DE102007008409A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebel - Google Patents
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebel Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Schlepphebel, der mit einer an einem Nocken abwälzenden Rolle versehen ist und der an einem Ende ein Gaswechselventil zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung hubbeaufschlagt, und mit einem an eine Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Abstützelement mit einem sphärischen Gelenkkopf, auf dem der Schlepphebel mit einer kalottenförmigen Gelenkpfanne am anderen Ende schwenkbeweglich gelagert ist. Dabei ist eine durch den Gelenkkopf verlaufende und innerhalb der Gelenkpfanne mündende Zuflussöffnung für Hydraulikmittel und in der Gelenkpfanne eine mit der Zuflussöffnung hydraulisch kommunizierende Durchflussöffnung für Hydraulikmittel zur Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle vorgesehen.
- Hintergrund der Erfindung
- Derartige Ventiltriebe mit endseitig auf stationär in der Brennkraftmaschine angeordneten Abstützelementen kugelgelenkig gelagerten Schlepphebeln sind der Fachwelt an sich bekannt und tragen aufgrund ihres Wälzkontakts zwischen dem Nocken und der Rolle zu einer, gegenüber einem Gleitkontakt, erheblichen Reduzierung der Ventiltriebsreibung bei. Zur Schmierung und/oder Kühlung des Wälzkontakts ist es üblich, die Gelenkpfanne des Schlepphebels mit einer zur Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle dienenden Durchflussöffnung für druckbeaufschlagtes Hydraulikmittel zu versehen. Dieses gelangt, ausgehend von der Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine und einen an diese angeschlossenen Hydraulikmittelpfad innerhalb des Abstützelements, über die Zuflussöffnung in den Gelenkkontakt zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne und dient gleichzeitig der Schmierung des Gelenkkontakts.
- Ein solcher Ventiltrieb ist beispielsweise aus der gattungsgemäßen
DE 42 34 868 A1 bekannt. Dabei stehen die Zuflussöffnung und die Durchflussöffnung in permanenter hydraulischer Verbindung miteinander, so dass eine kontinuierliche Anspritzung der Rolle unabhängig von der Hubstellung des Gaswechselventils erfolgt. Das mithin auch kontinuierlich in den Wälzkontakt zwischen dem Nocken und der Rolle geförderte Hydraulikmittel kann jedoch im Hinblick auf die zyklisch schwankenden Kontaktkräfte zu ungünstigen Schmierfilmbedingungen im Wälzkontakt führen. Während in der Öffnungsphase des Gaswechselventils die Belastung des Wälzkontakts durch die dann wirksame Ventilfederkraft und durch Beschleunigungskräfte mit einer angemessenen, d. h. tribologisch günstigen Schmierfilmhöhe einhergeht, kann es in der geschlossenen Phase des Gaswechselventils und der dann geringen Belastung des Wälzkontakts zu einer unzulässig hohen Ansammlung von Hydraulikmittel vor dem Wälzkontakt und zu einer entsprechend großen Schmierfilmhöhe im Wälzkontakt kommen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass ein übermäßiges Angebot an Hydraulikmittel die Wahrscheinlichkeit eines temporär auftretenden Schlupfs, vergleichbar mit dem Effekt des Aquaplanings, zwischen der Rolle und dem Nocken deutlich erhöhen kann. Dieser temporäre Schlupf birgt das Risiko eines vorzeitigen Oberflächenverschleißes der Kontaktpartner, wobei sich der in den Untersuchungen festgestellte Verschleiß in Form von Rattermarken an der Rolle manifestierte. - Ein weiterer Nachteil der kontinuierlichen Anspritzung kann durch einen Anstieg der hydrodynamischen Ventiltriebsreibung in Folge eines übermäßigen Hydraulikmitteleintrags vor und in den Wälzkontakt gegeben sein.
- Schließlich kann sich der allein für die Anspritzung benötigte Hydraulikmitteistrom insbesondere bei mehrventiligen Brennkraftmaschinen zu einem erheblichen Anteil am gesamten Förderstrom der Hydraulikmittelpumpe aufsummieren und, wie die hydrodynamische Ventiltriebsreibung, ebenfalls einen erheblichen Beitrag zum sogenannten Reibmitteldruck als Maß für die Verlustleistung der Brennkraftmaschine darstellen.
- Aufgabe der Erfindung
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach soll einerseits die Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle mit Hydraulikmittel so gestaltet sein, dass ein auf die Lebensdaueranforderungen der Brennkraftmaschine abgestimmter Betrieb des Ventiltriebs ohne vorzeitigen Oberflächenverschleiß der Rolle oder des Nockens ermöglicht wird. Andererseits soll die mit der Anspritzung verbundene Verlustleistung der Brennkraftmaschine möglichst gering sein.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach sollen die Durchflussöffnung und die Zuflussöffnung in Schwenkrichtung des Schlepphebels derart zueinander versetzt angeordnet sein, dass die Durchflussöffnung und die Zuflussöffnung in der geschlossenen Stellung des Gaswechselventils hydraulisch voneinander getrennt oder lediglich über einen Drosselspalt hydraulisch miteinander verbunden sind. Folglich wird der bei geöffnetem Gaswechselventil für die Anspritzung benötigte Hydraulikmittelstrom bei geschlos senem Gaswechselventil unterbrochen oder durch Drosselung deutlich reduziert, so dass der Eintrag von Hydraulikmittel in oder vor den dann ausreichend belasteten Wälzkontakt zwischen Nocken und Rolle zyklisch intermittierend beziehungsweise schwellend mit geöffnetem Gaswechselventil erfolgt. Die dazwischen bei geschlossenem Gaswechselventil, d. h. während der Grundkreisphase des Nockens, aussetzende oder gedrosselte Anspritzung hingegen gewährleistet, dass es zu keinem übermäßigen Eintrag von Hydraulikmittel in den dann allenfalls nur gering belasteten Wälzkontakt kommt.
- Ein weiterer Vorteil der zyklisch aussetzenden oder gedrosselten Anspritzung besteht darin, dass der die Hydraulikmittelpumpe der Brennkraftmaschine belastende und am Reibmitteldruck der Brennkraftmaschine beteiligte Hydraulikmittelstrom durch den Ventiltrieb reduziert werden kann. Beispielsweise würde sich im Falle eines Nockens mit 240° Grundkreisphase und 120° Ventilöffnungsphase bei zyklisch vollständig aussetzender Anspritzung eine Reduzierung des für die Anspritzung benötigten Hydraulikmittelsstroms um zwei Drittel des ursprünglichen Wertes bei kontinuierlicher Anspritzung ergeben.
- In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Durchflussöffnung als Stufenbohrung mit wenigstens zwei unterschiedlichen und sich in Durchflussrichtung vergrößernden Querschnittsflächen ausgebildet ist. Insbesondere bei kleinsten Durchflussquerschnitten lässt sich eine so gestaltete Durchflussöffnung wirtschaftlich dadurch herstellen, dass größere Querschnitte der Stufenbohrung im Falle eines Gusshebels angegossen oder im Falle eines Blechhebels angeprägt sind und der für den Durchfluss maßgebliche kleinste Querschnitt durch andere bekannte Verfahren wie Bohren, Laserbohren oder Lochen hergestellt wird.
- Außerdem soll das Abstützelement eine an sich bekannte hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung aufweisen. Dabei kommt es der ebenfalls an die Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Ventilspielausgleichsvorrichtung zugute, dass die Hydraulikmittelversorgung während des Ventilspielausgleichvorgangs, d. h. während der Grundkreisphase des No ckens, nicht oder in nur geringem Maße durch andere Verbraucher und in diesem Fall durch die Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle belastet ist, so dass im Hinblick auf einen schnellen Ventilspielausgleichvorgang stets ein ausreichend hoher Hydraulikmitteldruck zur Verfügung steht. In dem alternativen Fall, dass es sich um ein Abstützelement mit mechanischem Ventilspielausgleich handelt, dient der Anschluss des Abstützelements an die Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine lediglich der Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle sowie der Schmierung des Gelenkkontakts.
- Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Schlepphebel mit einem auf der Gelenkpfanne verlaufenden Umlenkelement versehen ist, welches das aus der Durchflussöffnung austretende Hydraulikmittel in Richtung des Nockens und/oder in Richtung der Rolle umlenkt. Unter der Maßgabe, dass eine durch die Durchflussöffnung selbst gebildete Umlenkung, wie sie beispielsweise in der eingangs zitierten Druckschrift durch zwei sich schneidende Bohrungen gebildet ist, nicht vorgesehen ist, und aufgrund der in Schwenkrichtung des Schlepphebels zueinander versetzten Anordnung der Öffnungen kann ein solches Umlenkelement zur gezielten Anspritzung des Nockens und/oder der Rolle unerlässlich sein.
- Dabei kann es in weiterer Fortbildung der Erfindung zweckmäßig sein, dass das Umlenkelement so geformt ist, dass das Hydraulikmittel in Richtung des Nockens und beabstandet zum Wälzkontakt zwischen dem Nocken und der Rolle umgelenkt wird. Durch diese Maßnahme kann auch während des geöffneten Gaswechselventils eine übermäßige und reibungsnachteilige Ansammlung von Hydraulikmittel unmittelbar vor dem Wälzkontakt verhindert und ein Eintrag von Hydraulikmittel in den Wälzkontakt auf ein ausreichendes Maß begrenzt werden. Dies gilt insbesondere für einen so genannten gezogenen Ventiltrieb, bei dem die sich momentan in Eingriff befindliche Nockenspitze vom Abstützelement wegdreht und der für den Eintrag von Hydraulikmittel ebenfalls maßgebliche Bogenabschnitt zwischen dem Anspritzpunkt auf dem Nocken und dem Wälzkontakt entsprechend klein ist.
- Schließlich kann es vorgesehen sein, dass das Umlenkelement Teil eines am Schlepphebel befestigten Verbindungselements ist, das zur verliersicheren Halterung des Abstützelements am Schlepphebel dient und als die Gelenkpfanne umgreifende Blechklammer ausgebildet ist. Dabei weist die Blechklammer einen unter der Gelenkpfanne verlaufenden ersten Abschnitt mit einer Aussparung für das Abstützelement und einen auf der Gelenkpfanne verlaufenden zweiten Abschnitt mit dem daran angeformten Umlenkelement auf. Ein als kostengünstige Blechklammer ausgebildetes Verbindungselement an sich ist in vielfältigen Ausgestaltungsvarianten bekannt und kann im wesentlichen kostenneutral um das daran angeformte Umlenkelement erweitert werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs bei geschlossenem Gaswechselventil; -
2 die Einzelheit A aus1 in vergrößerter Darstellung; -
3 eine Gesamtansicht des Ventiltriebs bei geöffnetem Gaswechselventil; -
4 die Einzelheit B aus3 in vergrößerter Darstellung und -
5 die Einzelheit B aus3 in perspektivischer Teilschnittdarstellung. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- In
1 ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb1 einer hier nur angedeuteten Brennkraftmaschine2 mit einem Nocken3 einer Nockenwelle, einem Schlepphebel4 , einem stationär in der Brennkraftmaschine2 gelagerten Abstützelement5 und einem Gaswechselventil6 offenbart. Das Gaswechselventil6 ist in bekannter Weise durch eine hier nicht dargestellte Ventilfeder mittels eines Federtellers7 in Schließrichtung kraftbeaufschlagt und befindet sich entsprechend der dargestellten Grundkreisphase des Nockens3 in seiner geschlossenen Stellung. Der hier einen aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper8 mit einer am Nocken3 abwälzenden Rolle9 aufweisende Schlepphebel4 beaufschlagt an einem Ende10 das Gaswechselventil6 und ist am anderen Ende11 mit einer kalottenförmigen Gelenkpfanne12 auf einem sphärischen Gelenkkopf13 des Abstützelements5 schwenkbeweglich gelagert. Das mit einem Zulauf14 an die Hydraulikmittelversorgung15 der Brennkraftmaschine2 angeschlossene Abstützelement5 ist in bekannter Weise mit einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung16 versehen und mit dem Schlepphebel4 mittels eines an diesem befestigten Verbindungselements17 zu einer Montageeinheit zusammengefasst. - Die für das Verständnis der Erfindung wesentliche Einzelheit A ist in
2 vergrößert dargestellt. Das Abstützelement5 weist eine mit dem Zulauf14 hydraulisch kommunizierende, konzentrisch durch den Gelenkkopf13 verlaufende und innerhalb der Gelenkpfanne12 mündende Zuflussöffnung18 auf. Eine durch die Gelenkpfanne12 verlaufende und zur Anspritzung des Nockens3 dienende Durchflussöffnung19 ist gegenüber der Zuflussöffnung18 in Schwenkrichtung des Schlepphebels4 versetzt angeordnet. Dieser Versatz ist so bemessen, dass die Zuflussöffnung18 und die Durchflussöffnung19 bei der dem geschlossenen Gaswechselventil6 und der momentan wirksamen Grundkreisphase des Nockens3 entsprechenden Schwenkposition des Schlepphebels4 lediglich über einen Drosselspalt20 hydraulisch miteinander verbunden sind. Der Drosselspalt20 reduziert den aus der Durchflussöffnung19 austretenden, hier nicht dargestellten Hydraulikmittelstrom in hohem Maße und weist einen sichelförmigen Längsschnitt auf. Dieser ergibt sich aus den Oberflächengeometrien des sphärischen Gelenkkopfs13 mit einem Radius21 und der Ge lenkpfanne12 mit einem sogenannten gotischen Profil, d. h. mit einem größeren und mittelpunktsversetzten Radius22 , wobei der Drosselspalt20 durch den Gelenkkontakt – hier durch die Punkte23 symbolisiert – begrenzt ist. - In
3 ist der Ventiltrieb1 in einer geöffneten Stellung des Gaswechselventils6 bei momentan wirksamer Maximalerhebung des Nockens3 sowie der entsprechenden Schwenkposition des Schlepphebels4 dargestellt. Wie es in Verbindung mit der in4 dargestellten Einzelheit B deutlich wird, führt die gegenüber1 verdrehte Schwenkposition des Schlepphebels4 zu einer ausreichenden Überdeckung von Zuflussöffnung18 und Durchflussöffnung19 unter Bildung eines drosselarmen Hydraulikmittelstrahls oder -sprays23 , das hier durch ein Umlenkelement24 lediglich auf den Nocken3 und ausreichend beabstandet zum Wälzkontakt zwischen dem Nocken3 und der Rolle9 gerichtet ist. - Die Gestaltung der selbst nicht auf den Nocken
3 gerichteten Durchflussöffnung19 sei ebenfalls anhand der4 erläutert. Die Durchflussöffnung19 ist hier als Stufenbohrung25 mit drei unterschiedlichen und sich in Durchflussrichtung vergrößernden Querschnittsflächen26 ,27 und28 ausgebildet. Die für den Durchfluss maßgebliche kleinste Querschnittsfläche26 ist durch Lochen (Stanzen) hergestellt, nachdem die in Durchflussrichtung nachfolgenden Querschnittsflächen27 und28 durch Prägen hergestellt worden sind. Eine hierdurch gegebenenfalls erzeugte Verformung oder Gratbildung an der Innenmantelfläche der Gelenkpfanne12 kann durch Nachprägen der Innenmantelfläche beseitigt werden. - Das einteilig an dem als Blechkammer ausgebildeten Verbindungselement
17 angeformte Umlenkelement24 geht aus der perspektivischen Detailansicht gemäß5 hervor. Das, abgesehen von dem Umlenkelement24 , an sich bekannte Verbindungselement17 weist einen unter der Gelenkpfanne12 verlaufenden ersten Abschnitt29 mit einer Aussparung30 für das Abstützelement5 und konkret zum Umschnappen des Gelenkkopfs13 , einen auf der Gelenkpfanne12 verlaufenden zweiten Abschnitt31 mit dem daran hier endseitig an geformten und bogenförmig ausgebildeten Umlenkelement24 sowie einen den ersten Abschnitt29 mit dem zweiten Abschnitt31 verbindenden Zwischenabschnitt32 auf und umgreift die Gelenkpfanne12 U-förmig. Es ist offensichtlich, dass durch eine fertigungstechnisch einfach herzustellende Formänderung des Umlenkelements24 eine kostenneutrale Modulbauweise des Ventiltriebs1 mit darauf abgestimmten Anspritzwinkeln des Hydraulikmittels ohne Änderung der Durchflussöffnung19 in der Gelenkpfanne12 ermöglicht wird. -
- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Nocken
- 4
- Schlepphebel
- 5
- Abstützelement
- 6
- Gaswechselventil
- 7
- Federteller
- 8
- Hebelkörper
- 9
- Rolle
- 10
- Ende
- 11
- Ende
- 12
- Gelenkpfanne
- 13
- Gelenkkopf
- 14
- Zulauf
- 15
- Hydraulikmittelversorgung
- 16
- hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung
- 17
- Verbindungselement
- 18
- Zuflussöffnung
- 19
- Durchflussöffnung
- 20
- Drosselspalt
- 21
- Radius des Gelenkkopfs
- 22
- Radius der Gelenkpfanne
- 23
- Gelenkkontakt
- 24
- Umlenkelement
- 25
- Stufenbohrung
- 26
- Querschnittsfläche
- 27
- Querschnittsfläche
- 28
- Querschnittsfläche
- 29
- erster Abschnitt des Verbindungselements
- 30
- Aussparung
- 31
- zweiter Abschnitt des Verbindungselements
- 32
- Zwischenabschnitt des Verbindungselements
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4234868 A1 [0003]
Claims (6)
- Ventiltrieb (
1 ) einer Brennkraftmaschine (2 ) mit einem Schlepphebel (4 ), der mit einer an einem Nocken (3 ) abwälzenden Rolle (9 ) versehen ist und der an einem Ende (10 ) ein Gaswechselventil (6 ) zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung hubbeaufschlagt, und mit einem an eine Hydraulikmittelversorgung (15 ) der Brennkraftmaschine (2 ) angeschlossenen Abstützelement (5 ) mit einem sphärischen Gelenkkopf (13 ), auf dem der Schlepphebel (4 ) mit einer kalottenförmigen Gelenkpfanne (12 ) am anderen Ende (11 ) schwenkbeweglich gelagert ist, wobei eine durch den Gelenkkopf (13 ) verlaufende und innerhalb der Gelenkpfanne (12 ) mündende Zuflussöffnung (18 ) für Hydraulikmittel und in der Gelenkpfanne (12 ) eine mit der Zuflussöffnung (18 ) hydraulisch kommunizierende Durchflussöffnung (19 ) für Hydraulikmittel zur Anspritzung des Nockens (3 ) und/oder der Rolle (9 ) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnung (19 ) und die Zuflussöffnung (18 ) in Schwenkrichtung des Schlepphebels (4 ) derart zueinander versetzt angeordnet sind, dass die Durchflussöffnung (19 ) und die Zuflussöffnung (18 ) in der geschlossenen Stellung des Gaswechselventils (6 ) hydraulisch voneinander getrennt oder lediglich über einen Drosselspalt (20 ) hydraulisch miteinander verbunden sind. - Ventiltrieb (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnung (19 ) als Stufenbohrung (25 ) mit wenigstens zwei unterschiedlichen und sich in Durchflussrichtung vergrößernden Querschnittsflächen (26 ,27 ) ausgebildet ist. - Ventiltrieb (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (5 ) eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung (16 ) aufweist. - Ventiltrieb (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlepphebel (4 ) mit einem auf der Gelenkpfanne (12 ) verlaufenden Umlenkelement (24 ) versehen ist, welches das aus der Durchflussöffnung (19 ) austretende Hydraulikmittel in Richtung des Nockens (3 ) und/oder in Richtung der Rolle (9 ) umlenkt. - Ventiltrieb (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (24 ) so geformt ist, dass das Hydraulikmittel in Richtung des Nockens (3 ) und beabstandet zum Wälzkontakt zwischen dem Nocken (3 ) und der Rolle (9 ) umgelenkt wird. - Ventiltrieb (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (24 ) Teil eines am Schlepphebel (4 ) befestigten Verbindungselements (17 ) ist, das zur verliersicheren Halterung des Abstützelements (5 ) am Schlepphebel (4 ) dient und als die Gelenkpfanne (12 ) umgreifende Blechklammer ausgebildet ist, welche Blechklammer einen unter der Gelenkpfanne (12 ) verlaufenden ersten Abschnitt (29 ) mit einer Aussparung (30 ) für das Abstützelement (5 ) und einen auf der Gelenkpfanne (12 ) verlaufenden zweiten Abschnitt (31 ) mit dem daran angeformten Umlenkelement (24 ) aufweist.
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