anderen Längsende (13) der Kipphebelgruppe (3a, 3b) eine zumindest mittelbare Ventilkontaktfläche (14, 15) haben, wobei der Ventilkipphebel (4, 5) mit dem Nockenkipphebel (6, 7, 8) über einen Teilbereich (16a, 16b, 16c) Wand-an-Wand liegt, in welchem Teilbereich (16a, 16b, 16c) Koppelmittel (17) zu deren wahlweiser Kopplung vorgesehen sind und wobei eine Lagerung der Kipphebelgruppe (3a, 3b) auf dem Achsstück (2) als hydrostatische Gleitlagerung (18a, 18b) vorliegt, die lediglich im Abschnitt einer Achsbohrung (19, 20) des Ventilkipphebels (4, 5) ausgeführt ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, wobei zur Ausbildung der hydrostatischen Gleitlagerung (18a, 18b) die Achsbohrung (19, 20) des Ventilkipphebels (4, 5) an der Seite des Nockenkipphebels (6, 7, 8) über einen von dessen respektiver Außenwand (21, 22, 23) abstehenden Rohransatz (24, 25, 26) verlängert ist, auf dessen Außenmantel (27, 28, 29) der Nockenkipphebel (6, 7, 8) über seine Achsbohrung (30, 31, 32) gelagert ist und dessen Innenmantel die verlängerte Achsbohrung (19, 20) hat.
Baueinheit nach Anspruch 2, wobei der Rohransatz (24, 25, 26) des Ventilkipphebels (4, 5) entweder einteilig von diesem ausgeht oder als separat hiermit gefügte Buchse vorliegt.
Baueinheit nach Anspruch 2, wobei das Achsstück (2) über einen Ansatz (33) aus der Kipphebelgruppe (3a, 3b) ragt, durch welchen Ansatz (33) sich wenigstens eine Schrauböffnung (34) zum Fügen der Baueinheit (1) mit einem Zylinderkopf der Schwerlastbrennkraftmaschine radial oder sekantenartig erstreckt, über welche Schrauböffnung (34) zugleich Hydraulikmittel in eine diese schneidende Längsbohrung (35) des Achsstücks (2) leitbar ist, welche Längsbohrung (35) wiederum von zumindest einer Querbohrung (36) im Achsstück (2) in Fluidverbindung steht, die zu der Gleitlagerung (18a, 18b) des Ventilkipphebels (4, 5) führt.
Baueinheit nach Anspruch 4, wobei genau zwei Kipphebelgruppen (3a, 3b) auf dem Achsstück (2) verlaufen und wobei der Ansatz (33) des Achsstücks (2), die beiden Kipphebelgruppen (3a, 3b) verbindend, zwischen diesen liegt.
Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kipphebelgruppe (3a, 3b) auf dem Achsstück (2) in wenigstens eine Axialrichtung über einen Bord wie eine Sprengring-Nut-Verbindung (37) gesichert ist.
Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Nockenkipphebei (6, 7, 8) auf dem Rohransatz (24, 25, 26) des Ventilkipphebels (4, 5) und von diesem weg über einen Bord wie eine Sprengring-Nut-Verbindung (38) gesichert ist.