DE19919245A1

DE19919245A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19919245A1
Application number: DE19919245A
Authority: DE
Inventors: Christof Faria; Oliver Schnell
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-29
Also published as: DE19919245B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein abschaltbarer Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, in den ein hydraulisches Spielausgleichselement (11) eingebaut ist. Bei diesem Ventiltrieb (1) ist ein unerwünschtes Aufpumpen eines Hochdruckraums (13) des Spielausgleichselements (11) verhindert. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß eine Vorspannkraft (F¶1vor¶) für ein erstes Druckfedermittel (10), welches ein Gehäuse (8) und ein Innenteil (9) eines in den Ventiltrieb (1) integrierten Nockenfolgers (4) (Schaltelement) voneinander weg beaufschlagt, stets größer ausgelegt wird, als die Summe einer Vorspannkraft (F¶2vor¶) eines zweiten Druckfedermittels (15) im Spielausgleichselement (11) und einer in einem Hochdruckraum (13) des Speilausgleichselements (11) anstehenden maximalen Hydraulikmitteldruckkraft (F¶hyd¶).

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem oszillie renden Nockenfolger bzw. einem Einsteck- oder Abstützelement für einen hebelar tigen Nockenfolger, die vom Hub eines oder mehrerer gleicher Nocken auf bevor zugt einen Nullhub zumindest eines Gaswechselventils abschaltbar sind und aus einem Gehäuse und einem Innenteil bestehen, die axial zueinander relativ beweg lich ineinander gesteckt und durch ein erstes Druckfedermittel voneinander weg beaufschlagt sind, wobei in wenigstens einem der Elemente Gehäuse/Innenteil im Abschaltfall ein Koppelmittel verläuft, das zu deren Kopplung bei ihrer axial von einander entfernten Stellung mit einem Teilabschnitt in das andere Element In nenteil/Gehäuse verlagerbar ist, wobei in das Innenteil ein hydraulisches Spielausgleichselement eingebaut ist, das mit seinem zumindest mittelbar mit dem Gaswechselventil kommunizierenden Druckkolben axial beweglich zum Innenteil verläuft und axial zwischen dem Druckkolben und dem Innenteil ein Hochdruck raum mit einem sich zwischen dem Druckkolben und dem Innenteil abstützenden zweiten Druckfedermittel vorgesehen ist und wobei das Spielausgleichselement über eine Zuleitung mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, welche Zuleitung von einer Hydraulikmittelpumpe versorgbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Ventiltrieb geht aus dem als gattungsbildend betrachteten DE-GM 93 19 435.8 hervor. Dessen Abstützelement kommuniziert an einem Ende mit einem Kipphebel. Dieser wiederum beaufschlagt ein Gaswechselventil in bekannter Art und Weise. Das hydraulische Spielausgleichselement des Ab stützelements wird von einer Zuleitung aus dem Zylinderkopf mit Hydraulikmit tel gespeist, welche Zuleitung in aller Regel von der Hydraulikmittelpumpe ver sorgt wird, die gleichzeitig dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß der Hydraulikmitteldruck in der Zuleitung zum Spielausgleichselement eine derartige Größe annehmen kann, daß er in Verbindung mit der Vorspannkraft des zweiten Federmittels im Hochdruckraum des Spielausgleichselements zu einem "Aufpumpen" des Spielausgleichselements führen kann. Dieses "Aufpumpen" beeinträchtigt die Spielausgleichsfunktion und die gesamte Funktion des Nockenfolgers signifi kant negativ und wurde von der Fachwelt bisher hingenommen.

Zum einen kann es durch das "Aufpumpen" dazu kommen, daß das jeweilige Gaswechselventil unerwünscht einen Hub erfährt. Andererseits kann bei genü gend großer Hydraulikmitteldruckkraft im Hochdruckraum, im Zusammenwirken mit der Vorspannkraft des dort befindlichen zweiten Federmittels, eine Kopp lung aus einem Entkoppelzustand des Abstützelements nicht mehr möglich sein. Dies rührt daher, daß durch dieses ebengenannte "Aufpumpen" sich die im Grundkreis ansonsten vorliegende fluchtende Position der entsprechenden Aufnahmen für die Koppelmittel verschoben hat. Im umgekehrten Fall kann trotz erwünschter Entkopplung aus dem gekoppelten Zustand heraus diese Entkopplung durch ein Verspannen des Innenteils zum Gehäuse blockiert sein.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die eben genannten Nachteile beseitigt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Vorspannkraft (F_1vor) des ersten Druckfedermittels in bezug auf eine Summe einer Vorspannkraft (F_2vor) des zweiten Druckfedermittel und einer maximalen Hydraulikmitteldruckkraft (F_Hyd) im Hochdruckraum derartig ausgelegt ist, daß gilt: (F_1vor) < (F_2vor) + (F_Hyd).

Durch die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Abstimmung ist dem Fachmann eine einfache Lehre in die Hand gegeben, mittels derer er die eingangs zitierten Nachteile beseitigen kann. Reduziert er beispielsweise die Hydraulikmit teldruckkraft durch die nachfolgend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung, so kann die Vorspannkraft des ersten Federmittels deutlich geringer ausgelegt wer den. Ansonsten wäre es natürlich denkbar, diese Vorspannkraft so zu erhöhen, daß sie deutlich größer als die Summe aus der Hydraulikmitteldruckkraft und der Vorspannkraft des zweiten Federmittels ist. Hier sind jedoch Bauraum- und Festig keitsgrenzen gesetzt. Da, bei Reduzierung der Hydraulikmitteldruckkraft, das erste Druckfedermittel kleiner dimensioniert werden kann, ist auch mit einer geringeren Kontaktkraft zum beaufschlagenden Nocken zu rechnen. Dies reduziert die Reib leistung im Ventiltrieb.

In zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, der Zuleitung bis unmittelbar vor das Spielausgleichselement Mittel zur Begrenzung bzw. Reduzie rung des Hydraulikmitteldrucks zuzuordnen. Diese Mittel können beispielsweise aus einem Regelkreis mit einem elektromagnetischen Schaltventil bestehen. Es ist jedoch auch vorgesehen, dieser Zuleitung ein federbeaufschlagtes Rückschlag ventil und/oder eine Drossel zuzuordnen. Insbesondere bei Verwendung des Schaltventils oder des Rückschlagventils ist nach diesen Bauteilen mit einem rela tiv konstanten und beherrschbaren Hydraulikmitteldruck in der Zuleitung zu rech nen. Gerade der Einsatz des Reglers erweist sich besonders temperatur- und vis kositätsunabhängig. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch eine Kombination einer Drossel oder einer abspritzenden Düse mit dem Regler oder dem federbela steten Rückschlagventil.

Alternativ ist es vorgeschlagen, die Hydraulikmitteldruckkraft durch gezielte An bringung von Leckstellen in der Zuleitung bis unmittelbar vor dem hydraulischen Spielausgleichselement zu reduzieren. Diese Leckstellen können beispielsweise ebenfalls als abspritzende Bohrungen ausgebildet sein, sie können jedoch auch, beispielsweise bei einem hebelartigen Nockenfolger, gleichzeitig dessen Gelenk stellen schmieren.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zuleitung von der Hydraulikmittelpumpe versorgt wird, die gleichzeitig einen Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Der Schutzbereich der Erfindung umfaßt jedoch ausdrücklich auch eine derartige Lösung, bei welcher der Zuleitung zum Spielausgleichselement eine separate Hy draulikmittelpumpe zugewiesen ist.

Selbstverständlich wird der Fachmann bei Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel die Vorspannkraft des ersten Federmittels so groß wählen, daß der Ventiltrieb bei allen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und insbesondere im Entkoppelzustand stets in Nockenkontakt ist und somit kein undefiniertes Flattern auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbei spiels näher beschrieben. Es zeigt die einzige Figur einen Stößelstangentrieb mit einem abschaltbaren Nockenfolger.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die Figur offenbart einen Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine, der hier als Stößelstangentrieb ausgebildet ist. Der Schutzbereich der Erfindung bezieht sich jedoch klar nicht nur auf den hier zeichnerisch dargestellten Ventiltrieb, sondern auf jeden Ventiltrieb, welcher vom Nockenhub abschaltbar und in den ein hydraulisches Spielausgleichselement eingebaut ist.

Der vorgenannte Ventiltrieb 1 besteht aus einem Nocken 2, der seitlich der Brennkraftmaschine 3 positioniert ist. Der Nocken 2 wirkt auf einen hier als Rollenstößel ausgebildeten, oszillierenden Nockenfolger 4. Der Nockenfolger 4 beaufschlagt eine Stößelstange 5. Diese wirkt einenends auf einen Kipphebel 6, welcher anderenends ein Gaswechselventil 7 im Öffnungssinn beaufschlagt.

Der Nockenfolger 4 besteht aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 8, welches konzentrisch und axialbeweglich zu diesem ein Innenteil 9 einschließt. Das Innenteil 9 ist von dem Gehäuse 8 weg durch ein erstes Druckfedermittel 10 in bekannter Bauart beaufschlagt. Als erstes Druckfedermittel 10 kommt hier we nigstens eine Schraubenfeder in Frage. Es sind jedoch auch andere druckaus übende und dem Fachmann geläufige Medien einsetzbar. Das Innenteil 9 wie derum schließt ein hydraulisches Spielausgleichselement 11 bekannter Bauart ein. Das Spielausgleichselement 11 besitzt einen Druckkolben 12, welcher an seiner Unterseite gegenüber einem Boden des Innenteils 9 einen Hochdruck raum 13 begrenzt und an der Unterseite ein sich in Richtung zum Hochdruck raum 13 öffnendes Rückschlagventil 14 aufweist. Der Druckkolben 12 wieder um ist in Richtung zur Stößelstange 5, also von dem Innenteil 9 weg, durch ein zweites Druckfedermittel 15 beaufschlagt, das in den Hochdruckraum 13 ein gebaut ist. Vorzugsweise soll wenigstens eine Schraubenfeder eingesetzt sein, denkbar sind jedoch auch andere druckausübende Mittel, wie solche die als Tellerfeder, Spiralfeder oder sonstige ausgebildet sind.

Unterhalb des Spielausgleichselements 11 ist in einer Radialbohrung des In nenteils 9 ein nicht näher zu beschreibendes Koppelmittel 16 eingebaut. Die ses verläuft bei der hier dargestellten Ansicht mit einem Teilabschnitt in einer radial außen angrenzenden Aufnahme des Gehäuses 8.

Gleichzeitig ist zu erkennen, daß das Spielausgleichselement 11 über eine Zuleitung 17 mit Hydraulikmittel versorgbar ist. Diese Zuleitung 17 geht von einer schematisch dargestellten Hydraulikmittelpumpe 18 aus. Der Hydraulik mittelpumpe 18 unmittelbar nachgeordnet ist ein als Drossel ausgebildetes Mittel 19 zur Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks. Nach dem Mittel 19 wirkt die Zuleitung 17 noch mit einem Mittel 20 zur Begrenzung des Hydraulikmittel drucks zusammen. Dieses Mittel 20 ist hier als federbelastetes Rückschlag ventil ausgebildet.

Die Zuleitung 17 ist weiter fortgeführt durch eine Achse 21 für den Kipphebel 6 und von dort über eine Längserstreckung des Kipphebels 6 durch die Stößel stange 5 unmittelbar zum Spielausgleichselement 11.

Nach der Erfindung ist nun die Vorspannkraft F_1vor des ersten Druckfedermittels 10 so ausgelegt, daß sie stets größer ist als eine Summe der Vorspannkraft F_2vor des zweiten Druckfedermittels 15 im hydraulischen Spielausgleichsele ment 11 und einer im Hochdruckraum 13 anstehenden Hydraulikmitteldruck kraft F_hyd. Hierdurch wird verhindert, daß sich der Nockenfolger 4, wie be schreibungseinleitend dargelegt, unerwünscht "aufpumpt". Dies könnte man zwar auch dadurch erreichen, daß man die Vorspannkraft F_1vor des ersten Druckfedermittels 10 sehr stark wählt. Hier stehen jedoch Bauraum-, Festig keits- und Verschleißgründe entgegen. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, die im hydraulischen Spielausgleichselement 11 bis dato ungehindert anste hende Hydraulikmitteldruckkraft F_hyd reduzieren. Dies kann der Fachmann bei spielsweise dadurch realisieren, indem er die genannte Drossel als Mittel 19 zur Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks F_hyd in die Zuleitung 17 einbaut. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist jedoch der Zuleitung 17 nach dem Mittel 19 noch das Mittel 20 zur Begrenzung des Hydraulikmitteldrucks nachgeordnet. Dieses Mittel 20, welches einen niedrigen Solldruck einstellt, ist hier als feder belastetes Rückschlagventil ausgebildet und öffnet immer dann, wenn nach der Drossel noch ein unnötig großer Hydraulikmitteldruck F_hyd in der Zuleitung 17 ansteht. Beide genannten Elemente 19, 20 können auch allein appliziert wer den.

Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, die Zuleitung 17 mit einem Regel kreis zu versehen, der ein elektromagnetisches Schaltventil aufweist. Dieses Schaltventil (nicht dargestellt) regelt den Druck in der Zuleitung 17 ebenfalls auf den gewollt niedrigen Solldruck.

Es wird auch vorgeschlagen, in der Zuleitung 17 gezielte Leckstellen zur Re duzierung des Hydraulikmitteldrucks F_hyd einzubauen. Diese Leckstellen könn ten beispielsweise als Abspritzbohrungen ausgebildet sein. Denkbar ist es je doch auch, über diese Leckstellen gleichzeitig Schmierstellen im Ventiltrieb mit Hydraulikmittel zu versorgen. Diese Hydraulikdruckreduzierung ist jedoch rela tiv ungenau und abhängig von der Viskosität des Hydraulikmittels.

Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme erweist sich hauptsäch lich bei den Ventiltrieben als sinnvoll, die zwischen dem Hub einer Nocken kontur und Nullhub umschalten. Bei anderen Elementen, wie beispielsweise bei den aus der US-PS 5,398,648 vorbekannten oder bei denen, die in der WO 91/12413 beschrieben sind, kann diese Effekt des "Aufpumpens" des Spielausgleichselements nicht zu den genannten unerwünschten Wirkungen führen, da sich im Grundkreis der beaufschlagenden Nockenpaare deren In nenelement ebenfalls am Nocken abstützt.

Bezugszahlen

1

Ventiltrieb

2

Nocken

3

Brennkraftmaschine

4

Nockenfolger

5

Stößelstange

6

Kipphebel

7

Gaswechselventil

8

Gehäuse

9

Innenteil

10

Druckfedermittel

11

hydraulisches Spielausgleichselement

12

Druckkolben

13

Hochdruckraum

14

Rückschlagventil

15

Druckfedermittel

16

Koppelmittel

17

Zuleitung

18

Hydraulikmittelpumpe

19

Mittel zur Reduzierung

20

Mittel zur Begrenzung

21

Achse

Claims

1. Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine mit einem oszillierenden Nockenfolger (4) bzw. einem Einsteck- oder Abstützelement für einen hebelartigen Nocken folger, die vom Hub eines oder mehrerer gleicher Nocken (2) auf bevorzugt ei nen Nullhub zumindest eines Gaswechselventils (7) abschaltbar sind und aus einem Gehäuse (8) und einem Innenteil (9) bestehen, die axial zueinander re lativ beweglich ineinander gesteckt und durch ein erstes Druckfedermittel (10) voneinander weg beaufschlagt sind, wobei in wenigstens einem der Elemente Gehäuse (8)/Innenteil (9) im Abschaltfall ein Koppelmittel (16) verläuft, das zu deren Kopplung bei ihrer axial voneinander entfernten Stellung mit einem Teil abschnitt in das andere Element Innenteil (9)/Gehäuse (8) verlagerbar ist, wo bei in das Innenteil (9) ein hydraulisches Spielausgleichselement (11) einge baut ist, das mit seinem zumindest mittelbar mit dem Gaswechselventil (7) kommunizierenden Druckkolben (12) axial beweglich zum Innenteil (9) verläuft und axial zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) ein Hochdruck raum (13) mit einem sich zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) abstützenden zweiten Druckfedermittel (15) vorgesehen ist und wobei das Spielausgleichselement (11) über eine Zuleitung (17) mit Hydraulikmittel beauf schlagbar ist, welche Zuleitung (17) von einer Hydraulikmittelpumpe (18) ver sorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannkraft (F_1vor) des er sten Druckfedermittels (10) in bezug auf eine Summe einer Vorspannkraft (F_2vor) des zweiten Druckfedermittel (15) und einer maximalen Hydraulikmittel druckkraft (F_Hyd) im Hochdruckraum (13) derartig ausgelegt ist, daß gilt: (F_1vor) < (F_2vor) + (F_Hyd).

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleitung (17) bis unmittelbar vor das Spielausgleichselement (11) Mittel (20, 19) zur Begren zung bzw. Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks (F_Hyd) zugeordnet sind.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur Begrenzung aus einem Hydraulikmitteldruckregler wie einem elektromagneti schen Schaltventil bestehen.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur Begrenzung aus einem federbelasteten Rückschlagventil bestehen.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulei tung (17) zusätzlich Mittel (19) zur Reduzierung wie eine als Drossel oder ab spritzende Düse ausgebildete Querschnittsverengung oder Leckstellen zuge ordnet sind.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (19) zur Reduzierung aus einer wie eine Drossel oder abspritzenden Düse ausgebilde ten Querschnittsverengung oder aus Leckstellen bestehen.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (17) von der Hydraulikmittelpumpe (18) versorgbar ist, die gleichzeitig einen Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine beaufschlagt und daß bevorzugt die Zuleitung (17) Bestandteil des Schmiermittelkreislaufs ist.