[0001] Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer
Nockenwelle und axial geteilten, auf der Nockenwelle angeordneten Nocken, mit einem
Schlepphebel, der mit seinem einen Ende auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine
einwirkt und sich mit seinem anderen Ende über ein Auflager an einem Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine abstützt, wobei der axial geteilte Nocken den Schlepphebel
derart betätigt, dass dieser Schwenkbewegungen um das Auflager ausführt, sowie für
den Schlepphebel ein Führungselement vorgesehen ist.
[0002] Damit eine Brennkraftmaschine unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen zur Reduzierung
des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen möglichst optimal betrieben werden
kann, kommen verstärkt variable Ventilsteuerungen zum Einsatz. Dies erfolgt unter
Nutzung verstellbarer Nockenwellen des Systems "Welle in Welle", welche aus einer
hohlen Außenwelle und einer konzentrisch darin angeordneten Innenwelle bestehen, wobei
ein drehfest mit der Außenwelle verbundener Nocken und ein drehbar auf der Außenwelle
gelagerter und mittels Verbindungselementen fest mit der Innenwelle verbundener Nocken
vorgesehen sind. Die Anwendung dieses Systems ist sowohl für die Variabilität der
Ventilöffnungsdauer als auch für die Variabilität der Phasenlage der Ventilsteuerzeiten
(Phasing) bekannt.
Eine Variabilität der Ventilöffnungsdauer erfordert verstellbare Nockenwellen mit
axial geteilten Nocken (sogenannten Spreiznocken) an der jeweiligen Ventilposition.
Diese geteilten Nocken bestehen aus mindestens zwei Teilnocken, welche konzentrisch
gegeneinander verstellbar sind und somit eine Variabilität in Bezug auf die Ventilöffnungsdauer
erzeugen können. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der
EP 1 500 797 A1 und der
WO 2011 / 032 632 A1 bekannt.
[0003] Bei einer Drehung der Nockenwelle um die Nockenwellenachse wirken die umlaufenden
Nocken auf eine vorteilhafterweise an einem Schlepphebel drehbar gelagerte Rolle (=
Rollenschlepphebel) ein, wodurch die damit verbundene Stellbewegung auf den auf einer
Achse gelagerten Schlepphebel übertragen und letztlich von diesem in eine translatorische
Stellbewegung des Ventils entlang der Ventilachse umgesetzt wird (
WO 2011/ 032 632 A1).
[0004] Aus der
DE 10 2010 005 825 A1 ist eine Lösung bekannt, bei der während der Montage der an einem Zylinderkopf einer
Brennkraftmaschine für den Ventiltrieb vorzusehenden Bauteile, zur Montage eines Schlepphebels
ein Sicherungselement angeordnet ist. Dieses Sicherungselement ist am Zylinderkopf
befindlich und realisiert eine seitliche Führung des Schlepphebels, so dass dieser
bei der Überführung der Brennkraftmaschine für die in unterschiedlichen Arbeitsstationen
stattfindenden Montagearbeiten in seiner Lage auf dem Gaswechselventil gehalten wird.
Ein Abrutschen des Schlepphebels vom Gaswechselventil kann somit verhindert werden.
Aussagen zur Führungsgenauigkeit zwischen seitlicher Führung und Schlepphebel werden
nicht getroffen, so zur Kosterminimierung des Montageprozesses von einem größeren
Spiel zwischen Führung und Schlepphebel ausgegangen werden kann.
[0005] Eine weitere gattungsgemäße Lösung ist aus der
DE 29 21 645 A1 bekannt.
[0006] Die Nachteile der beiden letztgenannten Lösungen, bei denen in einer Brennkraftmaschine
mit einer verstellbaren, Spreiznocken aufweisenden Nockenwelle, bei welcher außerdem
ein Schlepphebel im Ventiltrieb vorgesehen ist, bestehen darin, dass bei verstelltem
Zustand der Nocken, der Schlepphebel nur auf der Nockenbahn des jeweils im Eingriff
befindlichen Teilnockens abläuft. Dies führt zu einer unsymmetrischen Kraftüberleitung
zwischen Nocken und Schlepphebel und somit zu einem Kippmoment am Schlepphebel, ungleicher
Hertzscher Pressung (Kantenträger) sowie letztlich zum vorzeitigen Verschleiß bzw.
Bauteilausfall.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Führung für einen Schlepphebel
bei Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle und axial
geteilten Nocken vorzuschlagen, mit der bei einer unsymmetrischen Kraftüberleitung
zwischen Nocken und Schlepphebel die auftretenden Kippmomente des Schlepphebels wirksam
aufgefangen und eine gleichmäßige Hertzsche Pressung gewährleistet werden können,
so dass einem vorzeitigen Verschleiß bzw. Bauteilausfall entgegengewirkt werden kann.
[0008] Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei deren Ausgestaltungen aus den
Patentansprüchen 2 bis 8 ersichtlich sind.
[0009] Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein Element zur Führung des Schlepphebels
entlang seiner Bewegungsrichtung im Zylinderkopf geschaffen wird, wodurch das am Schlepphebel
entstehende Kippmoment an dem Führungselement des Schlepphebels abgestützt und damit
das seitliche Kippen des Schlepphebels verhindert werden kann.
[0010] Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert werden.
[0011] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine teilweise geschnittene Darstellung einer ersten Aufführungsform des erfindungsgemäßen
Führungselementes eines beispielhaft als Rollenschlepphebel ausgebildeten Schlepphebels
- Fig. 2
- eine Schnittdarstellung gemäß die Linie A - A der Fig. 1
- Fig. 3
- eine perspektivische Darstellung des Führungselementes, welches am Zylinderkopf montierbar
ist
- Fig. 4
- eine teilweise geschnittene Darstellung einer weiteren Aufführungsform des erfindungsgemäßen
Führungselementes des als Rollenschlepphebel ausgeführten Schlepphebels
- Fig. 5
- eine Schnittdarstellung gemäß die Linie A - A der Fig. 4
- Fig. 6
- eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Führungselementes,
welches am Zylinderkopf montierbar ist
[0012] In den Fig. 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine
dargestellt. Diesem Zylinderkopf 1 ist eine verstellbare Nockenwelle 2 mit einer Achse
3 zugeordnet. Diese Nockenwelle 2 besteht aus einer hohlen Außenwelle 4 und einer
konzentrisch darin angeordneten Innenwelle 5, wobei ein drehfest mit der Außenwelle
4 verbundener Teilnocken 6 und ein drehbar auf der Außenwelle 4 gelagerter und mittels
Verbindungselementen fest mit der Innenwelle 5 verbundener Teilnocken 7 vorgesehen
sind. Diese beiden Teilnocken 6, 7, welche konzentrisch gegeneinander verstellbar
sind und somit eine Variabilität in Bezug auf die Ventilöffnungsdauer erzeugen können,
bilden somit den axial geteilten Nocken 8 (so genannter Spreiznocken).
[0013] An einer Montagefläche 9 am Zylinderkopf 1 ist ein, mit einer Montagefläche 10 ausgestaltetes
und gabelförmig angeordnete Schenkel 11, 12 beinhaltendes Führungselement 13 (siehe
auch Fig. 3) vorgesehen. Die Befestigung des Führungselementes 13 erfolgt mittels
eines sich durch eine Bohrung 14 in dem Führungselement 13 ersteckenden Befestigungselements
15 (wie Schrauben, Bolzen, Niete oder ähnliche). Auf einer parallel zur Achse 3 der
Nockenwelle 2 verlaufenden Achse 16 ist zwischen den gabelförmig angeordneten Schenkeln
11, 12 des Führungselementes 13 ein eine Rolle 17 tragender Schlepphebel 18 angeordnet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf derartige Rollenschlepphebel, sondern ist
auch für andere Schlepphebelausführungen anwendbar, bei denen beispielsweise die Rolle
17 durch eine Gleitfläche ersetzt ist.
[0014] Der Schlepphebel 18 ist mit seitlichen Führungsflächen 19 ausgestattet, die planparallel
zueinander und rechtwinklig zur Achse 16 der Rolle 17 ausgebildet sind. Die Führungsflächen
19 weisen zueinander einen definierten Abstand, die Führungsbreite 20 des Schlepphebels
18, auf. An den gabelförmig angeordneten Schenkeln 11, 12 des Führungselementes 13
ausgebildete Führungsflächen 21, sind mit der Führungsbreite 20 voneinander beabstandet,
d.h. sie sind passgenau zu den Führungsflächen 19 ausgeführt. Somit ist zwischen den
Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 und den Führungsflächen 21 des Führungselementes
13 ein Passmaß, wie eine Gleit- oder Spielpassung, ausgebildet. Bevorzugt ist hier
eine Gleitpassung. Die Mittellängsachse 22 des Schlepphebels 18 verläuft vorzugsweise
durch die Berührungsebene zwischen den beiden Teilnocken 6, 7 des axial geteilten
Nockens 8.
[0015] Die Führungsflächen 21 des Führungselementes 13 bestehen zumindest im Führungsbereich
des Schlepphebels 18 aus einem verschleißfesten Werkstoff und/oder auf den Führungsflächen
21 wird durch Härten (z.B. Nitrieren, Karbonitrieren, Einsatz- oder Induktionshärten
oder ähnliche) eine verschleißfeste Oberfläche oder durch Beschichtung (z.B. Anodisieren,
DLC- Beschichtung, Flammspritzen oder ähnliche) eine verschleißfeste Schicht aufgebracht.
Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, eine die Führungsflächen 21 beinhaltende verschleißfeste
Platte in das Führungselement 13 einzusetzen.
[0016] Damit wird eine weitgehend spielfreie seitliche Führung des Schlepphebels 18 entlang
seiner Bewegungsrichtung im Zylinderkopf 1 geschaffen, womit sich das entstehende
Kippmoment am Schlepphebel 18 abstützen und damit ein seitliches Kippen verhindert
werden kann.
[0017] Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, ist
das vorstehend beschriebene, gabelförmig angeordnete Schenkel 11, 12 und Führungsflächen
21 beinhaltendes Führungselement 13 nicht nachträglich am Zylinderkopf 1 montierbar,
sondern entweder die in den Zylinderkopf 1 einbringbaren Führungsflächen 21 direkt
als Kontur aus dem Werkstoff des Zylinderkopfes 1 herausgearbeitet (nicht zeichnerisch
dargestellt) oder nach den Fig. 4 und 5 als Insertformteil 23 aus anderem Werkstoff
in den Zylinderkopf 1 eingegossen, welches dann gemeinsam mit der Zylinderkopfbearbeitung
eine Bearbeitung erfährt. Der weitere Aufbau der Einrichtung entspricht in seiner
Ausgestaltung und Funktionsweise denen des ersten Ausführungsbeispiels nach den Fig.
1 bis 3, so dass dessen Bezugszeichen auch in den Fig. 4 und 5 entsprechend Verwendung
finden.
[0018] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist in den gabelförmig angeordneten
Schenkeln 11, 12 jeweils ein Wälzkörper 24 drehbar angeordnet, wie in Fig. 6 gezeigt.
Die Drehachse des Wälzkörpers 24 verläuft vorzugsweise senkrecht zu einer Verlagerungskurve,
auf der die Achse 16 der Rolle 17 bei einer Schwenkbewegung des Schlepphebels 18 bewegt
wird. Die Wälzkörper 24 sind zudem derart in den Schenkeln 11, 12 angeordnet, dass
zwischen den Wälzkörpern 24 die Führungsbreite 20 zur Führung des Schlepphebels 18
ausgebildet ist. D.h. die Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 werden passgenau
zwischen den Wälzkörpern 24 aufgenommen. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden
die Führungsflächen 21 durch die Wälzkörper 24 ausgebildet, wobei die Führungsfläche
21 hier lediglich linienförmig sind bzw. es kann lediglich ein linienförmiger Kontakt
zwischen den Wälzkörpern 24 und Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 erfolgen.
Dem Grundverständnis der Erfindung nach, ist jedoch auch dieser linienförmigen Kontakt
als Führungsfläche 21 zu verstehen. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die
zwischen dem Schlepphebel 18 und dem Führungselement 13 auftretende Reibung zu Reduzieren.
Dies wird durch den kleineren (linienförmigen) Kontakt zwischen Schlepphebel 18 und
Führungselement 13 erreicht.
[0019] Der weitere Aufbau der Einrichtung kann in seiner Ausgestaltung und Funktionsweise
der des ersten Ausführungsbeispiels, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, entsprechen,
so dass auf eine wiederholende Aufzählung verzichtet wird. Es ist jedoch auch möglich,
dass bei einer Ausgestaltung gemäß der Fig. 4 und 5 die Führungsfläche 21 durch Wälzkörper
24 gebildet wird.
[0020] Die Führungsflächen 19 des Schlepphebels 18 und/oder die Wälzkörper 24 können vorzugsweise
aus einem verschleißfesten Werkstoff erzeugt werden und/oder es wird durch Härten
(z.B. Nitrieren, Karbonitrieren, Einsatz- oder Induktionshärten oder ähnliche) eine
verschleißfeste Oberfläche oder durch Beschichtung (z.B. Anodisieren, DLC-Beschichtung,
Flammspritzen oder ähnliche) eine verschleißfeste Schicht aufgebracht bzw. erzeugt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
[0021]
- 1
- Zylinderkopf
- 2
- verstellbare Nockenwelle
- 3
- Achse
- 4
- hohle Außenwelle
- 5
- Innenwelle
- 6
- Teilnocken
- 7
- Teilnocken
- 8
- axial geteilter Nocken
- 9
- Montagefläche
- 10
- Montagefläche
- 11
- Schenkel
- 12
- Schenkel
- 13
- Führungselement
- 14
- Bohrung
- 15
- Befestigungselement
- 16
- Achse
- 17
- Rolle
- 18
- Schlepphebel
- 19
- Führungsfläche
- 20
- Führungsbreite
- 21
- Führungsfläche
- 22
- Mittellängsachse
- 23
- Insertformteil
- 24
- Wälzkörper
1. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit verstellbarer Nockenwelle (2) und axial geteilten,
auf der Nockenwelle (2) angeordneten Nocken (8), mit einem Schlepphebel (18), der
mit seinem einen Ende auf ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine einwirkt und
sich mit seinem anderen Ende über ein Auflager an einem Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine
abstützt, wobei der axial geteilte Nocken (8) den Schlepphebel (18) derart betätigt,
dass dieser Schwenkbewegungen um das Auflager ausführt, sowie für den Schlepphebel
(18) ein Führungselement (13) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass am oder im Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine ein passgenaues Führungselement
(13) für den Schlepphebel (18) zur Führung der Schwenkbewegungen des Schlepphebels
(18) in einer Ebene vorgesehen ist, der Schlepphebel (18) an einem mit gabelförmig
angeordneten Schenkeln (11, 12) und an dem Zylinderkopf (1) anbringbaren oder in den
Zylinderkopf (1) einbringbaren Führungselement (13) geführt ist, wobei der Schlepphebel
(18) mit seitlichen Führungsflächen (19) ausgestattet ist, die planparallel zueinander
auf eine definierte Führungsbreite (20) in Form eines Passmaßes bearbeitet sowie auch
das von den Schenkeln (11, 12) gebildete gabelförmige Führungselement (13) mit seinen
Führungsflächen (21) passgenau bezüglich der Führungsbreite (20) des Schlepphebels
(18) ausgebildet sind und die Mittellängsachse (22) des Schlepphebels (18) durch die
Berührungsebene zwischen den beiden Teilnocken (6, 7) des axial geteilten Nockens
(8) verläuft.
2. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das am Zylinderkopf (1) anbringbare Führungselement (13) mit einer Montagefläche
(10) ausgestattet ist, die mit einer am Zylinderkopf (1) vorgesehenen Montagefläche
(9) zusammenwirkt, und das Führungselement (13) mittels eines Befestigungselements
(15) am Zylinderkopf (1) fixierbar ist.
3. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das in den Zylinderkopf (1) einbringbare Führungselement (13) als Insertformteil
(23) in den Zylinderkopf (1) eingegossen ausgestaltet ist.
4. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in den Zylinderkopf (1) einbringbaren Führungsflächen (21) direkt als Kontur
aus dem Werkstoff des Zylinderkopfes (1) ausgebildet sind.
5. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) zumindest im Führungsbereich
des Schlepphebels (18) aus einem verschleißfesten Werkstoff bestehen.
6. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) eine verschleißfeste Oberfläche
oder eine verschleißfeste Beschichtung aufweisen.
7. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 4 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsflächen (21) Bestandteil einer in den Zylinderkopf (1) oder das Führungselement
(13) einsetzbaren, verschleißfesten Platte sind.
8. Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungsflächen (21) des Führungselementes (13) durch Wälzkörper (24) ausgebildet
sind.