DE102022103852A1

DE102022103852A1 - Baueinheit für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine mit einem Achsstück und wenigstens einer Kipphebelgruppe

Info

Publication number: DE102022103852A1
Application number: DE102022103852.1A
Authority: DE
Inventors: Rong Yang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2042-02-19
Also published as: DE102022103852B4

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Baueinheit (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück (2) und eine Kipphebelgruppe (3) hierauf, die einen Nockenkipphebel (4) und einen Ventilkipphebel (5), relativ zueinander verschwenkbeweglich jeweils auf dem Achsstück (2), umfasst, wobei der Nockenkipphebel (4) an einer Achsstücklängsseite (6) an seinem äußeren Längsende (7) eine Nockenanlauffläche (8) und der Ventilkipphebel (5) an einer anderen Achsstücklängsseite (9) an seinem äußeren Längsende (10) eine Ventilkontaktfläche (11) haben, wobei Längsmittelebenen der beiden Hebel (4, 5) koinzidieren und der Nockenkipphebel (4) den Ventilkipphebel (5) im Bereich des Achsstücks (6) mit seinen Längswänden (12) einfasst und von jeder Längswand (12) ein Rohransatz (13) außen wegsteht, über welche Rohransätze (13) der Nockenkipphebel (4) auf dem Achsstück (2) gelagert ist, wobei die Rohransätze (13) jeweils von einem Windungspaket (14) einer Drehschenkelfeder (15) als Nockenrückstellfeder umfasst sind, deren einer Endschenkel (16) auf dem Nockenkipphebel (4) und deren anderer Endschenkel (17) auf dem Ventilkipphebel (5) abgestützt sind, welcher Ventilkipphebel (5) auf der einen Achsstücklängsseite (6) mit einem Endansatz (18) zwischen den Längswänden (12) des Nockenkipphebels (4) liegt und hierbei quer angeordnete Koppelschiebermittel (19) verlaufen, welche über einen elektromagnetischen Aktuator in eine Längsrichtung verlagerbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück und wenigstens eine Kipphebelgruppe hierauf, die einen Nockenkipphebel und einen Ventilkipphebel, relativ zueinander verschwenkbeweglich jeweils auf dem Achsstück, umfasst, wobei der Nockenkipphebel an einer Achsstücklängsseite an seinem äußeren Längsende eine Nockenanlauffläche und der Ventilkipphebel an einer anderen Achsstücklängsseite an seinem äußeren Längsende eine zumindest mittelbare Ventilkontaktfläche haben, wobei wenigstens eine Drehschenkelfeder als Nockenrückstellfeder vorgesehen ist, deren einer Endschenkel auf dem Nockenkipphebel und deren anderer Endschenkel auf dem Ventilkipphebel abgestützt sind und wobei auf der einen Achsstücklängsseite quer angeordnete Koppelschiebermittel in der Kipphebelgruppe verlaufen, welche über einen elektromagnetischen Aktuator zumindest mittelbar in wenigstens eine Längsrichtung verlagerbar sind.
Unter „Schwerlastbrennkraftmaschine“ ist eine Maschine zu verstehen, wie sie insbesondere zum Antrieb eines Lkw, Transporters, Leichttransporters, landwirtschaftlichen Arbeitsgeräts, Schiffs, Bergbau- oder Baustellengeräts etc. verwendet wird.
Die DE 10 2020 113 219 A1 zeigt in 1 einen Ventiltrieb für eine Schwerlastbrennkraftmaschine mit einem Achsstück, auf welchem zwei Kipphebelgruppen verlaufen. Jede Gruppe hat einen Nockenkipphebel, dem abschnittsweise Wand-an-Wand ein Ventilkipphebel zugeordnet ist. Die Drehschenkelfeder als Nockenrückstellfeder umfasst hierbei mit ihrem Windungspaket das Achsstück und grenzt unmittelbar an den Nockenkipphebel an.
Aufgabe ist es, eine Baueinheit wie vorgenannt vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist und eine hervorragende Steifigkeit hat.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Hebel so zueinander angeordnet sind, dass deren Längsmittelebenen koinzidieren und der Nockenkipphebel den Ventilkipphebel im Bereich des Achsstücks mit seinen Längswänden einfasst und von jeder Längswand ein Rohransatz außen wegsteht, über welche Rohransätze der Nockenkipphebel auf dem Achsstück gelagert ist, wobei zumindest einer der Rohransätze von einem Windungspaket der Drehschenkelfeder umfasst ist und welcher Ventilkipphebel auf der einen Achsstücklängsseite mit einem Endansatz zwischen den Längswänden des Nockenkipphebels liegt.
Durch den erfindungsgemäß abschnittsweise beim Achsstück ineinander geschachtelten Aufbau der Kipphebelgruppe, deren Hebel „hintereinander“ liegen, ist ein besonders steifer Aufbau vorgeschlagen, welcher den hohen Belastungen im Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine gut gewachsen und der zudem vergleichsweise einfach aufgebaut ist. Aufgrund der Lagerung des Nockenkipphebels über die seitlichen Rohransätze auf dem Achsstück ist zugleich die Flächenbelastung gesenkt und es kommt im Betrieb zu guten Lagerbedingungen. Außerdem ist eine simple Möglichkeit einer Lagerung der wenigstens einen Drehschenkelfeder mit ihrem Windungspaket geschaffen, welches Windungspaket das Achsstück vorteilhaft umfasst. Die beiden Hebel der Kipphebelgruppe können somit im besten Fall mit vormontierter Drehschenkelfeder mit dem Achsstück verbunden werden.
Klar ist, dass der vorgeschlagene Ventiltrieb auch bspw. bei Brennkraftmaschinen im PKW-Bereich eingesetzt werden kann.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Längswände des Nockenkipphebels im Bereich des Achsstücks über einen Versteifungssteg zu überbrücken. Der Steg liegt vorteilhafterweise bei einer Oberseite der Kipphebelgruppe und ist einteilig angebunden oder ein separat gefügtes Bauteil. Gemeinsam mit Abschnitten der Längswände umfasst der Steg abschnittsweise den Ventilkipphebel.
Weitere Unteransprüche sehen vorteilhafte Anschläge zwischen dem Nockenkipphebel und dem Ventilkipphebel für deren entkoppelten Modus (Ventildeaktivierung) vor.
So sind zum einen an der Unterseite der Kipphebelgruppe miteinander kommunizierende, quer angeordnete Anschlagkonturen wie vorstehende Flächen / Einformungen oder dergleichen vorgeschlagen. Diese sichern im Entkoppelmodus bei Anschlag eine fluchtende Position der Koppelbohrungen der Koppelschiebermittel, welche Position durch die Kraft der Drehschenkelfeder hergestellt wird.
Zum anderen sind an der Oberseite der Kipphebelgruppe ähnlich geartete Anschlagkonturen vorgeschlagen. Hierdurch wird im Entkoppelmodus ein Überschwingen des Nockenkipphebels über den Ventilkipphebel verhindert, was zu einer Überlastung der wenigstens einen Drehschenkelfeder führen könnte. -Vorteilhafterweise verläuft übrigens auf jedem Rohransatz des Nockenkipphebels eine Drehschenkelfeder als Nockenrückstellfeder.-
Ein weiterer Unteranspruch betrifft eine zweckmäßige Ausgestaltung der quer auf der einen Achsstücklängsseite verlaufenden Koppelschiebermittel. Diese liegen als Schieberpaket vor, aufweisend zwei hintereinander liegende Kolben in respektiven Bohrungen der beiden Kipphebel. Der Kolben in der Bohrung des nockenseitigen Kipphebels hat stirnseitig außen eine Tastfläche. An diese kann der e-Aktuator direkt angreifen. Alternativ ist auch ein indirekter Kontakt wie über einen Stellfinger, eine Federzunge oder einen Umlenkmechanismus denkbar und vorgesehen. Auch ist es möglich, den e-Aktuator direkt an der Längswand des Nockenkipphebels zu befestigen.
Der Ventilkipphebel kann bspw. auf eine Brücke zur gleichzeitigen Aktuierung zweier gleichwirkender Gaswechselventile einwirken. Er kann jedoch auch direkt ein Gaswechselventil oder einen Stößel betätigen. Zudem kann der Ventilkipphebel an dessen Kontaktstelle mit einem hydraulischen Einsteckelement zum Ventilspielausgleich bestückt sein.
Zur Zeichnung:

• 1 zeigt in einer räumlichen Ansicht die Kipphebelgruppe;
• 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Kipphebelgruppe;
• 3 zeigt einen Querschnitt durch die Kipphebelgruppe im Abschnitt der Koppelschiebermittel und
• 4 zeigt eine geschnittene räumliche Ansicht der Kipphebelgruppe im Abschnitt des Achsstücks.

Aus den 1, 2 geht eine Baueinheit 1 für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine hervor. Die Baueinheit 1 umfasst ein aus 1 ersichtliches Achsstück 2 mit einer Kipphebelgruppe 3 hierauf. Das Achsstück 2 kann auch eine am Zylinderkopf durchlaufende Achse mit einer Vielzahl von Kipphebelgruppen 3 hierauf sein.
Zur Kipphebelgruppe 3 gehört ein Nockenkipphebel 4, der im Wesentlichen an einer Achsstücklängsseite 6 liegt. Mit dem Nockenkipphebel 4 abschnittsweise ineinander geschachtelt ist des Weiteren ein Ventilkipphebel 5, welcher hauptsächlich an einer anderen Achsstücklängsseite 9 liegt. Beide Hebel 4, 5 verlaufen relativ zueinander verschwenkbeweglich jeweils auf dem Achsstück 2 (siehe auch 4).
Der Nockenkipphebel 4 hat an der einen Achsstücklängsseite 6, an seinem äußeren Längsende 7, eine als nadelgelagerte Rolle ausgebildete Nockenanlauffläche 8 (siehe 2). Der Ventilkipphebel 5 weist an der anderen Achsstücklängsseite 9, an seinem äußeren Längsende 10, eine Ventilkontaktfläche 11 auf. Nicht gezeichnet ist, dass die Ventilkontaktfläche 11 an einem eingesteckten hydraulischen Spielausgleichselement ausgebildet ist. Über die Ventilkontaktfläche 11 kann der Ventilkipphebel 5 bspw. auf eine Brücke zur gleichzeitigen Aktuierung mehrerer Gaswechselventile oder direkt auf ein Gaswechselventil im Öffnungssinn einwirken.
Die Hebel 4, 5 liegen, vereinfacht gesagt, „hintereinander“. Deren Längsmittelebenen fluchten zueinander. 1 zeigt, dass der Nockenkipphebel 4 den Ventilkipphebel 5 im Bereich des Achsstücks 6 mit seinen Längswänden 12 und einem einteilig angebundenen Versteifungssteg 21 auf einer Oberseite 29 der Kipphebelgruppe 3 einfasst. Dabei steht von jeder Längswand 12 des Ventilkipphebels 4 außenseitig ein Rohransatz 13 ab. Über diese Rohransätze 13 ist der Nockenkipphebel 4 auf dem Achsstück 2 gleitgelagert. Der Ventilkipphebel 5 liegt auf der einen Achsstücklängsseite 6 mit einem Endansatz 18 zwischen den Längswänden 12 des Nockenkipphebels 4.
Beide Rohransätze 13 sind von einem respektiven Windungspaket 14 je einer Drehschenkelfeder 15 als Nockenrückstellfeder (Lost-Motion-Feder) umfasst. Ein Endschenkel 16 dieser ist dabei auf dem Nockenkipphebel 4 und deren anderer Endschenkel 17 auf dem Ventilkipphebel 5 abgestützt.
Auf der einen Achstücklängsseite 6 verlaufen in Querbohrungen 22, 23 der Kipphebel 4, 5 quer angeordnete Koppelschiebermittel 19 (siehe 3). Die Querbohrung 23 des Ventilkipphebels 5 liegt in dessen Endansatz 18. Die Koppelschiebermittel 19 sind Kolben 24, 25. Der „innere“ Kolben 25 geht im gezeigten Entkoppelmodus (Nockengrundkreisdurchlauf) der beiden Hebel 4, 5 komplett durch die Querbohrung 23 des Ventilkipphebels 5. Der Kolben 24 in der Querbohrung 22 der in 3 links eingezeichneten Längswand 12 des Nockenkipphebels 4 ist einer Endstirn 32 des Kolbens 25 im Ventilkipphebel 5 vorgelagert. Dabei hat der Kolben 24 an dessen Außenseite 33 eine Tastfläche 34 für einen zumindest mittelbaren Angriff eines e-Aktuators (siehe Pfeilangabe in 3 und siehe 1). Eine Rückstellung entgegen der Aktorkraft erfolgt über nicht bezeichnete Druckfedermittel.
Im Entkoppelmodus verschwenkt bei Nockenhub nach Nockengrundkreisdurchlauf der Ventilkipphebel 5 „leer“ über den stehenden Nockenkipphebel 5. Hierbei ist ein Überdrehschutz vorgesehen, über welchen eine maximal aufgespreizte Position der Kipphebel 4, 5, entgegen der Kraft der beiden Drehschenkelfedern 15, voneinander begrenzt ist. Wie in 2 bezeichnet, ist an einer Oberseite 29 der Kipphebelgruppe 3, an dem Nockenkipphebel 4, eine quer verlaufende Anschlagstirn 30 appliziert. In Verschwenkrichtung dieser gegenüberliegend hat der Ventilkipphebel 5 eine ebenfalls quer verlaufende Stoppfläche 31.
Auch sind Maßnahmen zur Begrenzung eines Rückschwenkens im Entkoppelmodus zwischen dem Nockenkipphebel 4 und dem Ventilkipphebel 5 vorgesehen (siehe 2). Die Rückschwenkbewegung mit ablaufender Nockenflanke wird über die Kraft der beiden Drehschenkelfedern 15 bewerkstelligt. Bei dieser Position haben die Hebel 4, 5 eine maximal eingeknickte Position zueinander und es fluchten die Querbohrungen 22, 23 miteinander, so, dass das Paket an Kolben 24, 25 abschnittsweise über eine Trennfläche zwischen den Hebeln 4, 5 hinweg über den e-Aktuator verlagert werden kann (Koppelfall). Hierfür hat der Ventilkipphebel 5, an einer Unterseite 26 der Kipphebelgruppe 3, eine quer verlaufende Ausformung 27, welcher eine komplementär ausgewulstete Gegenkontur 28 am Nockenkipphebel 4 gegenüber liegt.
Bezugszeichenliste

1): Baueinheit
2): Achsstück
3): Kipphebelgruppe
4): Nockenkipphebel, Hebel
5): Ventilkipphebel, Hebel
6): Achsstücklängsseite
7): Längsende
8): Nockenanlauffläche
9): Achsstücklängsseite
10): Längsende
11): Ventilkontaktfläche
12): Längswand
13): Rohransatz
14): Windungspaket
15): Drehschenkelfeder
16): Endschenkel
17): Endschenkel
18): Endansatz
19): Koppelschiebermittel
20): Längsende
21): Versteifungssteg
22): Querbohrung
23): Querbohrung
24): Kolben
25): Kolben
26): Unterseite
27): Ausformung
28): Gegenkontur
29): Oberseite
30): Anschlagstirn
31): Stoppfläche
32): Endstirn
33): Außenseite
34): Tastfläche

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

DE 102020113219 A1 [0003]

Claims

Baueinheit (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, aufweisend ein Achsstück (2) und wenigstens eine Kipphebelgruppe (3) hierauf, die einen Nockenkipphebel (4) und einen Ventilkipphebel (5), relativ zueinander verschwenkbeweglich jeweils auf dem Achsstück (2), umfasst, wobei der Nockenkipphebel (4) an einer Achsstücklängsseite (6) an seinem äußeren Längsende (7) eine Nockenanlauffläche (8) und der Ventilkipphebel (5) an einer anderen Achsstücklängsseite (9) an seinem äußeren Längsende (10) eine zumindest mittelbare Ventilkontaktfläche (11) haben, wobei Längsmittelebenen der beiden Hebel (4, 5) koinzidieren und der Nockenkipphebel (4) den Ventilkipphebel (5) im Bereich des Achsstücks (6) mit seinen Längswänden (12) einfasst und von jeder Längswand (12) ein Rohransatz (13) außen wegsteht, über welche Rohransätze (13) der Nockenkipphebel (4) auf dem Achsstück (2) gelagert ist, wobei zumindest einer der Rohransätze (13) von einem Windungspaket (14) einer Drehschenkelfeder (15) als Nockenrückstellfeder umfasst ist, deren einer Endschenkel (16) auf dem Nockenkipphebel (4) und deren anderer Endschenkel (17) auf dem Ventilkipphebel (5) abgestützt sind, welcher Ventilkipphebel (5) auf der einen Achsstücklängsseite (6) mit einem Endansatz (18) zwischen den Längswänden (12) des Nockenkipphebels (4) liegt und hierbei quer angeordnete Koppelschiebermittel (19) verlaufen, welche über einen elektromagnetischen Aktuator zumindest mittelbar in wenigstens eine Längsrichtung verlagerbar sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die Längswände (12) des Nockenkipphebels (4) an seinem inneren Längsende (20) bei dem Achsstück (2) von einem den Endansatz (18) des Ventilkipphebels (5) zumindest abschnittsweise einhausenden Versteifungssteg (21) verbunden sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, wobei, zur Darstellung einer Rückschwenkposition im Entkoppelmodus zwischen dem Nockenkipphebel (4) und dem Ventilkipphebel (5), bei welcher Rückschwenkposition Querbohrungen (22, 23) für die als wenigstens ein Kolben (24, 25) ausgebildeten Koppelschiebermittel (19) in der Kipphebelgruppe (3) zueinander fluchten [maximal eingeknickte Position der Hebel (4, 5) zueinander], an einer Unterseite (26) der Kipphebelgruppe (3) bei einem Kipphebel (4) eine quer verlaufende Ausformung (27) sitzt, welche mit einer komplementären Gegenkontur (28) kommuniziert.
Baueinheit nach Anspruch 1 oder 3, wobei, zur Darstellung eines Überdrehschutzes im Entkoppelmodus des Nockenkipphebels (4) über den Ventilkipphebel (5) [maximal aufgespreizte Position der Kipphebel (4, 5) voneinander], an einer Oberseite (29) der Kipphebelgruppe (3) bei einem der Kipphebel (4) eine quer verlaufende Anschlagstirn (30) appliziert ist, welcher am anderen der Kipphebel (5) eine quer verlaufende Stoppfläche (31) gegenüberliegt.
Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die Koppelschiebermittel (19) der Kipphebelgruppe (3) aus wenigstens zwei Kolben (25, 24) bestehen, von denen der erste Kolben (25) im Entkoppelmodus komplett durch eine Querbohrung (23) des Ventilkipphebels (5) geht und der zweite Kolben (24) diesem an seiner einen Endstirn (32) in der Querbohrung (22) eines der Längswände (12) des Nockenkipphebels (4) vorgelagert ist, welcher zweite Kolben (24) an dessen Außenseite (33) eine Tastfläche (34) für den zumindest mittelbaren Angriff des Aktuators hat.