DE19632444C1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer bekannter Ventiltrieb (DE 43 20 992 C1) für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßventil pro Zylinder umfaßt einen ersten Schlepphebel, der mit einem Ventil und mit einem ersten Nocken einer Nockenwelle für einen ersten Drehzahlbe­ reich zusammenwirkt. Weiter ist ein zweiter Schlepphebel vorgesehen, der mit einem zweiten Nocken der Nockenwelle für einen zweiten Drehzahlbe­ reich zusammenwirkt und am zweiten Nocken durch Federmittel in Anlage gehalten ist, die von zwei hintereinander geschalteten Federn unterschied­ licher Stärke gebildet sind.

Die stärkere Feder ist eine erste, stärkere Schraubenfeder, die sich einer­ seits auf einem ortsfesten, ersten Anschlag und andererseits auf einem ver­ schiebbaren Federteller abstützt, der unter einer Vorspannung der stärke­ ren Feder an einem zweiten, ortsfesten Anschlag anliegt. Von diesem wird der Federteller bzw. die stärkere Feder erst nach Zusammendrücken der ersten Feder durch den zweiten Schlepphebel während der Hubphase des zweiten Nockens abgehoben.

Weiter sind Kupplungsmittel zum Verbinden oder Trennen der beiden Schlepphebel vorgesehen.

Mit einer solchen Anordnung wird erreicht, daß während der Grundkreis­ phase des zweiten Nockens nur die zweite, schwächere Feder wirkt, so daß der Verschleiß und Reibungsverluste reduziert sind. In der Hubphase wird zunächst die schwächere Feder zusammengedrückt und dann über diese die stärke Feder, so daß nun auf den zweiten Schlepphebel eine große An­ drückkraft wirkt, die erforderlich ist, um den Kontakt des zweiten Schlepp­ hebels mit seinem Nocken während der Hubphase sicherzustellen. Die stär­ kere Feder liegt unter Vorspannung an ihren Anschlägen, so daß mit Be­ ginn der Hubphase nach dem Zusammendrücken der schwächeren Feder die stärkere Feder sofort aus dem vorgespannten Zustand in erheblichem Maße wirksam wird und damit eine ständige Anlage des zweiten Schlepp­ hebels an seinem Nocken auch bei hohen Drehzahlen sicher gestellt ist.

In der konkreten Ausführungsform ist hier die stärkere Feder eine Schrau­ benfeder, die auf einem ortsfesten, eine Zündkerze oder ein Einspritzventil aufnehmenden Rohr zwischen einem mit dem Rohr verbundenen ersten Federteller und dem verschiebbar auf dem Rohr angeordneten zweiten Fe­ derteller angeordnet ist. Der zweite Federteller weist einen rohrförmigen das Rohr umgebenden Fortsatz auf, der sich an dem ortsfesten Anschlag abstützt. Die schwächere Feder umgibt den Fortsatz und der zweite Schlepphebel liegt an der schwächeren Feder über einen den Fortsatz um­ gebenden relativ zu diesem verschiebbaren Stützring an. Die schwächere Feder ist hierbei von einem Elastomerteil gebildet. Diese Anordnung erfor­ dert einen relativ großen Bauraum in Verbindung mit einem zweiseitigen, zweiten Schlepphebel. Dieser relativ große Bauraum kann je nach den Ge­ gebenheiten, insbesondere bei Mehrventilbrennkraftmaschinen, nicht zur Verfügung stehen oder es wird die Gestaltungsmöglichkeit für umgebende Einrichtungen ungünstig eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb so weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau und guter Funktion eine kom­ paktere Anordnung möglich wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist im Innenbereich und axial zur ersten, stärkeren Schraubenfeder ein durch die zweite, schwächere Feder vorgespannter Fe­ derstößel verschiebbar gehalten, an dessen einem Federstößelende der zweite Schlepphebel anliegt. Durch diese Integration des Federstößels und der zweiten, schwächeren Feder im Innenbereich der stärkeren und damit größeren Schraubenfeder ist trotz einer funktionellen Hintereinanderschal­ tung der beiden Federn im wesentlichen nur der Einbauraum der größeren Schraubenfeder erforderlich. Damit ergibt sich ein kompakter Aufbau, der Lösungen auch bei beengten Platzverhältnissen ermöglicht und eine größe­ re Gestaltungsfreiheit insbesondere bei Mehrventilanordnungen zuläßt.

Gemäß Anspruch 2 ist die Schraubenfeder in einem Zylindergehäuse ange­ ordnet und der Federteller als Federtellerkolben darin verschiebbar gela­ gert. Zur Integration des Federstößels und der zweiten, schwächeren Feder im Innenbereich der ersten, stärkeren Schraubenfeder erstreckt sich vom Kolbenboden des Federtellerkolbens eine Zylinderhülse in den Innenbe­ reich der ersten, stärkeren Schraubenfeder. In dieser Zylinderhülse ist der Federstößel verschiebbar und durch die zweite, schwächere Feder vorge­ spannt gelagert, wobei der zweite Schlepphebel an einem die Zylinderhülse überragenden, freien Federstößelende anliegt. Damit werden auf einfache Weise Führungen und Abstützungen für die beiden Federn und den Feder­ stößel geschaffen.

Bei der in Anspruch 3 angegebenen Anordnung des Federtellerkolbens und der Zylinderhülse ergibt sich ein Spalt zur Aufnahme und Führung eines Teils der ersten, stärkeren Schraubenfeder.

Die zweite Feder kann unterschiedlich, beispielsweise als Elastomerfeder ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 4 ist auch die zweite, schwächere Feder als Schraubenfeder aus­ gebildet und umgibt in der Zylinderhülse den Federstößel. Dieser ist durch eine zylindergehäuseseitige Durchtrittsöffnung im Zylinderhülsenboden verschiebbar gehalten. Die zweite Schraubenfeder stützt sich dabei einer­ seits am Zylinderhülsenboden und andererseits im Bereich des freien Fe­ derstößelendes ab. Zweckmäßig wird dabei an dem aus dem Zylinderhül­ senboden ständig überstehenden Federstößelende ein Federring als An­ schlag für die Federvorspannung der zweiten Schraubenfeder entsprechend Anspruch 5 angebracht. Die zylinderbodenseitige Öffnung kann vorteilhaft gemäß Anspruch 6 auch als Federstößelführung verwendet werden. Die vorstehenden Merkmale tragen sowohl einzeln als auch in ihrer Kombina­ tion zu einer kompakten Anordnung und leichten Montierbarkeit bei.

Durch die Verwendung eines Federstößels entsprechend der Anordnung gemäß Anspruch 7 sind auf einfache Weise ein Hubweg für die zweite, schwächere Feder in Verbindung mit einem Anschlag zur Einschaltung der ersten, stärkeren Feder realisierbar.

In einer ersten Alternative gemäß Anspruch 8 können eine Führung des Federstößels im Kolbenbodenbereich, ein Hubweg für die zweite, schwä­ chere Schraubenfeder und ein Anschlag auf einfache Weise durch ein Hut­ profil am freien Federstößelende in Verbindung mit einem am Kolbenboden überstehenden Bund der Zylinderhülse hergestellt werden.

Alternativ dazu werden in einer Ausführungsform gemäß Anspruch 9 die Führung für den Federstößel, der Hubweg für die zweite Feder und der An­ schlag durch ein Führungsteil und ein Anschlagteil am freien Federstößel­ ende realisiert. Beide alternative Ausführungsformen ergeben kompakte, einfach herzustellende und montierbare Anordnungen mit guter Funktion und geringem Verschleiß.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße, kompakte Anordnung der bei­ den Federn in Verbindung mit beliebigen Schlepphebelausführungen ver­ wendet werden. Bei einem zweiseitigen, zweiten Schlepphebel entspre­ chend dem eingangs erwähnten Stand der Technik kann die erfindungs­ gemäße kompakte Federanordnung über dem freien Schlepphebelende mit einer Druckrichtung entgegen der Ventilfederdruckrichtung angebracht werden. Bei einseitigem zweitem Schlepphebeln ist dagegen eine vorge­ spannte Abstützung in Richtung der Ventilfeder erforderlich. Bei einer sol­ chen Anordnung sind die Platzverhältnisse besonders beengt, so daß sich hier gemäß Anspruch 10 die erfindungsgemäße kompakte Federanordnung besonders eignet.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung nä­ her erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich zweier Ventiltriebe unterschiedlicher Ausführungsform,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Federanordnung im Bereich A der Fig. 1 in der Grundkreisphase,

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in der Hubphase, und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Federanordnung im Bereich B aus Fig. 1 in der Grundkreisphase.

In Fig. 1 sind zu beiden Seiten Ventiltriebe 1 und 2 dargestellt. Die zuge­ ordneten Ventile 3, 4 sind jeweils im Schließsinn mit Ventilfedern 5, 6 be­ aufschlagt und liegen mit ihren oberen Ventilstößelenden jeweils an einem ersten Schlepphebel 7, 8 an. Der jeweils erste Schlepphebel 7, 8 wirkt je­ weils mit einem ersten Nocken einer Nockenwelle für einen ersten Dreh­ zahlbereich zusammen, wobei am rechten Ventiltrieb 2 schematisch der Grundkreis 9 dargestellt ist. Beim rechten Ventiltrieb 2 ist der Schnitt durch den ersten Schlepphebel 8 geführt.

Die ersten Schlepphebel 7, 8 sind jeweils um zugeordnete Schlepphebel­ achsen 10, 11 als einseitige Hebel schwenkbar. An den selben Schlepphe­ belachsen 10, 11 sind jeweils in der Zeichenebene versetzt zweite Schlepp­ hebel 12, 13 als einseitige Hebel gelagert, die jeweils mit einem zweiten Nocken der Nockenwelle für einen zweiten Drehzahlbereich zusammenwir­ ken. Am linken Ventiltrieb 1 ist der Grundkreis 14 des zugeordneten zwei­ ten Nockens schematisch dargestellt. Am linken Ventiltrieb 1 ist der Schnitt durch den zweiten Schlepphebel 12 geführt.

Zwischen den ersten Schlepphebeln und zweiten Schlepphebeln 7 und 12 bzw. 8 und 13 sind jeweils Kupplungsmittel 15, 16 angeordnet, wobei die Kupplungsmittel 15, 16 alle Bauteile umfassen, die zum Verbinden oder Trennen der ersten und zweiten Schlepphebel 7, 8 und 12, 13 benötigt wer­ den und von denen in der Fig. 1 lediglich hydraulisch betätigbare Schiebe­ elemente detailliert dargestellt sind. Die ersten Schlepphebel 7, 8 sind durch die Ventilfedern 5, 6 in Richtung auf die ersten Nocken ständig vor­ gespannt. Insbesondere im nicht gekuppelten Zustand sind die zweiten Schlepphebel 12, 13 über Federelemente 17, 18 auf die zugeordneten zwei­ ten Nocken vorgespannt. Diese Federelemente 17, 18 liegen als kompakte Einheiten im Bereich unterhalb der Schlepphebelachsen 10, 11, wobei je­ weils Schlepphebelfortsätze 19, 20 an freien oberen Enden von Feder­ stößeln 21, 22 anliegen.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird die Ausführungsform des Federelements 17 näher erläutert. In einem Zylindergehäuse 23 ist eine erste, stärkere Schraubenfeder 24 angeordnet, die sich einerseits am Zylindergehäusebo­ den und andererseits an einem im Zylindergehäuse 23 verschiebbaren Fe­ dertellerkolben 25 abstützt. Die Schraubenfeder 24 bzw. der Federtellerkol­ ben 25 ist gegen einen ortsfesten Anschlag 26 vorgespannt.

Vom Kolbenboden 27 des Federtellerkolbens 25 ausgehend erstreckt sich eine Zylinderhülse 28 in den Innenbereich der Schraubenfeder 24. Zwi­ schen der Außenwand der Zylinderhülse 28 und dem zylindrischen Innen­ bereich des Federtellerkolbens 25 liegt ein Spalt 29, in dem der obere Teil der Schraubenfeder 24 geführt und gehalten ist.

Der Federstößel 21 erstreckt sich axial im Bereich der Zylinderhülse 28 und steht durch eine untere Führungsöffnung 30 mit einem unteren Feder­ stößelende 31 vor, an dem ein Federring 32 als Anschlag angebracht ist. Der Federstößel 21 ist im oberen Bereich des Kolbenbodens 27 in der Zy­ linderhülse 28 durch ein Führungsteil 33 formschlüssig geführt. Zwischen einem unteren Randbereich der Zylinderhülse 28 und dem Führungsteil 33 erstreckt sich eine schwächere, zweite Schraubenfeder 34, durch die der Federstößel 21 auf den Schlepphebelfortsatz 19 des zweiten Schlepphebels 12 hin vorgespannt ist und mit einem Anschlagteil 35 anliegt. Dieses An­ schlagteil 35 ist im Durchmesser größer als die Zylinderhülse 28 und liegt während der in Fig. 2 dargestellten Grundkreisphase mit einem geringen Abstand 36 zum Kolbenboden 27 am Schlepphebel 12 an.

In dieser Grundkreisphasenstellung ist die stärkere Schraubenfeder 24 am Anschlag 26 abgestützt und damit gegenüber dem zweiten Schlepphebel 12 nicht wirksam. Der Federstößel 21 wird somit nur über die schwächere, zweite Schraubenfeder 34 gegen den zweiten Schlepphebel 12 vorgespannt und dieser somit nur mit relativ geringer Anlagekraft bei geringer Reibung und geringem Verschleiß am Grundkreis des zugeordneten zweiten Nockens gehalten.

In der in Fig. 3 dargestellten Hubphase wird der Fortsatz 19 des zweiten Schlepphebels 12 nach unten bewegt (Pfeil 37). Dadurch wird anfangs der Abstand 36 durch Zusammenpressen der zweiten Schraubenfeder 34 rela­ tiv leicht überwunden, wonach das Anschlagteil 35 am Kolbenboden 27 anliegt. Nachfolgend wird durch den Anlagekontakt der Federtellerkolben 25 gegen die Federkraft der ersten, stärkeren Schraubenfeder 24 entspre­ chend Fig. 3 nach unten geführt. Dadurch wird erreicht, daß der zweite Schlepphebel 12 auch bei höheren Drehzahlen nicht vom zugeordneten Nocken abhebt.

In Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Ausführungsform des Feder­ elements 18 entsprechend dem Bereich B des Ventiltriebs 2 dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht hinsichtlich des Zylindergehäuses 23, der ersten, stärkeren Schraubenfeder 24, dem Anschlag 26 und der Zylin­ derhülse 28 der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführung, so daß die glei­ chen Bezugszeichen verwendet sind. Es sind lediglich die Führung und Halterung des Federstößels 22 anders gestaltet.

Während der Federstößel 22 auch hier mit einem unteren Federstößelende 31 mit Federring 32 aus einer Führungsöffnung 30 der Zylinderhülse 28 vorsteht, ist das gegenüberliegende, obere Federstößelende als Hutprofil 38 ausgebildet, das mit einem Rand 39 einen über den Kolbenboden 27 vor­ stehenden Bund 40 der Zylinderhülse 28 formschlüssig und verschiebbar übergreift.

In der in Fig. 4 dargestellten Grundkreisphase des zugeordneten zweiten Nockens liegt die Unterseite des Hutprofils 38 mit einem geringen Abstand 41 zum Bund 40 der Zylinderhülse 28. In der Hubphase dieses zweiten Nockens wird dieser Abstand 41 entsprechend dem Abstand 36 aus Fig. 2 gegen die Wirkung der zweiten Schraubenfeder 34 überwunden, so daß das Hutprofil 38 am Bund 40 anliegt und bei einer weiteren Einfederung die stärkere, erste Schraubenfeder 24 wirksam wird.

Claims (10)

1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine,
mit mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßventil (3; 4) pro Zy­ linder,
mit einem ersten Schlepphebel (7; 8), der mit einem Ventil und mit einem ersten Nocken einer Nockenwelle für einen ersten Drehzahlbe­ reich zusammenwirkt,
mit einem zweiten Schlepphebel (12; 13), der mit einem zweiten Nocken der Nockenwelle für einen zweiten Drehzahlbereich zusam­ menwirkt und an diesem durch Federmittel (17; 18) in Anlage gehal­ ten ist, die von zwei hintereinander geschalteten Federn (24, 34) un­ terschiedlicher Stärke gebildet werden, wobei
die stärkere Feder eine erste, stärkere Schraubenfeder (24) ist, die sich einerseits auf einem ortsfesten, ersten Anschlag und andererseits auf einem verschiebbaren Federteller (25) abstützt, der unter einer Vorspannung der stärkeren Feder (24) an einem zweiten, ortsfesten Anschlag (26) anliegt, von dem der Federteller (25) erst nach Zusam­ mendrücken einer zweiten, schwächeren Feder (34) durch den zwei­ ten Schlepphebel (12; 13) abgehoben wird, und
mit Kupplungsmitteln (15; 16) zum Verbinden oder Trennen der er­ sten und zweiten Schlepphebel (7 und 12; 8 und 13),
dadurch gekennzeichnet,daß im Innenbereich und axial zur ersten, stärkeren Schraubenfeder (24) ein durch die zweite, schwächere Feder (34) vorgespannter Fe­ derstößel (21; 22) verschiebbar gehalten ist, an dessen einem Feder­ stößelende der zweite Schlepphebel (12; 13) anliegt.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Federteller als Federtellerkolben (25) in einem Zylinderge­ häuse (23) verschiebbar gelagert ist, und die erste Schraubenfeder (24) im Zylindergehäuse (23) angeordnet ist,
daß sich vom Kolbenboden (27) des Federtellerkolbens (25) eine Zy­ linderhülse (28) in den Innenbereich der ersten, stärkeren Schrauben­ feder (24) in das Zylindergehäuse (23) erstreckt,
daß in dieser Zylinderhülse (28) der Federstößel (21; 22) verschiebbar und durch die zweite, schwächere Feder (34) vorgespannt gehalten ist und
daß der zweite Schlepphebel (12; 13) an dem die Zylinderhülse (28) überragenden freien Federstößelende (35; 39) anliegt.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenfläche des zylindrischen Teils des Federtellerkolbens (25) und der radial innen gegenüberliegenden Außenfläche der Zylinder­ hülse (28) ein Spalt (29) ist mit einer Spaltbreite mit geringem Über­ maß entsprechend dem Federdrahtdurchmesser der ersten, stärkeren Schraubenfeder (24).

4. Ventiltrieb nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net,
daß die zweite, schwächere Feder eine zweite Schraubenfeder (34) ist, die in der Zylinderhülse (28) angeordnet ist,
daß der Federstößel (21; 22) im Innenbereich der zweiten Schrauben­ feder (34) durch eine zylindergehäuseseitige Öffnung (30) in einem Zylinderhülsenboden verschiebbar gehalten ist, und sich die zweite Schraubenfeder (34) einerseits am Zylinderhülsenboden und anderer­ seits im Bereich des freien Federstößelendes abstützt.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem aus dem Zylinderhülsenboden vorstehenden Federstößelende (31) ein Federring (32) als Anschlag für die Federvorspannung der zweiten Schraubenfeder (34) angebracht ist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die zylinderbodenseitige Öffnung (30) im Durchmesser dem Federstößeldurchmesser so angepaßt ist, daß sie als Federstößelfüh­ rung wirkt.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der vorgespannte Federstößel (21; 22) mit einem Anschlag­ teil im Bereich des freien Federstößelendes während der Grundkreis­ phase des zweiten Nockens mit geringem Abstand (36; 41) zu einem Anschlag am Kolbenboden (27) oder an der Zylinderhülse (28) liegt und während der Hubphase des zweiten Nockens dieser Abstand durch Zusammenpressen der zweiten Feder (34) überwunden wird.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zylinderhülse (28) mit einem Bund (40) gegenüber dem Kol­ benboden (27) vorsteht,
daß das freie Federstößelende als Hutprofil (38) ausgebildet ist, das mit einem Rand (39) den Bund (40) formschlüssig und verschiebbar übergreift, wobei die zweite Schraubenfeder (34) an einem Ende an der Innenseite des Hutprofils (38) abgestützt ist, und
daß das Hutprofil (38) auch als Anschlagteil für das Anschlagen am Bund (40) der Zylinderhülse (28) ausgebildet ist.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Federstößel (21; 22) im Bereich des Kolbenbodens (27) mit einem Führungsteil (33) in der Zylinderhülse (28) formschlüssig ver­ schiebbar geführt ist,
daß die zweite Schraubenfeder (34) an einem Ende am Führungsteil (33) abgestützt ist und
daß sich an das Führungsteil (33) ein im Durchmesser größer als die Zylinderhülse (28) ausgebildetes Anschlagteil (35) für das Anschlagen am Kolbenboden (27) anschließt, welches das freie Federstößelende bildet.

10. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Federstößel (21; 22) zwischen dem ventilseitigen und dem lagerseitigem Ende des zweiten Schlepphebel (12; 13) an diesem anliegt.