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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Ein derartiger Schlepphebel ist aus
DE 10 2016 202 272 A1 bekannt. Der Schlepphebel besteht aus einem Außenhebel, dessen längliche Arme einen Innenhebel mit einer Rolle mit einer Nockenanlauffläche einfassen. Jeder der Arme des Außenhebels bildet an einer Oberseite eine Gleitfläche als Nockenanlauffläche. Der Außenhebel weist längs verlagerbare Koppelmittel zum wahlweisen Verbinden des Innen- mit dem Außenhebel auf. An der Unterseite eines Endes ist am Außenhebel eine Gaswechselventilkontaktfläche und an der Unterseite des anderen Endes ein kalottenförmiges Schwenklager zur Abstützung des Schlepphebels auf einem Kopf eines Abstützelements vorgesehen. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass für nur in Teilbereichen des Motorkennfeldes eingesetzte Nachhubanwendungen, beispielsweise zum früheren Auslass-Ventil-Öffnen, und Hubprofilumschaltungen, beispielsweise zum früheren oder späteren Einlass-Ventil-Schließen, der Nockenrollenabgriff am deaktivierbare Innenhebel eingesetzt und dadurch der im gesamten Motorkennfeld zum Einsatz kommende Haupthub über die Gleitflächen am Außenhebel abgegriffen werden muss. Dies hat im Betrieb sowohl erhöhten Verschleiß als auch erhöhte Reibungsverluste zur Folge.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen schaltbaren Schlepphebel vorzuschlagen, der erhöhten Verschleiß und erhöhte Reibungsverluste im Betrieb vermeidet.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Es wird ein schaltbarer Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Außenhebel und einem verschwenkbar an diesem abgestützten Innenhebel vorgeschlagen, wobei der Innenhebel vom Außenhebel zumindest teilweise umfasst ist. Hierbei fungiert der Außenhebel als sogenannter Primärhebel mit einem abstützseitigen Hebelendbereich zur schwenkbeweglichen Abstützung des Schlepphebels und einem ventilseitigen Hebelendbereich zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine. Da erfindungsgemäß zum Abgriff einer Nockenhubbewegung zumindest eine Nockenrolle auf einer am Innenhebel durchgehenden Achse am Außenhebel abgestützt ist, ist für einen nur teilweise im Betrieb eingesetzten abschaltbaren Hub, insbesondere einen zu einem Haupthub zeitversetzten Nachhub oder eine Profilhubumschaltung, der deaktivierbare Innenhebel als sogenannter Sekundärhebel einsetzbar. Zugleich ist der im gesamten Motorkennfeld zum Einsatz kommende Haupthub über einen verschleiß- und reibungsarmen Nockenrollenabgriff am Außenhebel als Primärhebel abgreifbar, so dass im Betrieb erhöhter Verschleiß und erhöhte Reibungsverluste sicher vermieden werden.
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In einer bevorzugten besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind Gleitflächen zum Abgriff einer Nockenhubbewegung am Innenhebel ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Achse zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten des Außenhebels und ist an den Seitenwandabschnitten abgestützt.
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Die Achse ist vorzugsweise an fluchtend gegenüberliegenden sich in Schwenkrichtung erstreckenden Öffnungen des Innenhebels hindurchgeführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Innenhebel in vom Außenhebel entkoppeltem bzw. deaktivierten Zustand während eines Leerhubs relativ zum Außenhebel verschwenkbar ist und nicht durch die an ihm hindurchgeführte Achse behindert wird.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Innenhebel zwei gegenüberliegende Seitenwandabschnitte aufweist, zwischen denen die Nockenrolle auf der Achse in besonders einfacher Weise angeordnet ist.
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Dabei ist es besonders einfach möglich, die Achse an den gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten des Innenhebels hindurchzuführen. Bevorzugt sind hierzu die fluchtend gegenüberliegenden sich in Schwenkrichtung erstreckenden Öffnungen des Innenhebels an den gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten ausgeführt. In besonders vorteilhafter Weise können die Öffnungen an jeweils zumindest einem Ende in Kontakt mit der Achse einen Endanschlag in Schwenkrichtung für den Innenhebel bilden. Die Öffnungen sind vorzugsweise als sich in Schwenkrichtung des Innenhebels erstreckende Langlöcher ausgeführt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Innenhebel bauraumsparend zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten des Außenhebels verschwenkbar angeordnet ist. Dabei ist es in weiterhin besonders einfacher Weise möglich, die am Innenhebel hindurchgeführte Achse an den Seitenwandabschnitten des Außenhebels abzustützen. Vorzugweise ist hierzu die Achse mit ihren Enden an fluchtenden Durchgangsöffnungen der Seitenwandabschnitte hindurchgeführt und an den Enden beispielsweise verstemmt oder auf andere Weise axial fixiert.
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Die Gleitflächen am Innenhebel können auf besonders einfache Weise an den einer antreibenden Nockenwelle der Brennkraftmaschine zugewandten Hebeloberseite der Seitenwandabschnitte des Innenhebels ausgebildet sein. Vorzugsweise sind zur Verbreiterung der Gleitflächen diese an den voneinander abgewandten Außenseiten der Seitenwandabschnitte an der Hebeloberseite ausgebildeten Vorsprüngen ausgeführt.
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Bevorzugt überdecken dabei die Vorsprünge die Seitenwandabschnitte des Außenhebels an der Hebeloberseite.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn Außen- und Innenhebel zum Schalten durch einen in den Außenhebel integrierten Koppelmechanismus koppelbar sind. Am Außenhebel ist die Zugänglichkeit des Koppelmechanismus zur Herstellung und Montage erleichtert. Zudem wird eine alternative insbesondere elektromechanische Betätigung des Koppelmechanismus durch eine von außen angreifende Aktorik ermöglicht.
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Bevorzugt ist die Nockenrolle über eine Wälzlagerung auf der Achse abgestützt. Vorzugsweise sind dabei die Wälzkörper an beiden axialen Seiten der Wälzlagerung jeweils durch eine auf der Achse angeordnete Scheibe gegen Herausfallen gesichert.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 bis 5 einen erfindungsgemäßen schaltbaren Schlepphebel,
- 6 den schaltbaren Schlepphebel in abgeschaltetem Zustand
- 7 eine Anordnung des Schlepphebels im Nockenabgriff mit einem Mehrfachnocken,
- 8 den Mehrfachnocken aus 7,
- 9 bis 11 eine Anordnung des Schlepphebels im Nockenabgriff mit dem Mehrfachnocken aus 7 in verschiedenen Hubvarianten,
- 12 ein Diagramm mit verschiedenen Hubkurven für eine Anordnung des Schlepphebels im Nockenabgriff mit dem Mehrfachnocken aus 7.
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In 1 bis 6 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer schaltbarer Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Außenhebel 1 und einem von diesem teilweise umfassten Innenhebel 2 dargestellt. Der Außenhebel 1 ist an einem abstützseiteigen Hebelendbereich 3 schwenkbeweglich abstützbar, während an einem ventilseitigen Hebelendbereich 4 an der Hebelunterseite eine Ventilkontaktfläche 5 zur Betätigung zumindest eines nicht dargestellten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Außenhebel 1 bildet auf diese Weise einen sogenannten Primärhebel, an dem der Innenhebel 2 als sogenannter Sekundärhebel verschwenkbar abgestützt ist. Zum Abgriff einer Nockenhubbewegung von einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist eine Nockenrolle 6 auf einer am Innenhebel 2 durchgehenden Achse 10 am Außenhebel 1 abgestützt. Am Innenhebel 2 sind zwei Gleitflächen 7, 8 zum Nockenabgriff vorgesehen (1 und 2). Außen- und Innenhebel 1, 2 sind durch einen am abstützseitigen Hebelendbereich 3 des Außenhebels 1 in einem gehäuseartigen Abschnitt integrierten Koppelmechanismus 9 koppelbar. In entkoppeltem Zustand führt der Innenhebel 2 eine Leerhubbewegung als sogenannte Lost-Motion-Bewegung aus, bei der kein Ventilhub übertragen und der Innenhebel als Sekundärhebel in diesem Sinne deaktivierbar ist. Der Innenhebel 2 ist so zu- oder abschaltbar, wodurch in gekoppeltem Zustand am Innenhebel 2 die Übertragung eines gegenüber einem Haupthub zeitversetzten Nachhubs oder eine Hubprofilumschaltung möglich ist. Dagegen ist in entkoppeltem Zustand nur der Haupthub am Außenhebel 1 als Primärhebel übertragbar und sind Nachhub oder Hubprofilumschaltung abschaltbar. Hierbei ist in besonders vorteilhafter Weise der Haupthub von der Nockenrolle 6 am Außenhebel 1 als Primärhebel und ein abschaltbarer Nachhub oder eine abschaltbare Hubprofilumschaltung über die Gleitflächen 6, 7 am deaktivierbaren Innenhebel 2 als sogenannter Sekundärhebel abgreifbar. Es ist dabei auch möglich, über den Außenhebel 1 an der Ventilkontaktfläche 5 im sogenannten Twin-Pallet-Design, mehrere Gaswechselventile gleichzeitig zu betätigen.
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Der Innenhebel 2 ist zwischen zwei parallel gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten 15, 16 des Außenhebels 1 verschwenkbar angeordnet. Dabei verläuft die die Nockenrolle 6 tragende Achse 10 zwischen den Seitenwandabschnitten 15, 16 des Außenhebels 1 und ist mit ihren beiden Enden in fluchtenden Durchgangsöffnungen 17, 18 der Seitenwandabschnitte 15, 16 desselben abgestützt. Die mit ihren Enden an den Durchgangsöffnungen 17, 18 hindurchgeführte Achse 10 ist beispielsweise durch Verstemmen der Enden an den Seitenwandabschnitten 15, 16 axial fixiert (2 und 5).
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Die Nockenrolle 6 ist zwischen zwei parallel gegenüberliegenden Seitenwandabschnitten 11, 12 des Innenhebels 2 auf der Achse 10 angeordnet und an fluchtend gegenüberliegenden sich in Schwenkrichtung erstreckenden Öffnungen 13, 14 an den Seitenwandabschnitten 11, 12 des Innenhebels 2 hindurchgeführt ( 1, 3 bis 5). Durch die Öffnungen 13, 14 wird sichergestellt, dass in entkoppeltem Zustand von Außen- und Innenhebel 1, 2 (Lost-Motion-Betrieb) der deaktivierte Innenhebel 2 gegenüber dem Außenhebel 1 zwischen zwei Endlagen verschwenkbar ist, ohne dass die am Innenhebel 2 hindurchgeführte Achse 10 mit diesem kollidiert.
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Die Öffnungen 13, 14 bilden längliche Bohrungen, die an ihren in schmalen Enden kreisbogenförmig in Schwenkrichtung abgeschlossen sind, deren Durchmesser der Breite der Öffnungen 13, 14 entsprechen (4 und 5). Die Längsseiten des Öffnungen 13, 14 verlaufen parallel zueinander in Schwenkrichtung. Dabei bildet der Kontakt zwischen den jeweiligen Enden der Öffnungen 13, 14 und der an diesen hindurchgeführten Achse 10 einen Endanschlag in Schwenkrichtung für den Innenhebel 2. Die Öffnungen 13, 14 können als einfache Langlöcher ausgeführt sein.
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Die Gleitflächen 7,8 sind am Innenhebel 2 an der in Schwenkrichtung der Nockenwelle zugewandt ausgerichteten schmalen Hebeloberseite der Seitenwandabschnitte 11, 12 ausgebildet sind. Zur Verbreiterung der Gleitflächen 7, 8 sind an den voneinander abgewandten Außenseiten der Seitenwandabschnitte 11, 12 Vorsprünge 29, 30 ausgebildet, die die Seitenwandabschnitte 14, 15 des Außenhebels 1 an der Hebeloberseite überdecken.
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Die Nockenrolle 6 ist über eine Wälzlagerung 19, vorzugsweise ein bauraumsparendes und verschleißarmes Nadellager wie hier dargestellt, auf der Achse 10 abgestützt. Dabei können die Wälzkörper an beiden axialen Seiten der Wälzlagerung 19 jeweils durch eine auf der Achse 10 angeordnete Scheibe gegen Herausfallen gesichert werden.
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6 zeigt den Schlepphebel in sogenanntem abgeschalteten Zustand, in dem Außen- und Innenhebel 2 entkoppelt und der Innenhebel 2 sich im Leerhub (Lost-Motion-Betrieb) befindet und am Innenhebel 2 kein Ventilhub übertragen wird.
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In der Übersicht in 7 ist eine Anordnung des Schlepphebels mit der Nockenrolle 6 des Außenhebels 1 im Nockenkontakt in der Grundkreisphase mit einem Mehrfachnocken 20 gemäß Figur 8 für Nachhubanwendungen dargestellt. Die Nockenkontur des Mehrfachnocken 20 (8) weist zwei axial außenliegende Nachhubnocken 21, 22 auf, die um 90° versetzt zu einem axial zwischen diesen angeordneten Haupthubnocken 23 ausgebildet sind.
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In 9 bis 11 ist eine Anordnung des Schlepphebels im Nockenkontakt mit dem Mehrfachnocken 20 für verschiedene Hubvarianten für Nachhubanwendungen dargestellt. Während eines Haupthubs des Schlepphebels (9) befindet sich der Mehrfachnocken 20 mit dem Haupthubnocken 23 in Kontakt mit der Nockenrolle 6 des Außenhebels 1, wodurch ein Vollhub auf das zu betätigende Gaswechselventil übertragen wird. Dabei befinden sich die Gleitflächen 7, 8 des Innenhebels 2 außer Kontakt mit den zeitversetzt nachlaufenden Nachhubnocken 21, 22. Der dabei an einer am ventilseitigen Hebelendbereich 4 des Außenhebels 1 an der Ventilkontaktfläche 5 zur Ventilbetätigung erreichte Vollhub des Außenhebels 1 ist als Auslenkung der Ventilkontaktfläche 5 gegenüber der unverschwenkten Ausgangsstellung im Grundkreis des Schlepphebels durch zwei Strichpunktlinien und zwei Pfeile angedeutet. Die in der Bildebene horizontale Strich-Punkt-Linie kennzeichnet dabei die unverschwenkten Ausgangsstellung in der Nocken- Grundkreisphase.
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In dem in 10 zeitversetzt gegenüber dem Haupthub aus 9 dargestellten Nachhub des Schlepphebels befindet sich die Gleitflächen 7, 8 in Nockenkontakt mit den Nachhubnocken 21, 22 des Mehrfachnockens 20, während der Haupthubnocken 23 außer Kontakt mit der Nockenrolle 6 gelangt. Dabei ist der an der Ventilkontaktfläche 5 des Außenhebels 1 zur Ventilbetätigung erreichte Nachhub deutlich kleiner als der bei einem Vollhub des Schlepphebels in 9 erreichte Ventilhub. In entkoppeltem Zustand von Außen- und Innenhebel 1, 2 gemäß 11 befindet sich der Innenhebel 2 in abgeschaltetem bzw. deaktivierten Zustand im Leerhub (Lost-Motion-Betrieb), so dass im Nockenkontakt der Gleitflächen 7, 8 des Innenhebels 2 mit den Nachhubnocken 21, 22 kein Nachhub am Schlepphebel übertragen wird. Dadurch befindet sich der Außenhebel 1 mit der Ventilkontaktfläche 5 in der unverschwenkten Ausgangsstellung, wobei keine Ventilbetätigung erreicht wird.
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Das Diagramm in 12 zeigt die Hubkurven des schaltbaren Schlepphebels im Nockenkontakt mit dem Mehrfachnocken 20 für Nachhubanwendungen. Für eine Drehung des Mehrfachnockens 20 im Uhrzeigersinn ist korrespondierend zum jeweiligen Drehwinkel die Stellung des Mehrfachnockens 20 und die Stellung des Schlepphebels schematisch angedeutet. Bei einem Drehwinkel von 90° befindet sich der Mehrfachnocken im Grundkreis-Kontakt mit der Nockenrolle 6 des Außenhebels 1. Hierbei befindet sich der Haupthubnocken 23 um 90° entfernt vom Nockenkontakt mit der Nockenrolle 6 am Außenhebel und die Nachhubnocken 21, 22 sind entsprechend um 180° entfernt vom Nockenkontakt mit den Gleitflächen des Innenhebels 2. Bei Erreichen eines Drehwinkels zwischen 90° und 180° beginnt die Nockenhubphase des Haupthubnockens 21, an dem bei einem Drehwinkel von ca. 270° der Vollhub im Kontakt mit der Nockenrolle 5 des Außenhebels 1 übertragen wird. Bei Erreichen eines Drehwinkels zwischen 360° und 450° ist die Nockenhubphase des Haupthubnockens 23 abgeschlossen, so dass dieser wieder in die Grundkreisphase gelangt. Gleichzeitig beginnt in gekoppeltem Zustand von Außen- und Innenhebel 1, 2, d.h. in sogenanntem verriegeltem Zustand des Schlepphebels (obere gestrichelte Hubkurve), die Nockenhubphase der Nachhubnocken 21, 22, an denen im Kontakt mit den Gleitflächen 7, 8 des aktivierten Innenhebels 2 bei einem Drehwinkel von ca. 450° der Nachhub abgegriffen und durch den Schlepphebel übertragen wird. Dabei ist der im Nachhub erreichte Ventilhub deutlich kleiner als der beim Vollhub. Bei Erreichen eines Drehwinkels zwischen 450° und 540° ist die Nockenhubphase der Nachhubnocken 21, 22 abgeschlossen, so dass diese wieder außer Kontakt mit den Gleitflächen 7, 8 des Innenhebels gelangen. Sind dagegen Außen- und Innenhebel 1, 2 entkoppelt, d.h. der Schlepphebel ist in den sogenannten entriegelten Zustand geschaltet (untere gestrichelte Hubkurve), in dem der Innenhebel 2 deaktiviert ist und sich im Leerhub (Lost-Motion-Betrieb) befindet, wird vom Schlepphebel kein Nachhub übertragen.
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Der in den gehäuseartigen Abschnitt am abstützseitigen Hebelendbereich 3 integrierte Koppelmechanismus 9 weist ein Koppelelement 25 auf, das in einer durchgehenden Bohrung 24 zum Koppeln mit dem Innenhebel 2 verschiebbar angeordnet ist ( 3 und 5). Das Koppelelement 25 ist in der zueinander unverschwenkten Grundstellung von Außen- und Innenhebel 1, 2 durch die Federkraft von Federmitteln mit dem koppelseitigen Ende an dem dem Innenhebel 2 zugewandten inneren Ende der Bohrung 24 herausschiebbar und an einer korrespondieren Anlage- und Mitnehmerfläche 26 am freien Ende des Innenhebels 2 anlegbar. Zum Entkoppeln ist es durch Hydraulikmittelbeaufschlagung in die Bohrung 24 wieder entgegen der Federkraft der Federmittel zurückschiebbar. In entkoppeltem Zustand kann der Innenhebel 2 im Leerhub (Lost-Motion-Betrieb) mit dem freien Ende zwischen den Seitenwandabschnitten 15, 16 des Außenhebels 1 zum unteren Bildrand hin durchschwingen. Mit dem anderen Ende ist er über eine Schwenkachse am ventilseitigen Hebelendbereich 4 des Außenhebels 1 schwenkbeweglich abgestützt.
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Am abstützseitigen Hebelendbereich 3 ist an der Hebelunterseite des den Koppelmechanismus 9 aufnehmenden gehäuseartigen Abschnittes eine kalottenförmige Auflagefläche ausgebildet (3), an der der Außenhebel 1 an einem nicht dargestellten Abstützelement in der Bildebene schwenkbeweglich abstützbar ist, wie durch eine halbkreisförmige Strich-Punkt-Linie in 1, 4 und 6 angedeutet. Über eine von der Auflagefläche ausgehende Hydraulikmittelverbindung ist zum Schalten des Schlepphebels das Koppelelement 25 in der Bohrung 24 aus einem nicht dargestellten Hydraulikmittelreservoir, üblicherweise der Motorölkreis, der Brennkraftmaschine mit Hydraulikmittel beaufschlagbar.
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Der in den abstützseitigen Hebelendbereich 3 des Außenhebels 1 integrierte Koppelmechanismus 9 ist von außen frei zugänglich, so dass beispielsweise am freien äußeren Ende 27 der Bohrung 24 des Koppelmechanismus 9 eine alternative elektromechanische Betätigung durch eine nicht dargestellte von außen angreifende Aktorik möglich ist.
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Außen- und Innenhebel 1, 2 sind über Rückstellfedermittel 28 gegeneinander in die Grundstellung vorgespannt, in der sie durch das Koppelelement 25 miteinander koppelbar sind. Die Rückstellfedermittel 28 werden hier durch zwei auf Tragachsen koaxial am abstützseitigen Hebelendbereich 3 des Außenhebels 1 angeordnet angeordnete Drehschenkelfedern gebildet, wobei die Tragachsen in Hebelquerrichtung verlaufend an den Seiten des gehäuseartigen Abschnitts 9 vorstehend mit diesem verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenhebel
- 2
- Innenhebel
- 3
- Hebelendbereich
- 4
- Hebelendbereich
- 5
- Ventilkontaktfläche
- 6
- Nockenrolle
- 7
- Gleitfläche
- 8
- Gleitfläche
- 9
- Koppelmechanismus, Abschnitt
- 10
- Achse
- 11
- Seitenwandabschnitt
- 12
- Seitenwandabschnitt
- 13
- Öffnung
- 14
- Öffnung
- 15
- Seitenwandabschnitt
- 16
- Seitenwandabschnitt
- 17
- Durchgangsöffnung
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Wälzlagerung
- 20
- Mehrfachnocken
- 21
- Nachhubnocken
- 22
- Nachhubnocken
- 23
- Haupthubnocken
- 24
- Bohrung
- 25
- Koppelelement
- 26
- Anlage- und Mitnehmerfläche
- 27
- Ende
- 28
- Rückstellfedermittel
- 29
- Vorsprung
- 30
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016202272 A1 [0002]
