EP0331901B1 - Ventilantrieb für ein Hubventil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegiff des Patentanspruchs. Ein derartiger, rein mechanisch wirkender Ventilspielausgleich erzeugt durch die Ventilbetätigung eine Übersetzungsänderung des Übertragungsmechanismus, so daß nach dem Schließen des Ventils ein gewisses Spiel im Übertragungsmechanismus auftritt, das dann durch den federgespannten Exzenter (Exzenterscheibe) wieder beseitigt wird. Dieser mechanisch wirkende Ventilspielausgleich kompensiert somit selbsttätig Längenänderungen durch Verschleiß oder Wärmedehnung im Ventiltrieb.
• Gegenüber den weit verbreiteten hydraulischen Ausgleichselementen bietet dieser mechanische Ventilspielausgleich die Vorteile einer Unabhängigkeit von der Ölqualität des Ölkreislaufs der mit dem Ventiltrieb ausgerüsteten Maschine sowie einer Minimierung der oszillierenden Ventiltriebsmassen infolge der Anordnung der mechanischen Ausgleichsteile im Drehpunkt des Übertragungshebels.
• Ein Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus der Patentschrift US-A-3 087 478 bekannt. Beim Ventilöffnen nimmt hier der Kipphebel den in der Kipphebellagerung befindlichen Exzenter über einen Bügel mit, was zu einem partiell veränderten Kipphebeldrehpunkt mit resultierender Spielerzeugung nach dem Ventilschließen führt.
  In der weiteren Patentschrift GB-A-534 655 wird die in dem bewegten Ventiltriebssystem befindliche kinetische Energie benutzt, um nach dem Ventilschließen eine Exzenterverstellung im Sinne einer Spielerzeugung zu bewirken.
  Ein anderer, aus der Patentschrift US-A-1 979 348 bekannter Ventiltrieb weist einen an seiner Lagerung geschlitzten Kipphebel auf, bei dem belastungsabhängige Klemmeffekte partiell den Extenter in der Ventilbetätigungsphase im Sinne einer Spielerzeugung nach dem Ventilschließen mitdrehen.
• Diese bekannten Vorrichtungen beseitigen aufgetretenes Ventilspiel selbsttätig durch den jeweils unter Federvorspannung stehenden Exzenter. Nachteilig ist jedoch jeweils die undefinierte Exzentermitnahme durch die Schwenkbewegung des Kipphebels.
  Während die Vorrichtung aus US-A-3 087 478 eine hohe dynamische Belastung infolge einer verschleiß- und wärmedehnungsabhängigen, veränderlichen Bügelposition aufweist, sind die Vorrichtungen aus GB-A-534 655 und US-A-1 979 348 in ihrer Funktion nicht unabhängig von der Arbeitsfrequenz der Maschine, so daß eine sichere Funktion bei Anwendung in einem Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit relativ weitem Betriebsdrehzahlbereich nicht gewährleistet ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß unabhängig von der verschleiß- und wärmedehnungsabhängigen Exzenterposition und von der Arbeitsfrequenz in der Phase der Ventilbetätigung eine definierte, nur minimale Exzentermitnahme im Sinne einer Spielerzeugung erfolgt.
  Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe steht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs.
  Der als Kipphebel ausgebildete Übertragungshebel nutzt bei seiner Betätigung die Wirkungen der an dem Exzenter angreifenden Kräfte und Momente, um ihn im Sinne einer Spielerzeugung zu verdrehen, wobei sein Schwenkwinkel drehzahlunabhängig durch eine reibschlüssig zwischen Kipphebel und Exzenter angeordnete Buchse mit definiertem Drehspiel begrenzt ist.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig.1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, wiedergibt, während Fig.2 die zugehörige Draufsicht zeigt.
  Die wesentlichen Bestandteile des Ventiltriebs sind der in Pfeilrichtung rotierende Nocken 1, der bei einer Brennkraftmaschine in üblicherweise auf einer von der Maschine selbst angetriebenen Nockenwelle sitzt, und der Kipphebel 2, der auf der orts- und drehfest gelagerten Schwenkachse 3 angeordnet ist. Die Achse der Schwenkachse 3 ist mit Nebenachse 4 bezeichnet. Während der Kipphebel 2 mit seinem in den Figuren rechten Ende in diesem Ausführungsbeispiel zwecks Reibungsverminderung über die Rollen 5 auf dem rotierenden Nocken 1 aufliegt und dessen Hubbewegung demgemäß mitmacht, ist sein in den Figuren linkes Ende als abwälzende Auflage 6 auf dem freien Ende des Ventilschafts 7 eingerichtet; von dem Hubventil ist im übrigen nur noch die Schließfeder 8 dargestellt, da es sich um ein Hubventil bestens bekannten Aufbaus handelt.
• Wie aus den Figuren ersichtlich, ist auf der Schwenkachse 3 mit Reibschluß der Exzenter 9 gelagert, der mit der Ausnehmung 10 zur Aufnahme des Endes der in Umfangsrichtung wirkenden Feder 11 versehen ist, deren anderes Ende sich ortsfest in der Ausnehmung 12 der Schwenkachse abstützt und somit beide Teile 3 und 9 gegeneinander verspannt.
  Der Exzenter 9 steht mit dem Kipphebel 2 über die beidseitig reibschlüssig eingesetzte Buchse 14 mit der zugehörigen Hauptachse 13 in Verbindung. Die Buchse 14 weist eine Ausnehmung 15 mit den Rändern 17 und 18 zur spielbehafteten Aufnahme des radialen Anschlags 16 der Schwenkachse 3 auf.
  Wie insbesondere aus Fig.1 ersichtlich, erstreckt sich in der gezeichneten Lage der verschiedenen Bestandteile des Ventilantriebs die Exzentrizität e des Exzenters 9 praktisch in Richtung der Längsachse des Kipphebels 2. Infolge des begrenzten Spiels zwischen der Ausnehmung 15 der Buchse 14 und dem Anschlag 16 sowie des von Feder 11 auf den Exzenter 9 entgegen dem Uhrzeigersinn einwirkenden Momentes hat dies folgende Arbeitsweise des dargestellten Ventilantriebs zur Folge.
  Zu Beginn der Ventilbetätigung, also bei Wirksamwerden des eigentlichen Nockens 1, schwenkt dieser den Kipphebel 2 in Fig.1 linksdrehend. An dieser Schwenkbewegung nimmt reibungsbedingt auch die Buchse 14 bis zum Kontakt von Rand 18 mit Anschlag 16 teil. Der Exzenter 9 verbleibt trotz des von Buchse 14 auf ihn linksdrehend einwirkenden Reibmomentes und des ebenfalls linksdrehend wirkenden Federmomentes in Ruhe, da die auf ihn bei der Ventilbetätigung nach ober einwirkende Kraft F ein entsprechend großes, rechtsdrehendes Gegenmoment F*e um die Hebenachse 4 erzeugt. Somit schwenkt der Kipphebel 2 beim Ventilöffnen ausschließlich um die Hauptachse 13 des in Ruhe verbleibenden Exzenters 9.
• Bei der Schließbewegung des Ventils und entsprechend rechtsdrehender Schwenkbewegung des Kipphebels 2 wird dann die Buchse 14 bis zur Anlage von Rand 17 an Anschlag 16 mitgenommen, so daß sie nun ein rechtsdrehendes Reibmoment auf den Exzenter 9 überträgt und diesen infolge des jetzt auslegungsgemäßen Ungleichgewichts der auf ihn einwirkenden Momente um die Hebenachse 4 rechtsdrehend mitnimmt. Mit der Anlage von Rand 17 an Anschlag 16 wird dann diese Drehung um die Hebenachse 4 für den Kipphebel 2, die Buchse 14 und den Exzenter 9 beendet, so daß nun dem weiterschwenkenden Kipphebel 2 eine Relativdrehung um die Buchse 14 mit der zugehörigen Hauptachse 13 aufgezwungen wird.
  Diese kurzzeitige Drehpunktverlagerung zwischen die um die Exzentrizität e versetzt liegenden Achsen 4 und 13 verursacht eine Übersetzungsänderung des Kipphebels 2 im Sinne einer Spielerzeugung zwischen der Auflage 6 und dem Ventilschaft 7 nach dem Ventilschließen, worauf dann eine Spielkompensierung durch den federgespannten Exzenter 9 erfolgt.
• Mit der Erfindung ist also eine mechanisch arbeitende Einrichtung geschaffen, die selbsttätig im Ventiltrieb auftretende Längenänderungen infolge Verschleiß oder Wärmedehnung ausgleicht, wobei die Nachteile der bekannten hydraulischen Ausgleichselemente, wie die Abhängigkeit von der Qualität der Ölversorgung und die Erhöhung der oszillierenden Ventiltriebsmassen, vermieden werden.

Claims (1)

1. Ventilantrieb für ein Hubventil, insbesondere für ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einem rotierenden Nocken (1) und einem schwenkbar gelagerten Übertragungshebel (2) nach Art eines Kipphebels, der im Bereich eines seiner Enden (5) zur Auflage auf dem Nocken (1) und im Bereich seines anderen Endes (6) zur Auflage auf dem freien Ende des Ventilschafts (7) eingerichtet ist, sowie mit einem schwenkbaren Exzenter (Exzenterscheibe) (9) auf der ortsfesten Schwenkachse (3) und mit einer Exzenter (9) und Schwenkachse (3) zum Zwecke einer Spielbeseitigung verspannende Feder (11) ausgestattet ist, wobei durch die Betätigung des Übertragungshebels (2) eine Exzenterverschwenkung im Sinne einer Spielerzeugung bei geschlossenem Ventil bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Exzenter (9) und der Ausnehmung im Übertragungshebel (2) beidseitig reibschlüssig eine Buchse (14) mit einer radialen Ausnehmung (15) angeordnet ist, die mit begrenztem Spiel einen ortsfesten Anschlag (16) der Schwenkachse (3) aufnimmt, wobei die Exzentrizität (e) des Exzenters (9) so gewählt ist, daß beim Öffnungs- oder beim Schließvorgang des Ventils der schwenkende Übertragungshebel (2) über Reibschluß die Buchse (14) und diese den Exzenter (9) entsprechend dem verfügbaren Spiel zwischen der Ausnehmung (15) und dem Anschlag (16) mitnimmt und somit die Nebenachse (4) partiell als Drehachse für den Übertragungshebel (2) wirksam ist.

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