DE4334214A1

DE4334214A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4334214A1
Application number: DE19934334214
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Scheidt; Gerhard Dr Ing Maas
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-13

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brenn kraftmaschine mit einer Nockenwelle, deren Nocken zur Betätigung eines an einem Gaswechselventil angreifenden Schlepp- oder Kipphebel vor gesehen ist, zwischen dessen Widerlager und einem Zylinderkopf ein Stützelement angeordnet ist, das zur Aufnahme von Ausweichbewegungen des Widerlagers infolge der Schlepp- oder Kipphebelbetätigung entlang einer Führung verschiebbar ist.

Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise aus dem Dokument SAE Technical Paper Series Nr. 910838 bekannt geworden. Über ein erstes Schlepphebel- und Nockenpaar werden die Gaswechselventile mit geringem Ventilhub betätigt. Zwischen den Schlepphebeln des Schlepphebelpaares ist ein weiterer Schlepphebel angeordnet, welcher über ein Stützel ement gegen einen dritten Nocken bewegbar ist. In diesem Fall werden die beiden Gaswechselventile mit einem größeren Ventilhub betätigt. Das axial beweglich geführte Stützelement ist mit radial beweglichen Kolben versehen, deren Nasen in Ausnehmungen des Zylinderkopfes ein greifen, wenn diese Kolben in einer definierten axialen Position des Stützelementes radial auswärts gefahren werden. Die hinsichtlich einer einwandfreien Positionierung des Widerlagers festgelegten axialen Maße der Ausnehmung, der Nasen und des Stützelementes sind aufeinander abgestimmt. Abweichungen von den axialen Sollmaßen der einzelnen Bauteile addieren sich zu einer Gesamtabweichung, die unter Umständen außerhalb des zulässigen Toleranzbereiches liegt. Aufwendige Nach arbeiten an einem oder mehrerer dieser Bauteile sind dann notwendig, um die einwandfreie axiale Positionierung des Widerlagers sicherzu stellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung derart weiterzuent wickeln, daß das Stützelement stufenlos einstellbar ist, so daß die einwandfreie Positionierung des Widerlagers sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen ein ander zugewandten, zu der Führung parallelen und/oder leicht geneigten Klemmbahnen, die dem Zylinderkopf und dem Stützelement zugeordnet sind, wenigstens ein Klemmkörper angeordnet ist, der aus einer freige schalteten in eine Klemmstellung mit den Klemmbahnen und umgekehrt überführbar ist.

Bei zueinander parallel angeordneten Klemmbahnen weisen die Klemm körper zu diesen Klemmbahnen geneigte Klemmflächen auf, so daß bei einer Verkippung des Klemmkörpers dessen Klemmflächen an den Klemm bahnen abwälzen und die gewünschte Klemmverbindung herbeiführen. Bei zueinander geneigt angeordneten Klemmbahnen werden rotationssymmetri sche Körper, beispielsweise Kugeln eingesetzt. In diesem Fall bilden die Klemmbahnen einen Keil, wobei der in Klemmbereitschaft stehende Klemmkörper dann eine Vergrößerung der Keilwirkung und damit eine Festlegung des Stützelementes herbeiführt, wenn das Widerlager infolge der Kipp- oder Schlepphebelbetätigung belastet wird. Zum Freischalten wird der Klemmkörper aus dem Klemmspalt herausbewegt, so daß Ausweich bewegungen des Widerlagers infolge der Schlepp- oder Kipphebelbetäti gung durch Verschiebung des Stützelementes möglich sind. Der erfin dungsgemäße Ventiltrieb eignet sich auch zur Ausschaltung eines un erwünschten Ventilspiels: Bei freigeschaltetem Klemmkörper wird das Stützelement entlang seiner Führung verschoben, bis der Schlepp- oder Kipphebel beispielsweise spielfrei am Grundkreis des Nocken anliegt. Dann wird der Klemmkörper in seine Klemmstellung gebracht, so daß bei einer Betätigung des Schlepp- oder Kipphebels das Widerlager gegenüber dem Zylinderkopf festgelegt ist und sich deshalb keine Ausweichbewe gungen einstellen können.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs besteht gemäß Anspruch 2 darin, daß das stabförmige Stützelement mit seinem von dem Widerlager abgewandten stirnseitigen Ende einem ersten Druckraum zugewandt ist. Dabei ist ein parallel zu der Führung ver schiebbarer Käfig vorgesehen, der als Klemmkörper verwendete Kugeln hält und der mit einer axialen Stirnseite einem zweiten Druckraum zugewandt ist, wobei beide Druckräume mit Druckzu- bzw. Druckabführun gen verbunden sind. Für den Ventilspielausgleich wird der zweite Druckraum mittels hydraulischer Flüssigkeit derart unter Druck ge setzt, daß der Käfig axial verschoben wird, und die Kugeln aus den durch die Klemmbahnen gebildeten Keil bewegt, also freischaltet. In dieser freigeschalteten Stellung der Klemmkörper wird nun der erste Druckraum mittels hydraulischer Flüssigkeit derart unter Druck ge setzt, daß das stabförmige Stützelement und damit das Widerlager ebenfalls axial solange verschoben wird, bis der Schlepp- oder Kipp hebel beispielsweise am Grundkreis des Nockens anliegt.

Gemäß Anspruch 3 ist es vorteilhaft, daß das stabförmige Stützelement Axialrillen für die Kugeln aufweist. Dadurch wird eine unter Umständen gewünschte Axialführung für die Kugeln und außerdem infolge der größe ren Auflagefläche eine niedrigere Flächenpressung erreicht. Außerdem kann, wenn dies gewünscht ist, auf den Käfig verzichtet werden.

Gemäß Anspruch 4 ist es zweckmäßig, daß das stabförmige Stützelement entlang einer zylindrischen Führungsfläche geführt ist und mit einer dem Zylinderkopf zugeordneten zylindrischen Innenfläche einen Ringraum begrenzt. Dabei liegt ein ringförmiger Kolben des Käfigs an dem Stützelement und an der zylindrischen Innenfläche an. Durch die Aus bildung von einander zugewandten und zueinander konzentrischen Flächen ist es auf einfache Art und Weise möglich, die beiden Druckräume zum Käfig, bzw. zu dem stirnseiten Ende des Stützelementes abzudichten. Beispielsweise kann ein Dichtring in einer Kolbennut eingelegt sein und flüssigkeitsdicht an der Kolbennut und an der zylindrischen Innen flächen anliegen. Der verbleibende Spalt zwischen den einander zu gewandten zylindrischen Flächen kann aber auch so klein gehalten werden, daß keine Flüssigkeit hindurchtritt.

Gemäß Anspruch 5 besteht ein Blechteil aus zwei axial hintereinander angeordneten, trichterförmig ineinander übergehenden Hohlzylindern. Der kleinere Hohlzylinder weist die zylindrische Führungsfläche und der größere Hohlzylinder weist die zylindrische Innenfläche mit einem daran anschließenden Innenkonus auf. In diesem Fall kann eine vor montierte Einheit einbaufertig ausgeliefert werden, die aus dem Blech teil, dem Käfig, den Kugeln und dem stabförmigen Stützelement besteht.

In diesem Fall ist es gemäß Anspruch 6 zweckmäßig, daß an dem Blech teil ein Federelement befestigt ist, das den Käfig axial derart anfe dert, daß die Kugeln gegen den Klemmbahnen gedrückt werden.

Nachstehend wird ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb anhand des in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsbeispieles erläutert.

Ein Schlepphebel 1 greift an einem hier nur teilweise dargestellten Gaswechselventil 2 an, und ist weiterhin an einem Widerlager 3 abge stützt. Das Widerlager 3 besteht aus einer an dem Schlepphebel 1 ausgebildeten Kugelkalotte 4 und einem kugelförmigen Kopf 5 eines stabförmigen Stützelementes 6. Infolge einer Betätigung des Schlepp hebels 1 durch einen Nocken 7 einer nicht dargestellten Nockenwelle wird das Gaswechselventil 2 betätigt.

In einer Ausnehmung eines Zylinderkopfes 8 ist ein Blechteil 9 einge führt und mittels einer Verschraubung 10 gegen axiale Verschiebungen gegenüber dem Zylinderkopf 8 gesichert. Das Blechteil 9 besteht aus einem größeren Hohlzylinder 11, der in einen kleineren Hohlzylinder 12 übergeht. Das Stützelement 6 ist entlang einer zylindrischen Führungs fläche 13 des kleineren Hohlzylinders 12 axialbeweglich geführt und liegt an diesem flüssigkeitsdicht an. Das Stützelement 6 und der größere Hohlzylinder 11 begrenzen gemeinsam einen Ringraum 14, in dem ein Käfig 15 angeordnet ist. Der Käfig 15 weist einen ringförmigen Kolben 16 mit einem im wesentlichen axialgerichteten Vorsprung 17 auf, der zur Aufnahme von Kugeln 18 vorgesehen ist.

An dem freien Ende des größeren Hohlzylinders 11 ist ein Federelement 19 befestigt, das den Käfig 15 axial derart anfedert, daß die Kugeln 18 gegen keilförmig einander zugewandte Klemmbahnen 20, 21 gedrückt werden. Die eine Klemmbahn 20 ist durch einen an dem größeren Hohl zylinder 11 ausgebildeten Innenkonus 22 und die andere Klemmbahn 20 durch eine an dem stabförmigen Stützelement 6 ausgebildete Axialrille 23 gebildet.

Der ringförmige Kolben 16 liegt umfangsseitig flüssigkeitsdicht sowohl an einer zylindrischen Innenfläche 24 des Blechteils 9 als auch an dem stabförmigen Stützelement 6 an. Dort, wo das stabförmige Stützelement 6 in den kleineren Hohlzylinder 12 eintaucht, liegt es flüssigkeits dicht an der zylindrischen Führungsfläche 13 an. Auf diese Weise ist ein erster Druckraum 25 durch den ringförmigen Kolben 16, das Blech teil 9 und das stabförmige Stützelement 6 und ein zweiter Druckraum 26 durch das Blechteil 9 und eine axiale Stirnseite 27 des stabförmigen Stützelementes 6 begrenzt. Zum Auf- bzw. Abbau von Druckpolstern in den beiden Druckräumen 25, 26 weist das Blechteil 9 im Bereich des ersten Druckraumes 25 eine Öffnung 28 auf, die diesen ersten Druckraum 25 mit einem ersten Ölkanal 29 verbindet. Ein zweiter Ölkanal 30 mündet in den zweiten Druckraum 26.

Anhand dieses Ausführungsbeispieles soll die Wirkungsweise des erfin dungsgemäßen Ventiltriebes näher erläutert werden. Zum Ausgleichen eines unerwünschten Ventilspieles wird wie folgt vorgegangen:
Der erste Druckraum 25 wird mittels Ölzufuhr derart unter Druck ge setzt, daß der Käfig 15 axial verschoben wird, wobei die Kugeln 18 freigeschaltet werden. Nun wird mittels Ölzufuhr der zweite Druckraum 26 derart unter Druck gesetzt, daß das stabförmige Stützelement 6 gegenüber dem Zylinderkopf 8 und dem Käfig 15 axial verschoben wird. Dabei ändert der Schlepphebel 1 seine Lage in der Bildebene, was zu einer Änderung eines Spieles zwischen dem Schlepphebel 1 und dem Gaswechselventil 2 führt. Anschließend wird der Druck in den Druck räumen zurückgefahren. Das Widerlager 3 ist nun gegenüber einer Schlepphebelbetätigung durch den Nocken 7 festgelegt. Infolge der Belastung durch den Schlepphebel 1 wird das Stützelement 6 ein federe lastisches Axialspiel deshalb aufweisen, weil die Kugeln 18 und/oder die Klemmbahnen 20, 21 unter der Klemmung elastisch verformt werden. Dieses federelastische Axialspiel kann entstehende Längenänderungen z. B. des Ventilschafts kompensieren, ohne eine ungewollte Öffnung des Gaswechselventils 2 zu verursachen.

Zur kinematischen Abkupplung des Gaswechselventils 2 von dem Nocken 7 wird wie folgt vorgegangen:
Der erste Druckraum 25 wird derart unter Druck gesetzt, daß der Käfig 15 axial verschoben wird, wobei die Kugeln 18 aus dem Klemmbereich der Klemmbahnen 20, 21 bewegt werden. Der zweite Druckraum 26 bleibt annähernd drucklos und volumenveränderlich, so daß infolge der Betäti gung durch den Nocken 7 der Kipphebel 1 das an das Widerlager 3 an schließende Stützelement 6 wegdrückt. Der Kipphebel 1 kippt in dieser Situation also um das Gaswechselventil 2.

Dieses Freischalten des Stützelementes 6 erfolgt in der Grundkreis phase des Nockens 7, in der die Kugeln 18 weitestgehend unbelastet sind.

Im Normalbetrieb sind beide Druckräume 25, 26 annähernd drucklos. In diesem Fall sind die Kugeln 18 zwischen den Klemmbahnen 20 und 21 infolge einer Keilwirkung eingeklemmt.

Anstelle der hydraulischen Betätigung des Käfigs 15 sind selbstver ständlich u. a. pneumatische oder elektromagnetische Betätigungen denkbar.

Bezugszeichenliste

1 Kipphebel
2 Gaswechselventil
3 Widerlager
4 Kugelkalotte
5 kugelförmiger Kopf
6 Stützelement
7 Nocken
8 Zylinderkopf
9 Blechteil
10 Verschraubung
11 großer Hohlzylinder
12 kleiner Hohlzylinder
13 zyl. Führungsfläche
14 Ringraum
15 Käfig
16 ringförmiger Kolben
17 Vorsprung
18 Kugeln
19 Federelement
20 Klemmbahn
21 Klemmbahn
22 Innenkonus
23 Axialrille
24 zyl. Innenfläche
25 erster Druckraum
26 zweiter Druckraum
27 axiale Stirnseite
28 Öffnung
29 erster Ölkanal
30 zweiter Ölkanal

Claims

1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, deren Nocken (7) zur Betätigung eines an einem Gaswechselventil (2) angrei fenden Schlepp- oder Kipphebels (1) vorgesehen ist, zwischen dessen Widerlager (3) und einem Zylinderkopf (8) ein Stützelement (6) an geordnet ist, das zur Aufnahme von Ausweichbewegungen des Widerlagers (3) infolge der Schlepp- oder Kipphebelbetätigung entlang einer Füh rung (13) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander zugewandten, zu der Führung (13) parallelen und/oder leicht geneigten Klemmbahnen (20, 21), die dem Zylinderkopf (8) und dem Stützelement (6) zugeordnet sind, wenigstens ein Klemmkörper (18) angeordnet ist, der aus einer freigeschalteten in eine Klemmstellung mit den Klemmbahnen (20, 21) und umgekehrt überführbar ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stab förmige Stützelement (6) mit seinem von dem Widerlager (3) abgewandten stirnseitigen Ende (27) einem ersten Druckraum (25) zugewandt ist, wobei ein parallel zu der Führung (13) verschiebbarer, als Klemmkörper verwendete Kugeln (18) haltender Käfig (15) mit einer axialen Stirn seite einem zweiten Druckraum (26) zugewandt ist, und wobei beide Druckräume (25, 26) mit Druckzu- bzw. Druckabführungen (28, 29, 30) verbunden sind.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stab förmige Stützelement (6) Axialrillen (23) für die Kugeln (18) auf weist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stab förmige Stützelement (6) entlang einer zylindrischen Führungsfläche (13) geführt ist und mit einer dem Zylinderkopf (8) zugeordneten zylindrischen Innenfläche (24) einen Ringraum (14) begrenzt, wobei ein wobei ein ringförmiger Kolben (16) des Käfigs (15) an dem Stützelement (6) und an der zylindrischen Innenfläche (23) anliegt.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blech teil (9) aus zwei axial hintereinander angeordneten, trichterförmig ineinander übergehenden Hohlzylindern (11, 12) besteht, wobei der kleinere Hohlzylinder (12) die zylindrische Führungsfläche (13) und der größere Hohlzylinder (11) die zylindrische Innenfläche (24) mit einem daran anschließenden Innenkonus (22) aufweist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (15) durch ein an dem Blechteil (9) befestigtes Federelement (19) axial derart angefedert ist, daß die Kugeln (18) gegen die Klemmbahnen (20, 21) gedrückt werden.