DE102007034845A1

DE102007034845A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mechanischer Ventilspieleinstellung

Info

Publication number: DE102007034845A1
Application number: DE102007034845A
Authority: DE
Inventors: Stephan Möck; Peter Sailer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine (2) mit mechanischer Ventilspieleinstellung, umfassend ein starr ausgebildetes Abstützelement (4a, 4b, 4c), das in einer hohlzylindrischen Ausnehmung (3a, 3b) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und einen hebelartigen Nockenfolger (5), der den Hub eines Nockens (6) auf ein Gaswechselventil (7) überträgt und mittels eines aus einer Gelenkpfanne (12) und einem Gelenkkopf (11) gebildeten Kugelgelenks (10) schwenkbeweglich auf dem Abstützelement gelagert ist, wobei das Abstützelement an einen Schmiermittelversorgungskanal (14) angeschlossen ist und eine innere Zuleitung (15) für das Schmiermittel in das Kugelgelenk aufweist. Dabei sollen ein mechanisch wirkendes Spannmittel und/oder ein hydraulisch wirkendes Spannmittel den Gelenkkopf und die Gelenkpfanne in der Grundkreisphase des Nockens spielfrei gegeneinander verspannen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit mechanischer Ventilspieleinstellung. Der Ventiltrieb umfasst ein starr ausgebildetes Abstützelement, das in einer hohlzylindrischen Ausnehmung der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und einen hebelartigen Nockenfolger, der den Hub eines Nockens auf das Gaswechselventil überträgt und mittels eines aus einer Gelenkpfanne und einem Gelenkkopf gebildeten Kugelgelenks schwenkbeweglich auf dem Abstützelement gelagert ist. Dabei ist das Abstützelement an einen die Ausnehmung schneidenden Schmiermittelversorgungskanal der Brennkraftmaschine angeschlossen und weist eine innere Zuleitung für das Schmiermittel in das Kugelgelenk auf.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise aus der JP 2004-52605 A vorbekannt. Der dort vorgeschlagene Schlepphebel-Ventiltrieb weist einen Rollen schlepphebel auf, der endseitig auf einem an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Abstützelement gelagert ist. Im Inneren des Abstützelements verläuft eine als zentrische Bohrung ausgebildete Zuleitung für das Schmiermittel in das Kugelgelenk, wobei die Gelenkpfanne als kalottenartige Einformung am Schlepphebel und der Gelenkkopf als sphärisches Ende des Abstützelements ausgebildet sind. Eine solche Schmiermitteldruckbeaufschlagung des Kugelgelenks gewährleistet einen reibungs- und verschleißarmen Gleitkontakt der beteiligten Oberflächen, die während der Übertragung des Nockenhubs auf das Gaswechselventil hohen Belastungen ausgesetzt sind. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, die kalottenartige Einformung mit einer auf den Nocken und/oder die Rolle des Schlepphebels gerichteten Spritzbohrung zwecks deren Schmierung oder Kühlung zu versehen.
Der im Betrieb der Brennkraftmaschine stets anliegende Schmiermitteldruck führt jedoch in der hubfreien Grundkreisphase des Nockens in Verbindung mit dem dann auftretenden Ventilspiel zu einer Beabstandung der Kontaktflächen des dann entlasteten Kugelgelenks, so dass das von einer Pumpe der Brennkraftmaschine geförderte Schmiermittel mit entsprechendem Druckverlust unkontrolliert in die Umgebung des Kugelgelenks abströmen kann. Einerseits kann dieser Druckverlust bei unveränderter Förderleistung der Pumpe eine verschleißfördernde Mangelschmierung anderer Schmierstellen der Brennkraftmaschine verursachen. Andererseits wäre eine Kompensation des Druckverlusts durch entsprechendes Anheben der Förderleistung der Pumpe mit einem Kraftstoffmehrverbrauch der Brennkraftmaschine verbunden.
Wie es in der DE 10 2005 025 100 A1 zur Entschärfung dieser Problematik vorgeschlagen ist, kann die Zuleitung im Abstützelement als Drosselbohrung ausgebildet sein, um den abfließenden Schmiermittelvolumenstrom aus dem dort zwei Gelenkpfannen und eine dazwischen eingelegte Kugel umfassenden Kugelgelenk zu reduzieren. Eine derartige Drosselung in der Schmiermittelzuleitung ist jedoch dahingehend als nachteilig anzusehen, als sie nur einen Kompromiss zwischen einer ausreichenden Schmiermittelversorgung des belasteten Kugelgelenks und einer geringst möglichen Schmiermittelleckage aus dem unbelasteten Kugelgelenk darstellen kann.
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 trotz des mechanischen Ventilspiels eine ausreichende Schmiermittelversorgung des hoch belasteten Kugelgelenks einerseits und eine geringst mögliche Schmiermittelleckage aus dem Kugelgelenk während der Grundkreisphase des Nockens andererseits gewährleistet sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll ein mechanisch wirkendes Spannmittel und/oder ein hydraulisch wirkendes Spannmittel vorgesehen sein, welche Spannmittel den Gelenkkopf und die Gelenkpfanne in der Grundkreisphase des Nockens zumindest nahezu spielfrei gegeneinander verspannen. Folglich soll die Kraft des Spannmittels dem Druck des Schmiermittels entgegen wirken und ein gegenseitiges Abheben von Gelenkkopf und Gelenkpfanne verhindern, so dass das Schmiermittel nicht mehr unkontrolliert und verlustbehaftet aus dem Kugelgelenk abströmen kann. Das selbstverständlich nach wie vor vorhandene Ventilspiel bleibt hiervon unbeeinflusst und tritt lediglich zwischen anderen Kontaktstellen als dem Kugelgelenk auf.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll es sich bei dem Nockenfolger um einen auf dem Abstützelement endseitig gelagerten Schlepphebel gemäß der gegenwärtig überwiegend eingesetzten Bauart von Hebel-Ventiltrieben handeln. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass die Gelenkpfanne als kalottenartige Einformung des Schlepphebels und der Gelenkkopf als sphärisches Ende des Abstützelements ausgebildet sind. Alternativ hierzu kann es sich bei dem Nockenfolger jedoch auch um einen mittig auf einem so genannten hängend angeordneten Abstützelement gelagerten Kipphebel handeln, der an einem Ende von einem Nocken beaufschlagt wird und am anderen Ende den Hub des Nockens auf das Gaswechselventil überträgt. Alternative Ausgestaltungen des Kugelgelenks betreffen die vielfältigen, im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen, wie beispielsweise die als Einzelteil eingelegte Stahlkugel gemäß der eingangs zitierten Druckschrift, Ventilspieleinstellschrauben mit Kugelkopf, etc.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll das mechanisch wirkende Spannmittel als am Nockenfolger einerseits und am Abstützelement andererseits mit Vorspannkraft gehalterte Federklammer ausgebildet sein. Dabei soll die einerseits massenarme und andererseits kostengünstig herzustellende Federklammer mit einem ersten Schenkel eine dem Gelenkkopf abgewandte Außenseite der Gelenkpfanne und mit einem zweiten Schenkel einen der Gelenkpfanne abgewandten Axialabsatz des Abstützelements umgreifen.
Für den Fall, dass das Abstützelement mittels Verschraubung in Längsrichtung lagefixiert in der Ausnehmung angeordnet ist, soll zudem lediglich das mechanisch wirkende Spannmittel vorgesehen sein.
In dem hierzu alternativen und in der Regel konstruktiv bevorzugten Fall, dass das Abstützelement in Längsrichtung gleitend in der Ausnehmung gelagert ist, soll das hydraulisch wirkende Spannmittel als Schmiermitteldruckpolster ausgebildet sein, welches das Abstützelement während der Grundkreisphase des Nockens von einem Boden der Ausnehmung anhebt. Zum Aufbau des Schmiermitteldruckpolsters dient ein Verbindungskanal, der zwischen dem eine Innenmantelfläche der Ausnehmung schneidenden Schmiermittelversorgungskanal und dem Boden verläuft. Zugunsten einer einfachen und kostengünstigen Bauteilherstellung ist es dabei vorgesehen, dass der Verbindungskanal durch zumindest eine an einer Außenmantelfläche des Abstützelements verlaufende Längsnut oder Anflachung gebildet ist.
Alternativ oder optional hierzu sollen der Verbindungskanal und abschnittsweise die innere Zuleitung durch eine zentrisch durch das Abstützelement verlaufende Längsbohrung gebildet sein.
Schließlich soll ein möglicht verzögerungsfreier Aufbau des Schmiermitteldruckpolsters durch Minimierung der Stützflächen am Abstützelement und am Boden der Ausnehmung erzielt werden, indem eine dem Boden zugewandte Stirnseite des Abstützelements eine kreisringförmige Stirnfläche und eine von dieser begrenzte kreisförmige Vertiefung, in der die Längsbohrung mündet, aufweist.
Die vorgenannten Ausgestaltungen sollen, soweit technisch möglich und sinnvoll, beliebig miteinander kombinierbar sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Soweit nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 einen Schlepphebel-Ventiltrieb mit mechanisch wirkendem Spannmittel in teilweiser Längsschnittdarstellung;
2 das als Federklammer ausgebildete Spannmittel gemäß 1 in perspektivischer Darstellung;
3 ein in einer Ausnehmung der Brennkraftmaschine gleitend gelagertes und mittels Schmiermitteldruckpolster angehobenes Abstützelement in teilweiser Längsschnittdarstellung und
4 ein weiteres Abstützelement gemäß 3 in Längsschnittdarstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Ventiltrieb 1 einer hier nur angedeuteten Brennkraftmaschine 2 mit mechanischer Ventilspieleinstellung offenbart. Ein in einer hohlzylindrischen Ausnehmung 3a der Brennkraftmaschine 2 angeordnetes Abstützelement 4a dient zur schwenkbeweglichen Lagerung eines als Schlepphebel ausgebildeten hebelartigen Nockenfolgers 5, der den Hub eines Nockens 6 auf ein in Schließrichtung federkraftbeaufschlagtes Gaswechselventil 7 überträgt. Der Ventiltrieb 1 befindet sich momentan in der hubfreien Grundkreisphase des Nockens 6, in welcher das Gaswechselventil 7 an einem hier nicht dargestellten Ventilsitz anliegt und der Ventiltrieb 1 ein beispielsweise durch die Höhe des starren Abstützelements 4a eingestelltes Ventilspiel aufweist. Das Abstützelement 4a ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem Außengewinde 8 versehen, in ein entsprechendes Innengewinde 9 der Ausnehmung 3a eingeschraubt und folglich in deren Längsrichtung lagefixiert angeordnet. Die schwenkbewegliche Lagerung des Schlepphebels 5 auf dem Abstützelement 4a erfolgt über ein Kugelgelenk 10 mit einem Gelenkkopf 11 und einer Gelenkpfanne 12, wobei der Gelenkkopf 11 als sphärisches Ende des Abstützelements 4a und die Gelenkpfanne 12 als endseitige kalottenartige Einformung des Schlepphebels 5 ausgebildet sind.
Um ein reibungs- und verschleißarmes Zusammenspiel dieser in der Hubphase des Nockens 6 hochbelasteten Kontaktflächen zu gewährleisten, ist das Abstützelement 4a an einen die Innenmantelfläche 13 der Ausnehmung 3a schneidenden Schmiermittelversorgungskanal 14 angeschlossen und weist eine gestrichelt dargestellte, innere Zuleitung 15 für das Schmiermittel in das Kugelgelenk 10 auf. Außerdem ist eine von der Gelenkpfanne 12 ausgehende Spritzbohrung 16 vorgesehen, durch die das Schmiermittel zwecks Kühlung/ Schmierung des Nockens 6 und einer als reibungsarme Nockenabgriffsfläche dienenden Rolle 17 des Schlepphebels 5 austritt.
In der dargestellten Grundkreisphase des Nockens 6 würde der das Kugelgelenk 10 beaufschiagende Schmiermitteldruck ohne weitere Maßnahmen zu einem Abheben der kalottenartigen Einformung 12 vom sphärischen Ende 11 und folglich zu einer unkontrollierten Schmiermittelleckage durch einen so gebildeten Spalt aus dem Kugelgelenk 10 führen. Zur Vermeidung des damit verbundenen Druckabfalls im Schmiermittelsystem der Brennkraftmaschine 2 dient ein mechanisch wirkendes Spannmittel, hier in Form einer U-förmigen Federklammer 18 aus Blechwerkstoff, die mit einem ersten Schenkel 19 eine dem sphärischen Ende 11 abgewandte Außenseite 20 der kalottenartigen Einformung 12 und mit einem zweiten Schenkel 21 einen der Einformung 12 abgewandten und durch eine Einschnürung 22 unterhalb des sphärischen Endes 11 gebildeten Axialabsatz des Abstützelements 4a gabelartig umgreift. Die auf diese Weise gehalterte und in Längsrichtung des Abstützelements 4a aufgespreizte Federklammer 18 weist eine Vorspannkraft auf, die größer als die das Kugelgelenk 10 beaufschiagende Kraft des Schmiermitteldrucks ist und folglich das sphärische Ende 11 und die kalottenartige Einformung 12 spielfrei gegeneinander verspannt.
Die in 2 in größerer Detailansicht dargestellte Federklammer 18 ist hier an die Kontur eines als Gusshebel ausgeführten Schlepphebels 5 angepasst und wäre bei einem umgeformten Blechhebel entsprechend zu modifizieren.
Im Gegensatz zum Abstützelement 4a sind in den 3 und 4 dargestellte Abstützelemente 4b und 4c jeweils gleitend in einer Ausnehmung 3b gelagert, und die Einspannung des Kugelgelenks 10 erfolgt dabei mittels eines hydraulisch wirkenden Spannmittels. Dieses hydraulische Spannmittel kann alternativ oder optional zu dem mechanisch wirkenden Spannmittel, wie beispielsweise der Federklammer 18, eingesetzt werden und nutzt den anstehenden Schmiermitteldruck in der Weise, dass am Boden 23 der Ausnehmung 3b ein Schmiermitteldruckpolster aufgebaut wird. Dadurch, dass die hydraulisch wirksame Flä che der Abstützelemente 4b, 4c am Boden 23 der Ausnehmung 3b größer als am Kugelgelenk 10 ist, werden die Abstützelemente 4b, 4c im Rahmen des Ventilspiels bei sich entsprechend erhöhendem Schmiermitteldruckpolster angehoben, so dass ebenfalls das sphärische Ende 11 und die kalottenartige Einformung 12 leckagearm gegeneinander verspannt werden.
Zum Aufbau des Schmiermitteldruckpolsters dient ein zwischen dem Schmiermittelversorgungskanal 14 und dem Boden 23 der Ausnehmung 3b verlaufender Verbindungskanal. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist dieser durch vier Längsnuten 24 gebildet, die jeweils um 90° versetzt an der Außenmantelfläche 25 des Abstützelements 4b zwischen einer äußeren Umlaufnut 26 und einer durchmesserreduzierten Stirnseite 27 des Abstützelements 4b verlaufen.
Entsprechend dem mit Pfeilen symbolisierten Schmiermittelfluss zwischen dem Schmiermittelversorgungskanal 14, dem Kugelgelenk 10 und dem Boden 23 der Ausnehmung 3b ist das in 4 dargestellte Abstützelement 4c gegenüber dem Abstützelement 4b mit einer zentrisch verlaufenden Längsbohrung 28 versehen, durch die sowohl der Verbindungskanal zum Boden 23 der Ausnehmung 3b als auch abschnittsweise die innere Zuleitung 15 zum Kugelgelenk 10 gebildet sind. Um ein möglichst verzögerungsfreies Abheben des Abstützelements 4c vom Boden 23 zu begünstigen, weist die Stirnseite 27 des Abstützelements 4c eine kreisringförmige und unter Berücksichtigung zulässiger Kontaktpressungen möglichst kleine Stirnfläche 29 auf. Diese begrenzt eine kreisförmige Vertiefung 30, in der die Längsbohrung 28 mündet.

1: Ventiltrieb
2: Brennkraftmaschine
3a, b: hohlzylindrische Ausnehmung
4a, b, c: Abstützelement
5: hebelartiger Nockenfolger/Schlepphebel
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Außengewinde
9: Innengewinde
10: Kugelgelenk
11: Gelenkkopf/sphärisches Ende
12: Gelenkpfanne/kalottenartige Einformung
13: Innenmantelfläche der Ausnehmung
14: Schmiermittelversorgungskanal
15: innere Zuleitung
16: Spritzbohrung
17: Rolle
18: Federklammer
19: erster Schenkel
20: Außenseite der Gelenkpfanne
21: zweiter Schenkel
22: Einschnürung
23: Boden der Ausnehmung
24: Längsnut
25: Außenmantelfläche des Abstützelements
26: Umlaufnut
27: Stirnseite des Abstützelements
28: Längsbohrung
29: Stirnfläche des Abstützelements
30: kreisförmige Vertiefung

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

- JP 2004-52605 A [0002]
- DE 102005025100 A1 [0004]

Claims

Ventiltrieb (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine (2) mit mechanischer Ventilspieleinstellung, umfassend ein starr ausgebildetes Abstützelement (4a, 4b, 4c), das in einer hohlzylindrischen Ausnehmung (3a, 3b) der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist, und einen hebelartigen Nockenfolger (5), der den Hub eines Nockens (6) auf das Gaswechselventil (7) überträgt und mittels eines aus einer Gelenkpfanne (12) und einem Gelenkkopf (11) gebildeten Kugelgelenks (10) schwenkbeweglich auf dem Abstützelement (4a, 4b, 4c) gelagert ist, wobei das Abstützelement (4a, 4b, 4c) an einen die Ausnehmung (3a, 3b) schneidenden Schmiermittelversorgungskanal (14) der Brennkraftmaschine (2) angeschlossen ist und eine innere Zuleitung (15) für das Schmiermittel in das Kugelgelenk (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisch wirkendes Spannmittel und/oder ein hydraulisch wirkendes Spannmittel vorgesehen ist, welche Spannmittel den Gelenkkopf (11) und die Gelenkpfanne (12) in der Grundkreisphase des Nockens (6) zumindest nahezu spielfrei gegeneinander verspannen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Nockenfolger (5) um einen auf dem Abstützelement (4a, 4b, 4c) endseitig gelagerten Schlepphebel handelt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkpfanne (12) als kalottenartige Einformung des Schlepphebels (5) und der Gelenkkopf (11) als sphärisches Ende des Abstützelements (4a, 4b, 4c) ausgebildet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch wirkende Spannmittel als am Nockenfolger (5) einerseits und am Abstützelement (4a) andererseits mit Vorspannkraft gehalterte Federklammer (18) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federklammer (18) mit einem ersten Schenkel (19) eine dem Gelenkkopf (11) abgewandte Außenseite (20) der Gelenkpfanne (12) und mit einem zweiten Schenkel (21) einen der Gelenkpfanne (12) abgewandten Axialabsatz des Abstützelements (4a) umgreift.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (4a) mittels Verschraubung in Längsrichtung lagefixiert in der Ausnehmung (3a) angeordnet ist und dass lediglich das mechanisch wirkende Spannmittel vorgesehen ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (4b, 4c) in Längsrichtung gleitend in der Ausnehmung (3b) gelagert ist und dass das hydraulisch wirkende Spannmittel als das Abstützelement (4b, 4c) von einem Boden (23) der Ausnehmung (3b) anhebendes Schmiermitteldruckpolster ausgebildet ist, wobei zwischen dem eine Innenmantelfläche (13) der Ausnehmung (3b) schneidenden Schmiermittelversorgungskanal (14) und dem Boden (23) ein zum Aufbau des Schmiermitteldruckpolsters dienender Verbindungskanal verläuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal durch zumindest eine an einer Außenmantelfläche (25) des Abstützelements (4b) verlaufende Längsnut (24) oder Anflachung gebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal und abschnittsweise die innere Zuleitung (15) durch eine zentrisch durch das Abstützelement (4c) verlaufende Längsbohrung (28) gebildet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Boden (23) der Ausnehmung (3b) zugewandte Stirnseite (27) des Abstützelements (4c) eine kreisringförmige Stirnfläche (29) und eine von dieser begrenzte kreisförmige Vertiefung (30), in der die Längsbohrung (28) mündet, aufweist.