DE10309408A1

DE10309408A1 - Brennkraftmaschine mit schaltbaren Nockenfolgern

Info

Publication number: DE10309408A1
Application number: DE2003109408
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl.-Ing. Karbstein; Mario Dipl.-Ing. Kuhl
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US6880507B2; US20040187823A1

Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine, deren Ventiltrieb schaltbare Nockenfolger enthält, wobei ein Nockenfolger (20) jeweils eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist und in einem Aufnahmeraum (21) der Maschine (22) längsverschieblich geführt sowie an einem axialen Ende von einem Nocken (23) einer Nockenwelle und an dem anderen axialen Ende mittelbar oder unmittelbar von einem Gaswechselventil des Ventiltriebs beaufschlagt ist, mit einer in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Hauptölgalerie (24) zur Einleitung von Hydraulikmittel in ein in dem Nockenfolger (20) angeordnetes Ventilspielausgleichselement und mit einem in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Schaltölkanal (25) zur Einleitung von Hydraulikmittel in den Bereich eines in dem Nockenfolger (20) angeordneten Schaltelementes, ist erfindungsgemäß an der äußeren Oberfläche des Nockenfolgers (20) eine wendelförmige Nut (26) angeordnet, durch welche an einer Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) der Schaltölkanal (25) mit dem an einer anderen Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) geöffneten Bereich des Schaltelementes hydraulisch verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, deren Ventiltrieb schaltbare Nockenfolger enthält, wobei ein Nockenfolger jeweils eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist und in einem Aufnahmeraum der Maschine längsverschieblich geführt sowie an einem axialen Ende von einem Nocken einer Nockenwelle und an dem anderen axialen Ende mittelbar oder unmittelbar von einem Gaswechselventil des Ventiltriebes beaufschlagt ist, mit einer in der Brennkraftmaschine angeordneten Hauptölgalerie zur Einleitung von Hydraulikmittel in ein in dem Nockenfolger angeordnetes Ventilspielausgleichselement und mit einem in der Brennkraftmaschine angeordneten Schaltölkanal zur Einleitung von Hydraulikmittel in den Bereich eines in dem Nockenfolger angeordneten Schaltelements.

Bei einer aus der Druckschrift DE 198 44 202 A1 bekannten Brennkraftmaschine ist die Veniltriebskomponente als schaltbarer kreiszylindrischer Nockenfol ger ausgebildet, der in einem als Bohrung ausgeführten Aufnahmeraum der Brennkraftmaschine längsverschieblich angeordnet und an einem Längsende von dem Nocken einer Nockenwelle gegen die Wirkung der Ventilfeder eines Gaswechselventils verschiebbar ist.

In dem Nockenfolger ist ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement angeordnet, welches Öl als Hydraulikmittel benötigt, um seine Funktion des Spielausgleichs erfüllen zu können. Dementsprechend ist in der Brennkraftmaschine eine Hauptgalerie als Ölzuleitung zu dem Ventilspielausgleichselement angeordnet.

Der schaltbare Nockenfolger ist mit einem Schaltelement versehen. Dieses ermöglicht es bei Drehung der Nockenwelle und Einwirkung des Nockens, entweder in der einen Schaltstellung das Gaswechselventil periodisch zu öffnen oder in der anderen Schaltstellung den Kraftfluß von dem Nocken auf das Gaswechselventil auszuschalten, so daß dieses beständig in der Schließstellung bleibt. Für die Betätigung des Schaltelementes benötigt der Nockenfolger zusätzlich Öl als Hydraulikmittel, welches dem Nockenfolger über eine Schaltölbohrung der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Bei zweiflutigen Ölversorgungen zu schaltbaren Ventiltriebskomponenten nach dem bekannten Stand der Technik versorgt also eine erste Ölzuführung den hydraulischen Ventilspielausgleich. Dieses Öl hat zusätzlich eine Schmierfunktion. Eine zweite Ölversorgung übernimmt die Regelfunktion eines als Koppelmechanismus ausgebildeten Schaltelementes. In den meisten Fällen erfolgt diese zweiflutige Versorgung über den Zylindermantel des Nockenfolgers, der z.B. ein Tassenstößel, ein Rollenstößel oder ein Abstützelement sein kann.

Nachteile dieser bekannten Ventiltriebskomponenten bestehen darin, daß durch geänderte Motorenkonstruktionen und damit verbundene aufwendige Komponentenkonstruktionen zusätzliche Kosten entstehen. Aufwendige Komponentenkonstruktionen können zudem mit funktionellen Nachteilen infolge von vergrößerter Masse und Drosselungsproblemen behaftet sein.

Die Erfindung soll es ermöglichen, einen schaltbaren Rollenstößel zu entwerfen, der sich für bestimmte Motorenkonstruktionen eignet, bei welchen jeweils die Lage der Hauptölgalerie und der Schaltölbohrung fest vorgegeben ist. Von einer völligen Neukonstruktion des Rollenstößels zur Anpassung an diese Motorbedingungen soll jedoch abgesehen werden, da diese zum einen die Gleichteilestrategie verlassen würde und außerdem wesentlich komplexer und damit teuerer, schwerer und risikoreicher ausfallen würde. Ein Verzicht auf die zweiflutige Ölführung kommt nicht in Betracht. Da eine gemeinsame Ölversorgung für die Hauptölgalerie und die Schaltölbohrung bei niedrigen Öldrücken eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit und eine geringere Funktionssicherheit bedeutet.

Erfindungsgemäß ist an der äußeren Oberfläche des Nockenfolgers eine wendelförmige Nut angeordnet, durch welche an einer Umfangsstelle des Nockenfolgers der Schaltölkanal mit dem an einer anderen Umfangsstelle des Nokkenfolgers geöffneten Bereich des Schaltelements hydraulisch verbunden ist.

An der äußeren Oberfläche des Nockenfolgers ist nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag eine wendelförmige Nut angeordnet, durch welche an einer Umfangsstelle des Nockenfolgers die Hauptölgalerie mit einer an einer anderen Umfangsstelle des Nockenfolgers befindlichen Eintrittsöffnung für das Ventilspielausgleichselement hydraulisch verbunden ist. An einem Nokkenfolger können auch jeweils zwei wendelförmige Nuten angeordnet sein.

Durch eine wendelförmige Nut, die an der äußeren Oberfläche eines kreiszylindrischen Nockenfolgers eines Ventiltriebs angeordnet ist, lassen sich außerhalb des Nockenfolgers, genauer gesagt zwischen dem Nockenfolger und seiner Führung in einem Aufnahmeraum einer Brennkraftmaschine, der Ölfluß aus dem Schaltölkanal und der Ölfluß aus der Hauptölgalerie in Bewegungsrichtung des Nockenfolgers bzw. längs dessen Hochachse vertauschen. Dies ist inbesondere dann notwendig, wenn eine bestimmte Winkellage des jeweiligen Öleintritts in den Nockenfolger Vorteile bringt. Es kann z. B. notwendig sein, um bei Stillstand der Maschine für den Vorratsraum des Ventilspielausgleichselements eine Sicherheit gegen Auslaufen zu gewährleisten, oder zum Erreichen einer „steifen" Ölsäule eine Entlüftungsmöglichkeit des nach oben von dem Nockenfolger weg gerichteten Schaltölkanals zu erhalten.

Durch zwei wendelförmige Nuten am Mantel des Nockenfolgers erreicht man folgende Vorteile: Es bleibt bei der vorhandenen Hauptölgalerie, die parallel zu den Achsen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordnet ist. Der Schaltölkanal läßt sich als einfache, von der Mitte des Motors radial zu dem Nockenfolger hin verlaufende direkte Bohrung ausführen. Durch die Schaltöl-Wendelnut besteht ein eindeutig nach unten gerichteter Ölweg zum Nockenfolger hin bzw. ein eindeutig nach oben gerichteter Ölweg und damit ein gutes Entlüftungsverhalten. Der Nockenfolger kann so ausgelegt werden, daß auf konstruktiv einfache Weise das Ventilspielausgleichselement oben angeordnet ist und der Schaltmechanismus darunter liegt. Bei ähnlich aufgebauten Motoren mit jedoch unterschiedlichen Ölversorgungen wird damit in einfacher Weise eine Gleichteile-Verwendungsmöglichkeit geschaffen. Außerdem verbessert sich das Schmierverhalten des Nockenfolgers in seiner Führung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Vergleich mit einer Brennkraftmaschine nach dem vorbekannten Stand der Technik im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Nockenfolger in der Seitenansicht, der sich in einer im Schnitt dargestellten Brennkraftmaschine befindet;
2 eine vorbekannte Brennkraftmaschine mit einem eingesetzten Nockenfolger im Schnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Der in 2 dargestellte schaltbare Nockenfolger 1 nach dem vorbekannten Stand der Technik ist in einen Ventiltrieb 2 einer Brennkraftmaschine eingebaut, der über Stößelstangen 4 betätigbar ist. Der Nockenfolger 1 besteht aus einem äußeren zylindrischen Abschnitt 5, der in seinem Innenraum 6 einen inneren zylindrischen Abschnitt 7 einschließt. Der Abschnitt 7 ist relativ zum Abschnitt 5 axial beweglich.
Der äußere Abschnitt 5 ist mit einem Ende einem Nocken 8 einer Nockenwelle zugewandt und durch einen Boden 9 verschlossen. Im Bereich des Bodens 9 ist eine Rolle 10 vorgesehen, deren Mantelfläche als Anlauffläche für den Nokken 8 dient. Die Rolle 10 ist über eine Wälzlagerung auf einem Bolzen abgestützt, der im Bereich des Bodens 9 diametral durch den äußeren Abschnitt 5 geführt und dort mit seinen Enden über eine Verstemmung im äußeren Abschnitt 5 befestigt ist.
Der innere Abschnitt 7 ist mit seinem außerhalb des äußeren Abschnitts 5 befindlichen Ende der Stößelstange 4 zugewandt, die sich hier an einer kalottenförmig ausgebildeten Anlagefläche 11 des inneren Abschnitts 7 mit ihrem Ende 12 abstützt. Dabei ist die Anlagefläche 11 Teil eines Spielausgleichselementes, welches unter anderem von dem inneren Abschnitt 7 gebildet wird.
An eine äußere Stirnseite eines den Schaltvorgang des Nockenfolgers 1 bewirkenden Schaltelementes 13 kann Hydraulikmittel geleitet werden. Zu diesem Zweck ist in der Brennkraftmaschine 3 ein Kanal 14 vorgesehen. Zur Erzielung eines großen Hubes eines Gaswechselventils 15, welches über einen Kipphebel 16 und die Stößelstange mit dem Ventiltrieb 2 verbunden ist, ist die Kopplung des äußeren Abschnitts 5 mit dem inneren Abschnitt 7 des Nockenfolgers 1 erforderlich. Das Schaltelement 13 ist als kolbenartiger Schieber hergestellt, der von einer Druckfeder in der Kopplungsstellung gehalten wird.
Wird eine Abschaltung des Gaswechselventils 15 gewünscht, so wird Hydraulikmitteldruck aus dem Kanal 14 vor die äußere Stirnseite des Schaltelementes 13 geleitet. Befindet sich der Nockenfolger 1 in seiner Grundkreisphase, in welcher der äußere Abschnitt 5 und der innere Abschnitt 7 zueinander nicht verspannt vorliegen, so kann bei ausreichendem Druck an Hydraulikmittel das Schaltelement 13 entgegen der Kraft seiner Druckfeder radial vollständig in den inneren Abschnitt 7 verlagert werden. Bei dem nachfolgenden Nockenhub verschiebt sich dann der äußere Abschnitt 5 relativ zum inneren Abschnitt 7 entgegen der Kraft einer in dem äußeren Abschnitt 5 angeordneten Druckfeder 17. Die Stößelstange 4 und das Gaswechselventil 15 bleiben von einer Verschiebung verschont, weil die Kraft der Druckfeder 17 des äußeren Abschnitts 5 kleiner ist als die entgegenwirkende Kraft der Druckfeder des Gaswechselventils 15.
Das Spielausgleichselement, welches unter anderem von dem inneren zylindrischen Abschnitt 7 gebildet und in diesem angeordnet ist, benötigt als hydraulisch arbeitendes Spielausgleichselement die Zufuhr von Öl als Hydraulikmittel. Hierfür ist in der Stößelstange 4 eine Zuleitung 18 angeordnet. Statt dieser Zuleitung ist aber auch eine Zuleitung für Hydraulikmittel denkbar, welche in der Brennkraftmaschine 3 in den Aufnahmeraum 19 für den äußeren zylindrischen Abschnitt 5 führt.
Der erfindungsgemäße, in 1 dargestellte Nockenfolger 20 ist ein im Wesentlichen kreiszylindrisches Bauteil, welches in einen Aufnahmeraum 21 einer Brennkraftmaschine 22 eingesetzt und dort längsverschieblich geführt ist. An seinem unteren axialen Ende ist der Nockenfolger 20 von dem Nocken 23 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine 22 beaufschlagt. An seinem oberen axialen Ende steht der Nockenfolger 20 unmittelbar oder mittelbar mit einem Gaswechselventil der Brennkraftmaschine 22 in Verbindung. In dem Nockenfolger 20 ist ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement angeordnet, welches sein Hydraulikmittel aus einer Hauptölgalerie 24 der Brennkraftmaschine 22 erhält. Außerdem ist in dem Nockenfolger 20, wie beispielsweise in dem vorbekannten Stand der Technik, ein Schaltelement angeordnet, welches das für die Durchführung des Schaltvorganges erforderliche Hydraulikmittel aus einem Schaltölkanal 25 der Brennkraftmaschine 22 erhält. Dieser ist oberhalb der Hauptölgalerie 24 angeordnet.
In dem Nockenfolger 20 ist das Ventilspielausgleichselement im oberen, dem Gaswechselventil zugewandten Bereich angeordnet. Darunter befindet sich das Schaltelement zum Zuschalten oder Abschalten der Axialkraft, die auf das Gaswechselventil zu übertragen ist. Damit Hydraulikmittel aus dem in der Brennkraftmaschine 22 höher liegenden Schaltölkanal 25 in den in dem Nokkenfolger 20 tiefer liegenden Bereich des Schaltelementes gelangen kann, ist erfindungsgemäß in den Nockenfolger 20 eine wendelförmige, abwärts verlaufende Nut 26 eingearbeitet, die von der äußeren Oberfläche des Nockenfolger 20 ausgeht, welche sich innerhalb des Aufnahmeraumes 21 der Brennkraftmaschine 22 befindet.
In entsprechender Weise ist erfindungsgemäß eine weitere, jedoch wendelförmig aufwärts verlaufende Nut 27 in den Nockenfolger 20 eingearbeitet, die es ermöglicht, daß Hydraulikmittel aus der in der Brennkraftmaschine 22 tiefer liegenden Hauptölgalerie 24 in das im Nockenfolger 20 höher angeordnete Ventilspielausgleichselement gelangen kann.
Statt der wendelförmigen Nuten 26 und 27, die an der Mantelfläche des Nokkenfolgers 20 in diesen eingearbeitet sind, ist es auch möglich, dort eine Ansammlung von eingesenkten Flächen vorzusehen, welche radial versetzt und wendelförmig hintereinander angeordnet sind.

1: Nockenfolger
2: Ventiltrieb
3: Brennkraftmaschine
4: Stößelstange
5: äußerer zylindrischer Abschnitt
6: Innenraum
7: innerer zylindrischer Abschnitt
8: Nocken
9: Boden
10: Rolle
11: Anlagefläche
12: Ende der Stößelstange
13: Schaltelement
14: Kanal
15: Gaswechselventil
16: Kipphebel
17: Druckfeder
18: Zuleitung
19: Aufnahmeraum
20: Nockenfolger
21: Aufnahmeraum
22: Brennkraftmaschine
23: Nocken
24: Hauptölgalerie
25: Schaltölkanal
26: Nut
27: Nut

Claims

Brennkraftmaschine, deren Ventiltrieb schaltbare Nockenfolger enthält, wobei ein Nockenfolger (20) jeweils eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist und in einem Aufnahmeraum (21) der Maschine (22) längsverschieblich geführt sowie an einem axialen Ende von einem Nocken (23) einer Nockenwelle und an dem anderen axialen Ende mittelbar oder unmittelbar von einem Gaswechselventil des Ventiltriebs beaufschlagt ist, mit einer in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Hauptölgalerie (24) zur Einleitung von Hydraulikmittel in ein in dem Nockenfolger (20) angeordnetes Ventilspielausgleichselement und mit einem in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Schaltölkanal (25) zur Einleitung von Hydraulikmittel in den Bereich eines in dem Nockenfolger (20) angeordneten Schaltelements, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Oberfläche des Nockenfolgers (20) eine wendelförmige Nut (26) angeordnet ist, durch welche an einer Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) der Schaltölkanal (25) mit dem an einer anderen Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) geöffneten Bereich des Schaltelements hydraulisch verbunden ist.
Brennkraftmaschine, deren Ventiltrieb schaltbare Nockenfolger enthält, wobei ein Nockenfolger (20) jeweils eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist und in einem Aufnahmeraum (21) der Maschine (22) längsverschieblich geführt sowie an einem axialen Ende von einem Nocken (23) einer Nockenwelle und an dem anderen axialen Ende mittelbar oder unmittelbar von einem Gaswechselventil des Ventiltriebs beaufschlagt ist, mit einer in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Hauptölgalerie (24) zur Einleitung von Hydraulikmittel in ein in dem Nockenfolger (20) angeordnetes Ventilspielausgleichselement und mit einem in der Brennkraftmaschine (22) angeordneten Schaltölkanal (25) zur Einleitung von Hydraulikmittel in den Bereich eines in dem Nockenfolger (20) angeordneten Schaltelements, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Oberfläche des Nockenfolgers (20) eine wendelförmige Nut (27) angeordnet ist, durch welche an einer Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) die Hauptölgalerie (24) mit einer an einer anderen Umfangsstelle des Nockenfolgers (20) befindlichen Eintrittsöffnung des Ventilspielausgleichselements hydraulisch verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Nockenfolger (20) jeweils zwei wendelförmige Nuten (26, 27) angeordnet sind.