EP2568132B1 - Doppelschenkelfeder für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Doppelschenkelfeder für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2568132B1
EP2568132B1 EP12179335.0A EP12179335A EP2568132B1 EP 2568132 B1 EP2568132 B1 EP 2568132B1 EP 12179335 A EP12179335 A EP 12179335A EP 2568132 B1 EP2568132 B1 EP 2568132B1
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EP
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spring
leg
leg spring
cylinder head
valve drive
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Johannes Meyer
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • 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
    • F01L13/0063—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 by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • 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
    • F01L13/0063—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 by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F01L2013/0068—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 by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type

Definitions

  • the invention relates to a Döppelschenkelfeder for a variable-stroke valve drive in a cylinder head of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
  • a generic double leg spring for a variable stroke valve train in a cylinder head of an internal combustion engine is for example from the German patent application DE 101 22 152 A1 known.
  • an assembly aid for a double leg spring for a variable-stroke valve drive in a cylinder head of an internal combustion engine is described, wherein the double leg spring from at least a first and a second leg spring, which are arranged substantially coaxially to a common spring axis, and the first leg spring a first Spring leg and the second leg spring having a second spring leg, wherein the winding directions of the first and the second leg spring opposite and the first and second leg spring in the region of the reversal of the winding direction together form a common intermediate leg, which is connectable to a portion of the cylinder head, wherein the mounting aid the first and the second spring leg releasably connected to the intermediate leg in a biased operative position.
  • the mounting aid is a safe and easy installation of the double leg spring in a variable-stroke valve drive in a cylinder head of an internal
  • a variable-stroke valve train with a double leg spring in a cylinder head of an internal combustion engine is known.
  • the valve drive comprises a pivot lever which is supported on the one hand with a roller element with a swing fulcrum on a slide track of a link and on the other hand with a control track on an intermediate element to a gas exchange valve clearance, the pivot lever for stroke adjustment between the support points on the one hand by a cam of a camshaft opposite controlled a force of the double leg spring pivotally and on the other hand, the swing fulcrum of an adjusting device for height adjustment parallel to the slide track is slidably controlled.
  • the double leg spring forms in its middle region an intermediate leg with which the double leg spring is mountable.
  • the double leg spring In order to ensure the required positional accuracy of the leg ends of the double leg spring in the cylinder head, the double leg spring must be positioned with an auxiliary device during assembly and subsequent screwing.
  • the centering of the torsion spring on the game, as well as the position tolerance of the mounting thread in the cylinder head increases the overall tolerance of the leg ends.
  • An angle error of the retaining plate on the thigh lowered the position accuracy of the leg ends in addition.
  • the production of the fastening thread and the screwing represent a high manufacturing and assembly costs. The provision of the fastening screw increases the manufacturing cost.
  • the object of the present invention is o. G. To avoid disadvantages.
  • the embodiment according to claim 2 is a particularly preferred embodiment.
  • the angular range according to claim 3 has been found to be particularly suitable.
  • Fig. 1 shows a plan view of a three-dimensionally illustrated generic double leg spring 1 for a variable-stroke valve train in a cylinder head of an internal combustion engine.
  • the double leg spring 1 has two spring legs 1a, 1b, between which an intermediate leg 11 is arranged. At the intermediate leg 11, the direction of rotation of the spring legs 1 a, 1 b changes.
  • Each spring leg 1a, 1b is in each case associated with a cylinder gas valve of the same effect.
  • the intermediate leg 11 is further comprised of a mounting plate 15, with an unnumbered mounting hole.
  • the two spring legs 1a, 1b and the intermediate leg 11 are connected to each other with a mounting bracket 14 in a biased position.
  • Fig. 2 shows a side view of a generic variable stroke valve train 2 in a cylinder head 3 of an internal combustion engine, as he from the prior art, the DE 10 2006 033 559 A1 is known.
  • the known double leg spring 1 is provided for the variable-stroke valve drive 2 in the cylinder head 3 of an internal combustion engine, not shown.
  • the valve drive 2 comprises a pivoting lever, which is on the one hand with a roller element 5 with a swing fulcrum 5 'on a slide track 6' a link 6 and on the other hand supported with a control track 4 'on an intermediate element 7 to a gas exchange valve 8 without play.
  • the double leg spring 1 forms in its central region the intermediate leg 11, with a reversal of rotation of the two spring legs 1a, 1b, wherein the intermediate leg 11 is enveloped by the mounting plate 15.
  • a mounting means 16 in the present embodiment a screw, the double leg spring 1 can be fastened either on the cylinder head 3 or on a shaft bearing.
  • Fig. 3 shows a plan view of a double leg spring 1 according to the invention, in installation position, arranged on a shaft bearing 17.
  • the intermediate leg 11 is V-shaped and can be inserted when mounted in a corresponding V-groove 12.
  • the intermediate leg 11 is additionally comprised of a V-shaped plate 13.
  • the V-groove 12 is disposed in a shaft bearing, in another embodiment, it can also in a Machine housing 17, such as directly in a cylinder head, be arranged.
  • the V-angle ⁇ of the intermediate leg 11 and the V-groove 12 about 45 °, in other embodiments, this V-angle ⁇ between 20 ° and 120 °.
  • the double leg spring 1 according to the invention is preferably mounted with the plate 13 by simply plugging it into the V-shaped groove in the cylinder head or in a shaft bearing 17. Due to the V-shaped receptacle in the cylinder head or in the shaft bearing 17 a significantly reduced tolerance lateral centering of the double leg spring 1 is possible, since the aforementioned games (fixing screw / mounting hole) omitted in the positioning of the double-leg spring system. The assembly effort is significantly reduced by the elimination of the provision of the screw (fastener) and the screwing.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Döppelschenkelfeder für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine gattungsgemäße Doppelschenkelfeder für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 22 152 A1 bekannt. In dieser Offenlegungsschrift ist eine Montagehilfe für eine Doppelschenkelfeder für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Doppelschenkelfeder aus zumindest einer ersten und einer zweiten Schenkelfeder, die weitgehend koaxial zu einer gemeinsamen Federachse angeordnet sind, dargestellt ist und die erste Schenkelfeder einen ersten Federschenkel und die zweite Schenkelfeder einen zweiten Federschenkel aufweisen, wobei die Wicklungsrichtungen der ersten und der zweiten Schenkelfeder entgegengesetzt und die erste und zweite Schenkelfeder im Bereich der Umkehr der Wicklungsrichtung miteinander einen gemeinsamen Zwischenschenkel bilden, der mit einem Abschnitt des Zylinderkopfes verbindbar ist, wobei die Montagehilfe den ersten und den zweiten Federschenkel mit dem Zwischenschenkel in einer vorgespannten Wirkposition lösbar miteinander verbindet. Durch die Montagehilfe ist eine gefahrlose und problemlose Montage der Doppelschenkelfeder in einem hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine möglich.
  • Aus der DE 10 2006 033 559 A1 ist ein hubvariabler Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt. Der hubvariable Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine weist zumindest einen ersten und einen zweiten Zylinder und gleichwirkende Gaswechselventile auf, wobei ' jedem Zylinder eine Gaswechselventilbetätigungseinheit zugeordnet ist. Diese Gaswechselventilbetätigungseinheit besteht aus zumindest:
    • Einem Zwischenhebel, der einerseits schiebebeweglich auf einer Kulissenbahn einer Kulisse gelagert ist und andererseits eine Arbeitskurve aufweist,
    • wobei
    • die Arbeitskurve über ein Zwischenelement mit einem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht, wobei
    • eine erste Stellvorrichtung zum Drehen des Zwischenhebels um einen kulissennahen Punkt gegen eine Federkraft eines Federelementes vorgesehen ist, wobei
    • Der Zwischenhebel mit einer zweiten Stellvorrichtung entlang der Kulissenbahn verschiebbar ist, wobei
    • die zweite Stellvorrichtung einen ersten Einstellpunkt für einen Nullhub, zumindest einen zweiten Einstellpunkt für einen Teilhub und einen dritten Einstellpunkt für einen Vollhub des Gaswechselventils aufweist und wobei dem Gaswechselventil des ersten Zylinders eine erste zweite Stellvorrichtung und dem Gaswechselventil des zweiten Zylinders eine zweite zweite Stellvorrichtung zugeordnet ist.
  • Aus der EP 1 854 967 A2 , von der diese Erfindung ausgeht, ist ein hubvariabler Ventiltrieb mit einer Doppelschenkelfeder in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Ventiltrieb umfasst einen Schwenkhebel auf, der einerseits mit einem Rollenelement mit einem Schwingdrehpunkt auf einer Kulissenbahn einer Kulisse und andererseits mit einer Steuerbahn auf einem Zwischenelement zu einem Gaswechselventil spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken einer Nockenwelle entgegen einer Kraft der Doppelschenkelfeder gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt von einer Verstelleinrichtung zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn gesteuert verschiebbar ist. Weiter bildet die Doppelschenkelfeder in ihrem Mittenbereich einen Zwischenschenkel mit dem die Doppelschenkelfeder montierbar ist.
  • Um die geforderte Positionsgenauigkeit der Schenkelenden der Doppelschenkelfeder im Zylinderkopf zu gewährleisten, muss die Doppelschenkelfeder bei der Montage und der nachfolgenden Verschraubung mit einer Hilfsvorrichtung positioniert werden. Die Zentrierung der Drehfeder über das Spiel, sowie die Positionstoleranz des Befestigungsgewindes im Zylinderkopf erhöht die Gesamttoleranz der Schenkelenden. Ein Winkelfehler des Halte-blechs am Zwischenschenkel erniedrigt die Positionsgenauigkeit der Schenkelenden zusätzlich. Die Fertigung des Befestigungsgewindes sowie der Schraubvorgang stellen einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand dar. Die Bereitstellung der Befestigungsschraube erhöht die Herstellkosten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
    Erfindungsgemäß wird die Doppelschenkelfeder durch einfaches Stecken in die Aufnahme, einer V-förmigen Nut im Zylinderkopf, montiert. Durch die V-förmige Aufnahme im Zylinderkopf wird eine deutlich toleranzreduzierte seitliche Zentrierung der Doppelschenkelfeder ermöglicht, da die o. g. Spiele (Schraube, Gewinde, Befestigungsloch) bei der Positionierung des Doppelschenkelfedersystems entfallen. Der Montageaufwand wird durch den Entfall der Bereitstellung der Befestigungsschraube sowie des Schraubvorgangs deutlich reduziert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
  • Der Winkelbereich gemäß Patentanspruch 3 hat sich als besonders geeignet herausgestellt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung in zwei Figuren anhand des Standes der Technik und in einer dritten Figur anhand einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine Aufsicht auf eine gattungsgemäße Doppelschenkelfeder gemäß dem Stand der Technik.
    Fig. 2
    zeigt eine Seitenansicht eines gattungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs gemäß dem Stand der Technik
    Fig. 3
    zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Doppelschenkelfeder.
  • Im Folgenden gelten in den Fig. 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
  • Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine dreidimensional dargestellte gattungsgemäße Doppelschenkelfeder 1 für einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Die Doppelschenkelfeder 1 weist zwei Federschenkel 1a, 1 b auf, zwischen denen ein Zwischenschenkel 11 angeordnet ist. Am Zwischenschenkel 11 ändert sich die Drehrichtung der Federschenkel 1 a, 1 b. Jeder Federschenkel 1a, 1 b ist jeweils einem gleichwirkenden Gaswechselventil eines Zylinders zugeordnet. Der Zwischenschenkel 11 ist ferner von einem Montageblech 15 umfasst, mit einer nicht bezifferten Montagebohrung. Um eine gefahrlose und problemlose Montage der Doppelschenkelfeder in einem hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, sind die zwei Federschenkel 1a, 1b und der Zwischenschenkel 11 mit einer Montagehalterung 14 in vorgespannter Position miteinander verbunden.
  • Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht auf einen gattungsgemäßen hubvariablen Ventiltrieb 2 in einem Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine, wie er aus dem Stand der Technik, der DE 10 2006 033 559 A1 bekannt ist. Die bekannte Doppelschenkelfeder 1 ist für den hubvariablen Ventiltrieb 2 in dem Zylinderkopf 3 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Ventiltrieb 2 umfasst einen Schwenkhebel, der einerseits mit einem Rollenelement 5 mit einem Schwingdrehpunkt 5' auf einer Kulissenbahn 6' einer Kulisse 6 und andererseits mit einer Steuerbahn 4' auf einem Zwischenelement 7 zu einem Gaswechselventil 8 spielfrei abgestützt ist. Zur Hubeinstellung ist der Schwenkhebel 4 zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken 9' einer Nockenwelle 9 entgegen einer Kraft der Doppelschenkelfeder 1 gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt 5' von einer Verstelleinrichtung 10 zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn 6' gesteuert verschiebbar. Weiter bildet die Doppelschenkelfeder 1 in ihrem Mittenbereich den Zwischenschenkel 11, mit einer Drehrichtungsumkehr der zwei Federschenkel 1a, 1b, wobei der Zwischenschenkel 11 von dem Montageblech 15 umhüllt ist. Mit einem Montagemittel 16, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraube, ist die Doppelschenkelfeder 1 entweder am Zylinderkopf 3 oder an einem Wellenlager befestigbar. Zur Funktionsweise des hubvariablen Ventiltriebs 2 wird auch auf die internationale Patentanmeldung WO 02/092972 A1 hingewiesen.
  • Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Doppelschenkelfeder 1, in Einbaulage, an einem Wellenlager 17 angeordnet. Erfindungsgemäß ist im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik der Zwischenschenkel 11 V-förmig ausgebildet und bei einer Montage in eine korrespondierende V-Nut 12 einsteckbar.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenschenkel 11 zusätzlich von einem V-förmigen Blech 13 umfasst.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die V-Nut 12 in einem Wellenlager angeordnet, in einem anderen Ausführungsbeispiel kann sie auch in einem Maschinengehäuse 17, wie beispielsweise direkt in einem Zylinderkopf, angeordnet sein.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der V-Winkel α des Zwischenschenkels 11 und der V-Nut 12 ca. 45° auf, im weiteren Ausführungsbeispielen kann dieser V-Winkel α zwischen 20° und 120° betragen.
  • Die erfindungsgemäße Doppelschenkelfeder 1 wird bevorzugt mit dem Blech 13 durch einfaches Stecken in die V-förmige Nut im Zylinderkopf oder in einem Wellenlager 17 montiert. Durch die V-förmige Aufnahme im Zylinderkopf oder im Wellenlager 17 wird eine deutlich toleranzreduzierte seitliche Zentrierung der Doppelschenkelfeder 1 ermöglicht, da die eingangs genannten Spiele (Befestigungsschraube/Befestigungsloch) bei der Positionierung des Doppelschenkelfedersystems entfallen. Der Montageaufwand wird durch den Entfall der Bereitstellung der Schraube (Befestigungsmittel) sowie des Schraubvorgangs deutlich reduziert.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Doppelschenkelfeder
    1a
    Federschenkel
    1b
    Federschenkel
    2.
    Ventiltrieb
    3.
    Zylinderkopf
    4.
    Schwenkhebel
    4'
    Steuerbahn
    5.
    Rollenelement
    5'
    Schwingdrehpunkt
    6.
    Kulisse
    6'
    Kulissenbahn
    7.
    Zwischenelement
    8.
    Gaswechselventil
    9.
    Nockenwelle
    9'
    Nocke
    10.
    Verstelleinrichtung
    11.
    Zwischenschenkel
    12.
    V-Nut
    13.
    Blech
    14.
    Montagehalterung
    15.
    Montageblech
    16.
    Montagemittel
    17.
    Wellenlager

Claims (3)

  1. Hubvariabler Ventiltrieb (2) mit einer Doppelschenkelfeder (1) in einem Zylinderkopf (3) einer Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb (2) einen Schwenkhebel (4) umfasst, der einerseits mit einem Rollenelement (5) mit einem Schwingdrehpunkt (5') auf einer Kulissenbahn (6') einer Kulisse (6) und andererseits mit einer Steuerbahn (4') auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (4) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9') einer Nockenwelle (9) entgegen einer Kraft der Doppelschenkelfeder (1) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (5') von einer Verstelleinrichtung (10) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (6') gesteuert verschiebbar ist, wobei die Doppelschenkelfeder (1) in ihrem Mittenbereich einen Zwischenschenkel (11) bildet mit einer Drehrichtungsumkehr der zwei Federschenkel (1a, 1 b) und wobei die Doppelschenkelfeder (1) im Bereich des Zwischenschenkels (11) montierbar ist und wobei der Zwischenschenkel (11) V-förmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenschenkel (11) bei einer Montage in eine korrespondierende V-förmige Aufnahme (12) im Zylinderkopf (3) oder einem Wellenlager (17) eingesteckt wird.
  2. Hubvariabler Ventiltrieb nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenschenkel (11) von einem V-förmigen Blech (13) umfasst ist.
  3. Hubvariabler Ventiltrieb nach Patentansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein V-Winkel α des Zwischenschenkels (11) und der V-förmigen Aufnahme (12) zwischen 20° und 120° beträgt.
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