EP1446562A1 - Schlepphebel eines ventiltriebs einer brennkraftmaschine - Google Patents

Schlepphebel eines ventiltriebs einer brennkraftmaschine

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EP1446562A1
EP1446562A1 EP02802982A EP02802982A EP1446562A1 EP 1446562 A1 EP1446562 A1 EP 1446562A1 EP 02802982 A EP02802982 A EP 02802982A EP 02802982 A EP02802982 A EP 02802982A EP 1446562 A1 EP1446562 A1 EP 1446562A1
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EP
European Patent Office
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lever
rocker arm
inner lever
cam
valve
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EP02802982A
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Inventor
Jens Artmann
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Artmann Jens
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Artmann Jens
INA Schaeffler KG
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Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/185—Overhead end-pivot rocking arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
    • F01L1/182—Centre pivot rocking arms the rocking arm being pivoted about an individual fulcrum, i.e. not about a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • a generic rocker arm is previously known from DE-OS 27 53 197.
  • the inner lever communicates with a large stroke cam and the outer lever communicates with a small stroke cam pair.
  • Sliding taps are provided as cam taps. It is disadvantageous in this prior art that the sliding taps unnecessarily increase the valve train friction.
  • Sliders which are not explained in more detail, are provided as coupling means, which can be displaced, for example hydraulically or electromagnetically or via compression spring force, in at least one axial direction.
  • coupling means which can be displaced, for example hydraulically or electromagnetically or via compression spring force, in at least one axial direction.
  • the slides can also run outside of an axial line for the roller.
  • other coupling means such as jack-like and ball-like and similar are also conceivable.
  • the inner lever on the side of one end with its abutment should clearly project beyond an end face of the outer lever in this area.
  • the outer lever is therefore only as long as absolutely necessary. This reduces the mass and the overall construction effort on the rocker arm.
  • a simple connection of the inner lever to the outer lever is the subject of a further subclaim.
  • a bolt or a similar component extends through the inner lever in the area of the opposite end, on which the arms are pivotably mounted on the outer lever.
  • At least one torsion spring is expediently positioned as a lost motion spring in the area of this bolt. This is supported at one end on a crossbar connecting the arms of the outer lever and acts at the other end on a stop of the inner lever, which is designed, for example, as a pin, which is located on an outer wall of the inner lever. If necessary, other lost motion springs such as coil springs and the like can also be applied.
  • the outer lever can also be mounted on the inner lever in some other way. Here, for example, dome-shaped supports or fork-like interventions are intended.
  • lever parts is made from a lightweight material such as sheet metal or fiber-reinforced plastic, a further contribution is made with regard to lightweight construction and reduction of the oscillating valve train masses.
  • Figure 1 shows a spatial view of the towing device according to the invention
  • Figure 2 is a plan view of the rocker arm of Figure 1;
  • Figure 3 shows a section along the section line III-III of Figure 2 and
  • Figure 1 discloses the rocker arm 1 according to the invention in a spatial representation.
  • This consists of an outer lever 2 with two arms 3a, 3b. These are connected in the region of an (opposite) end 4 of the rocker arm 1 by a crossbar 5 on the cam side.
  • An inner lever 6 runs between the arms 3a, 3b so as to be pivotable to the outer lever 2.
  • This has an installation 8 in the region of one end 7 for a gas exchange valve (see also other figures).
  • the inner lever 6 has a complementary surface 9 on an underside for bearing on a head of a preferably hydraulic support element.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schlepphebel (1) eines Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Ventilhübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Aussenhebel (2), zwischen dessen Armen (3a, 3b) ein zu diesem relativ verschwenkbeweglicher Innenhebel (6) positioniert ist und beide Hebel (2, 6) über Koppelmittel (15) derartig miteinander koppelbar sind, dass bei Kopplung ein grosser und bei Entkopplung ein kleinerer Ventilhub generiert ist, wobei der Schlepphebel (1) an einem Ende (7) eine Anlage (8) für ein Gaswechselventil, am gegenüberliegenden Ende (4) eine Komplementärfläche (9) für ein Abstützelement sowie zumindest an einem der Hebel (2, 6) eine Anlauffläche (14) für einen Nocken aufweist. Erfindungsgemäss ist der Aussenhebel zur Übertragung eines grossen Nockenhubes und der Innenhebel (6) zur Übertragung eines kleineren Nockenhubes ausgebildet, wobei lediglich der Innenhebel (6) eine drehbare Rolle als Anlauffläche (14) hat und an jedem der Arme (3a, 3b) des Aussenhebels (2) ein Gleitabgriff als Anlauffläche vorgesehen ist. Hierdurch liegt ein schaltbarer Schlepphebel (1) vor, bei dem nur das Hebelteil mit einer Rolle als Anlauffläche (14) für einen Nocken versehen ist, welches während des Betriebes der Brennkraftmaschine überwiegend geschaltet ist. In diesem Fall ist es der Innenhebel (6).

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel eines Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Ventilhübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel, zwischen dessen Armen ein zu diesem relativ verschwenkbeweglicher Innenhebel positioniert ist und beide Hebel über Koppelmittel derartig miteinander koppelbar sind, dass bei Kopp- lung ein großer und bei Entkopplung ein kleinerer Ventilhub generiert ist, wobei der Schlepphebel an einem Ende eine Anlage für ein Gaswechselventil, am gegenüberliegenden Ende eine Komplementärfläche für ein Abstützelement sowie zumindest an einem der Hebel eine Anlauffläche für einen Nocken aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßer Schlepphebel ist aus der DE-OS 27 53 197 vorbekannt. Dabei kommuniziert dessen Innenhebel mit einem Nocken großen Hubes und dessen Außenhebel mit einem Nockenpaar kleinen Hubes. Als Nockenabgriffe sind Gleitabgriffe vorgesehen. Nachteilig ist es bei diesem Stand der Technik, dass die Gleitabgriffe die Ventiltriebsreibung unnötig erhöhen.
Allgemein ist es bei gattungsgemäßen Schlepphebeln üblich, lediglich den Innenhebel mit einer Rolle als Nockengegenläufer zu versehen und an den
Armen des Außenhebels einen Gleitabgriff zu applizieren. Dabei kommuniziert der Innenhebel üblicherweise mit einem Nocken großen Hubes und der Außenhebel hat, beispielsweise aus Bauraumgründen, nur Gleitabgriffe an den Armen und ist von Nocken kleineren Hubes kontaktiert. Da jedoch der schaltbare Schlepphebel empirisch bzw. statistisch gesehen 80 bis 90% der Zeit während einer Befeuerung der Brennkraftmaschine auf den kleinen Hub geschaltet und somit der Außenhebel aktiviert ist, liegt der relativ reibungsarme Rollenabgriff nur für eine geringe Betriebsdauer vor. Der mit der Rolle als Nok- kengegenläufer versehene Innenhebel vollzieht somit über einen Großteil der Betriebszeit eine Lost-Motion-Bewegung, wobei die Rolle als vergleichsweise massereiches Bauteil unnötigerweise im Ventiltrieb oszilliert.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schlepphebel der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die beschriebenen Nachteile beseitigt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnen- den Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass lediglich an dem Hebel, welcher beim Betrieb der Brennkraftmaschine empirisch bzw. statistisch gesehen überwiegend den Nockenhub auf das Gaswechselventil überträgt, eine drehbare Rolle als Anlauffläche appliziert ist bzw. wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 2 gelöst, wonach der Au- ßenhebel zur Übertragung eines großen Nockenhubes und der Innenhebel zur Übertragung eines kleineren Nockenhubes ausgebildet ist, wobei lediglich der Innenhebel eine drehbare Rolle als Anlauffläche hat und an jedem der Arme des Außenhebels ein Gleitabgriff als Anlauffläche vorgesehen ist.
Somit sind die vorbeschriebenen Nachteile wirkungsvoll eliminiert. Selbstverständlich können die Unteransprüche auch Rückbezüge auf Anspruch 1 besit- zen. Auch ist es denkbar, dass über den Innenhebel lediglich ein Null-Hub realisiert ist, so dass eine Ventilabschaltung vorliegt bzw. ist auch ein Minimalhub denkbar.
Somit hat nur der Hebel, welcher beim normalen Betrieb der Brennkraftmaschine überwiegend den Nockenhub überträgt, die Rolle als Nockengegenlauffläche. Vorzugsweise ist dies der Innenhebel und vorzugsweise ist die Rolle über eine Wälzlagerung wie eine Nadellagerung auf einem Bolzen gelagert. Gleitabgriffe sind an den Anlaufflächen der Arme des Außenhebels für den Großhubnocken vorgesehen. Hierdurch ist in den überwiegenden Betriebspunkten der Brennkraftmaschine (niedrige Last bist Teillast), bei welchen nur ein geringer Ventilhub gewünscht ist, ein reibungsarmer Nockenabgriff appliziert.
Der Innenhebel hat erfindungsgemäß an einem Ende die Anlage für das Gaswechselventil und am gegenüberliegenden Ende eine Komplementärfläche zur Lagerung auf einem vorzugsweise hydraulischen Abstützelement. Als Komplementärfläche ist insbesondere an eine kalottenförmige Einformung am Innenhebel gedacht. Dies ermöglicht eine einfache Verschwenkbewegung des Schlepphebels auf dem Abstützelement.
Als Koppelmittel sind nicht näher erläuterte Schieber vorgesehen, die beispielsweise hydraulisch oder elektromagnetisch bzw. über Druckfederkraft in wenigstens eine Axialrichtung verlagert werden können. Dabei ist es in Kon- kretisierung der Erfindung vorgeschlagen, eine Axiallinie der Schieber mit einer Axiallinie für die Rolle im Innenhebel zusammenzulegen. Selbstverständlich können die Schieber auch außerhalb einer Axiallinie für die Rolle verlaufen. Anstelle der Schieber sind auch weitere Koppelmittel wie klinken- und kugelartige und ähnliche denkbar. Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung soll der Innenhebel auf der Seite des einen Endes mit seiner Anlage deutlich eine Stirnseite des Außenhebels in diesem Bereich überragen. Somit ist der Außenhebel nur so lang wie unbedingt nötig ausgeführt. Dies verringert die Masse und den Bauaufwand am Schlepphebel insgesamt.
Eine einfache Verbindung des Innenhebels mit dem Außenhebel ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach ist der Innenhebel im Bereich des gegenüberliegenden Endes von einem Bolzen oder einem ähnlichen Bau- teil durchragt, auf welchem der Außenhebel verschwenkbeweglich mit seinen Armen gelagert ist. Zweckmäßigerweise ist auch im Bereich dieses Bolzens zumindest eine Drehfeder als Lost-Motion-Feder positioniert. Diese stützt sich einenends an einem die Arme des Außenhebels verbindenden Querbalken ab und wirkt anderenends auf einen Anschlag des Innenhebels, der beispielswei- se als Pin ausgebildet ist, welcher sich an einer Außenwand des Innenhebels befindet. Gegebenenfalls sind auch andere Lost-Motion-Federn wie Schraubenfedern und ähnliche applizierbar. Auch kann der Außenhebel anderweitig auf dem Innenhebel gelagert sein. Hier ist beispielsweise an kalottenförmige Auflagen bzw. gabelartige Eingriffe gedacht.
Wird wenigstens eines der Hebelteile aus einem Leichtbauwerkstoff wie Blech bzw. faserverstärktem Kunststoff gefertigt, ist ein weiterer Beitrag hinsichtlich Leichtbau und Verringerung der oszillierenden Ventiltriebsmassen geleistet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine räumliche Ansicht des erfindungsgemäßen Schlepp- hebeis; Figur 2 eine Draufsicht auf den Schlepphebel nach Figur 1 ;
Figur 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie lll-lll der Figur 2 sowie
Figur 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Figur 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 offenbart in einer räumlichen Darstellung den erfindungsgemäßen Schlepphebel 1. Dieser besteht aus einem Außenhebel 2 mit zwei Armen 3a, 3b. Diese sind im Bereich eines (gegenüberliegenden) Endes 4 des Schlepphebels 1 durch einen nockenseitigen Querbalken 5 verbunden. Zwischen den Armen 3a, 3b verläuft verschwenkbeweglich zum Außenhebel 2 ein Innenhebel 6. Dieser hat im Bereich eines Endes 7 eine Anlage 8 für ein Gaswechselventil (s. a. weitere Figuren). Im Bereich des Endes 4 besitzt der Innenhebel 6 an einer Unterseite eine Komplementärfläche 9 zur Anlage auf einem Kopf eines vorzugsweise hydraulischen Abstützelements.
Wie des weiteren zu erkennen ist, ist der Innenhebel 6 im Bereich des Endes 4 von einem Querbolzen 10 durchragt. Der Außenhebel 2 hat auf der Seite des Endes 4 je eine Bohrung 11 , in welche Enden 12 des Querbolzens 10 ragen.
In Querrichtung gesehen verlaufen zwischen dem Innenhebel 6 und dem Au- ßenhebel 2 insgesamt zwei Drehfedern 13 als Lost-Motion-Federn. Diese umschließen den Querbolzen 10 beidseitig vom Innenhebel 6 und wirken eine- nends gegen den Querbalken 5 und anderenends gegen einen Anschlag 14a, der seitlich vom Innenhebel 6 ausgeht. Somit ist im abgeschalteten Zustand des Schlepphebels 1 (Niedrighub) eine permanente Nockenanlage des Au- ßenhebels 10 gewährleistet. In etwa im Bereich einer Quermittelebene hat der Innenhebel 6 eine drehbare Rolle als Anlauffläche 14 für einen Niedrighubnocken. Eine Axiallinie dieser Rolle kongruiert mit einer Axiallinie von Koppelmitteln 15 (siehe insbesondere Figur 4) zum wahlweisen Verbinden bzw. Trennen von Außen- und Innenhebel 2, 6. Der Außenhebel 2 hingegen hat an seiner Nockenseite an den Armen 3a, 3b je eine Gleitfläche als Nockengegenlauffläche. Da während einer Befeuerung der Brennkraftmaschine der Schlepphebel 1 überwiegend im Niedrighubmodus betrieben wird und somit entkoppelt vorliegt, hat nur der mit dem Niedrighubnocken kommunizierende Innenhebel 6 eine wälzgelagerte Rolle als Anlauffläche 14. Zu den weiteren Vorteilen der Erfindung wird an dieser Stelle auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Bezugszeichen
Schlepphebel
Außenhebel a Arm b Arm
Ende
Querbalken
Innenhebel
Ende
Anlage
Komplementärfläche 0 Querbolzen 1 Bohrung 2 Ende 3 Drehfeder 4 Anlauffläche 4a Anschlag 5 Koppelmittel 6 Schwenkzentrum 7 Stirnseite

Claims

Patentansprüche
1. Schlepphebel (1 ) eines Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Ventilhübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel (2), zwischen dessen Armen (3a, 3b) ein zu diesem relativ verschwenkbeweglicher Innenhebel (6) positioniert ist und beide Hebel (2, 6) über Koppelmittel (15) derartig miteinander koppelbar sind, daß bei Kopplung ein großer und bei Entkopplung ein kleinerer Ventilhub generiert ist, wobei der Schlepphebel (1 ) an einem Ende (7) eine Anlage (8) für ein Gaswechselventil, am gegenüberliegenden Ende (4) eine Komplementärfläche (9) für ein Abstützelement sowie zumindest an einem der Hebel (2, 6) eine Anlauffläche (14) für einen Nocken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich an dem Hebel (2, 6), welcher beim Betrieb der Brennkraftmaschine empirisch bzw. statistisch gesehen überwiegend den Nockenhub auf das Gaswechselventil überträgt, eine drehbare Rolle als
Anlauffläche (14) appliziert ist.
2. Schlepphebel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenhebel (2) zur Übertragung eines großen Nocken- hubes und der Innenhebel (6) zur Übertragung eines kleineren Nockenhubes ausgebildet ist, wobei lediglich der Innenhebel (6) eine drehbare Rolle als Anlauffläche (14) hat und an jedem der Arme (3a, 3b) des Außenhebels (2) ein Gleitabgriff als Anlauffläche vorgesehen ist.
3. Schlepphebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhebel (6) an dem einen Ende (7) die Anlage (8) für das Gaswechselventil und an dem gegenüberliegenden Ende (4) die Komplementärfläche (9) für das Abstützelement aufweist, wobei der Außenhebel (2) sein Schwenkzentrum (16) im Bereich der Komplementärfläche (9) besitzt.
4. Schlepphebel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel (15) ein oder mehrere quer verlaufende Schieber sind, deren Axiallinie mit einer Axiallinie für die Rolle als Anlauffläche (14) im Innenhebel (6) kongruiert.
5. Schlepphebel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhebel (6) auf der Seite des einen Endes (7) mit seiner Anlage (8) deutlich eine Stirnseite (17) des Außenhebels (2) in diesem Bereich überragt, wobei die Rolle als Anlauffläche (14) in etwa im Bereich ei- ner Quermittelebene des Innenhebels (6) positioniert ist.
6. Schlepphebel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komplementärfläche (9) des Innenhebels (6) als kalottenförmige Einformung hergestellt ist.
7. Schlepphebel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhebel (6) am gegenüberliegenden Ende (4) von Enden (12) eines Querbolzens (10) überragt ist, auf welchen Enden (12) die Arme (3a, 3b) des Außenhebels (2) mit ihrem Schwenkzentrum (16) wie je einer Bohrung (11 ) gelagert sind.
8. Schlepphebel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (3a, 3b) des Außenhebels (2) auf der Seite des gegenüberliegenden Endes (4) nockenseitig durch einen Querbalken (5) verbunden sind, wobei der Querbolzen (10), zumindest an einer Seite zwischen Außen- und Innenhebel (2, 6), von wenigstens einer Drehfeder (13) als Lost-Motion-Feder umschlossen ist, welche einenends gegen den Querbalken (5) und andere- nends gegen einen Anschlag (14a) des Innenhebels (6) wirkt.
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