DE10237560B4

DE10237560B4 - Spielfreier Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10237560B4
Application number: DE10237560A
Authority: DE
Inventors: Heribert Dipl.-Ing. Möller (FH)
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2022-08-17
Also published as: DE10237560A1

Abstract

Spielfreier Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb aus einer Nockenwelle mit Ein- und Auslaßnocken, aus einem Rollenstößel je Nocken, einem Übertragungsorgan zwischen Rollenstößel und Ventil und einem Ausgleichselement gebildet ist und wobei jeder der Rollenstößel aus einem Rollenbolzen mit drehbar darauf gelagerter Rolle besteht, wobei das Ausgleichselement (1) in den Rollenstößel integriert ist, wobei der Rollenbolzen als ein drehbar gelagerter Exzenterbolzen (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterbolzen (4) einen Exzenter (10), auf dem die Rolle (6) läuft, aufweist und dass der Exzenterbolzen (4) gegen ein rückstellendes Moment einer Drehfeder (5) innerhalb seines Exzenterhubes verdrehbar ist, wobei der Exzenterhub derart ausgelegt ist, daß die Längenzunahme des Ventiltriebes während des Betriebes der Brennkraftmaschine aufgenommen werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen spielfreien Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Der Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen besteht im wesentlichen aus einer Nockenwelle mit einem Ein- und Auslaßnocken je Ventil und einem Übertragungsorgan. Das Übertragungsorgan wird bei einer untenliegenden Nockenwelle aus Stößelstange und Kipphebel, bei obenliegender Nockenwelle aus einem Kipphebel gebildet. Zur spielfreien Ventilsteuerung ist es bekannt, in das Übertragungsorgan ein Ausgleichselement einzubauen, das auf hydraulischem oder mechanischem Prinzip beruht. Mechanisch wirkende Ausgleichselemente sind von komplizierter Bauart und entsprechend fertigungs- und kostenintensiv.
So ist aus der DE 39 01 966 A1 ein spielfreier Ventiltrieb bekannt, der eine Nockenwelle mit Ein- und Auslassnocken, einen Rollenstößel je Nocken ein Übertragungsorgan zwischen Rollenstößel und Ventil und ein Ausgleichselement aufweist. Jeder der Rollenstößel besteht aus einem Rollenbolzen mit drehbar darauf gelagerter Rolle, das Ausgleichselement ist in den Rollenstößel integriert und der Rollenbolzen ist als ein drehbar gelagerter Exzenterbolzen ausgebildet.
Aus der DE 39 01 967 A1 und der US 3 087 478 sind ebenfalls jeweils spielfreie Ventiltriebe bekannt, bei denen das Ausgleichselement einen Exzenterbolzen aufweist, der gegen ein rückstellendes Moment einer Feder innerhalb seines Exzenterhubes verdrehbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Massenfertigung geeignetes Ausgleichselement für einen spielfreien Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit vertretbarem Fertigungsaufwand zu entwickeln.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Das erfindungsgemäße Ausgleichselement unterscheidet sich von der Standardausführung eines Rollenstößels ausschließlich durch den exzentrischen Rollenbolzen und die Feder und ist somit einfach und kostengünstig zu fertigen. Durch den spielfreien Ventiltrieb wird vor allem eine signifikante Reduzierung der Geräuschemission erreicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Anspruch 2 zu entnehmen.
Bei obenliegender Nockenwelle ergibt sich eine besonders kostengünstige Anordnung des Ausgleichselements im Kipphebel selbst.
Eine vorteilhafte Ausbildung und Anordnung der Feder kann Anspruch 3 entnommen werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventilspielausgleichs ist an einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle dargestellt. Es zeigt:
1 eine Detailansicht eines Ausgleichselements mit Nockenwelle
2 einen Rollenbolzen des Ausgleichselements mit Exzenterbolzen und Lagerung im Kipphebel
3a eine stirnseitige Ansicht des Exzenterbolzens in Ausgangsposition
3b eine stirnseitige Ansicht des Exzenterbolzens nach Anlauf an der Rampe
4 eine Draufsicht auf einen Kipphebel mit Ausgleichselement und Drehfeder
5 einen Kipphebel mit Ausgleichselement im Zusammenwirken mit einer obenliegenden Nockenwelle und einer Ventilbrücke
6 einen Kipphebel mit zusätzlichen Dämpfungsglied
7 ein Dämpfungsglied im Längsschnitt
1 zeigt ein Ausgleichselement 1 mit Nockenwelle 2 und einem Kipphebel 3. Das Ausgleichselement 1 ist in einen Rollenstößel integriert, wobei ein Rollenbolzen erfindungsgemäß als ein Exzenterbolzen 4 ausgebildet ist, der im Kipphebel 3 drehbar gelagert ist und der Exzenterbolzen 4 durch eine Drehfeder 5 (4) in seiner Ausgangsposition gehalten wird. Auf dein Exzenterbolzen 4 ist eine Rolle 6 drehbar gelagert. Die Rolle 6 wälzt sich bei Drehung der Nockenwelle 2 in der durch Pfeil angegebenen Drehrichtung auf einem Nocken 7 ab. Sobald die Rolle 6 den Grundkreis 8 des Nockens 7 verläßt und an der Rampe 9 anläuft wird der Exzenterbolzen 4 zunächst aus seiner durch die Drehfeder 5 festgelegten Ausgangslage gegen deren rückstellendes Drehmoment zurückgedreht bis der Drehmittelpunkt der Nockenwelle 2, des Exzenterbolzens 4 und der Mittelpunkt des Exzenters 10 in einer Wirkungslinie liegen, d.h., bis auf den Exzenterbolzen 4 kein Drehmoment mehr ausgeübt wird.
Nach Einnahme dieser stabilen Lage beginnt bei weiterer Drehung der Nockenwelle 2 der eigentliche Ventilhub. Eine eventuell notwendige Nachstellung des Ventilspiels kann über eine Schraube am Kipphebel 3 erfolgen, welche auf die Ventilbrücke 15 drückt (5).
Die Ausbildung des Exzenterbolzens 4 ist in 2 dargestellt. Der Exzenterbolzen 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im Kipphebel 3 schwenkbar gelagert. Der Exzenterbolzen 4 weist erfindungsgemäß den Exzenter 10 auf, der zur Achse des Exzenterbolzens 4 eine Exzentrizität „e" besitzt. An einem der freien Enden des Exzenterbolzens 4 sind Abflachungen 11 vorgesehen, um das in 4 näher dargestellte Widerlager 12 für die Drehfeder 5 verdrehfest mit dem Exzenterbolzen 4 zu verbinden. Auf dem Exzenter 10 läuft die Rolle 6, die sich, wie in 1 gezeigt, auf dem Nocken 7 der Nockenwelle 2 abwälzt. Ein Innengewinde 13 dient der Befestigung des Widerlagers 12 mittels Schraube 14 (4).
3a zeigt eine Ansicht in Richtung der Achse des Exzenterbolzens 4. Der Exzenter 10 weist eine Exzentrizität „e" auf (3b). In der dargestellten Position läuft die Rolle 6 auf dem Grundkreis 8 des Nockens 7 der Nockenwelle 2.
3b zeigt den Exzenterbolzen 4 nach dem Anlauf der Rolle 6 an der Rampe 9 des Nockens 7. Die Drehrichtung der Nockenwelle 2 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Beim Anlauf an der Rampe 9 wird der Exzenterbolzen 4 gegen das rückstellende Moment der Drehfeder 5 (4) soweit zurückgedreht, bis die Drehmittelpunkte von Nockenwelle 2, Exzenterbolzen 4 und des darauf angeordneten Exzenters 10 fluchten, bis also die Exzentrizität „e" keinen Hebelarm mehr bildet. In der in 3b gezeigten Stellung beginnt der Ventilhub.
4 zeigt die Draufsicht auf einen Kipphebel 3 mit dem am freien Ende gelagerten Exzenterbolzen 4 und dem Exzenter 10. Die Drehfeder 5 ist einerseits in einer Bohrung 5a im Kipphebel 3 verankert, andererseits stützt sie sich auf dem Widerlager 12 ab. Das Widerlager 12 ist über Abflachungen 11 drehfest mit dem Exzenterbolzen 4 verbunden und letzterer mittels Lagerbuchsen 4a, 4b im Kipphebel 3 gelagert. Der Außendurchmesser der Lagerbuchsen 4a, 4b ist so gewählt, daß der Exzenter 10 eingeschoben werden kann. Die axiale Sicherung des Exzenterbolzens 4 erfolgt über Lagerringe.
Ein Anwendungsbeispiel mit obenliegender Nockenwelle 2 und Kipphebel 3 ist in 5 dargestellt. Der Exzenterbolzen 4 ist schwenkbar am freien Ende des Kipphebels 3 gelagert. Der Kipphebel 3 ist wiederum in einer Kipphebelwelle 14 schwenkbar gelagert, wobei das Kipphebellager fest mit einem Zylinderkopf verbunden ist. Das andere Ende des Kipphebels 3 drückt auf eine Ventilbrücke 15, welche die nicht dargestellten Ventile betätigt.
Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße spielfreie Ventiltrieb nicht auf einen Antrieb mit obenliegender Nockenwelle beschränkt ist. Er ist auch auf eine unten liegende Nockenwelle mit Stößelstangen anwendbar. Das Ausgleichselement 1 (1) mit Exzenterbolzen 4 kann dann in den Stößel eingebaut werden.
Da der Exzenterbolzen 4 und die Drehfeder 5 ein schwingungsfähiges System darstellen, könnten Resonanzen auftreten.
Nach 6 wird daher ein Dämpfungsglied 16 vorgesehen, welches zwischen dem Kipphebel 3 und dem Exzenterbolzen 4 angeordnet ist. Das Dämpfungsglied 16 ist starr mit dem Kipphebel 3 verbunden und kann aus einer hydraulischen Kolben- Zylinder-Einheit bestehen, die in 7 erläutert wird. Der Exzenterbolzen 4 ist über das Widerlager 12 (4) und einen Daumen 18 funktionell mit dem Dämpfungsglied 16 verbunden. Der Daumen 18 kann mit dem Widerlager 12 (4) eine bauliche Einheit bilden, welche drehfest mit dem Exzenterbolzen 4 verbunden ist. Bei einer Schwenkbewegung des Exzenterbolzens 4 drückt der Daumen 18 auf einen Kolben 20 des Dämpfungsgliedes 16 und wird dabei gedämpft.
In 7 ist das hydraulische Dämpfungsglied 16 im Längsschnitt gezeigt. Dieses besteht aus einem Zylinder 19 mit Kolben 20. Der Zylinder 19 ist über eine Bohrung 21 mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Bei einer Betätigung des Ventiltriebes über den Daumen 18 überträgt der Kolben 20 mittels Anschlag 22 seine Bewegung auf den Zylinder 19 der funktionell mit dem Kipphebel 3 (1) verbunden ist. Oszillierende Bewegungen werden durch den Kolben 20 gedämpft.

Claims

Spielfreier Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb aus einer Nockenwelle mit Ein- und Auslaßnocken, aus einem Rollenstößel je Nocken, einem Übertragungsorgan zwischen Rollenstößel und Ventil und einem Ausgleichselement gebildet ist und wobei jeder der Rollenstößel aus einem Rollenbolzen mit drehbar darauf gelagerter Rolle besteht, wobei das Ausgleichselement (1) in den Rollenstößel integriert ist, wobei der Rollenbolzen als ein drehbar gelagerter Exzenterbolzen (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterbolzen (4) einen Exzenter (10), auf dem die Rolle (6) läuft, aufweist und dass der Exzenterbolzen (4) gegen ein rückstellendes Moment einer Drehfeder (5) innerhalb seines Exzenterhubes verdrehbar ist, wobei der Exzenterhub derart ausgelegt ist, daß die Längenzunahme des Ventiltriebes während des Betriebes der Brennkraftmaschine aufgenommen werden kann.
Spielfreier Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsorgan bei einer oben liegenden Nockenwelle aus einem Kipphebel (3) besteht, der um eine in einem Zylinderkopf drehfest gelagerte Kipphebelwelle (14) schwenkbar ist, und der Kipphebel (3) an einem Ende den Exzenterbolzen (4) mit Rolle (6) aufnimmt und am anderen Ende auf ein Ventil, oder eine Ventilbrücke (15) drückt.
Spielfreier Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (5) als eine den Exzenterbolzen (4) umgebende Drehfeder (5) ausgebildet ist die einerseits im Kipphebel (3) befestigt ist und die andererseits über ein Widerlager (12) drehfest mit dem drehbar im Kipphebel (3) gelagerten Exzenterbolzen (4) verbunden ist.
Spielfreier Ventiltrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kipphebel (3) ein Dämpfungsglied (16) verbunden ist, und dass oszillierende Bewegungen des Exzenterbolzens (4) über einen drehfest mit diesem verbundenen Daumen (18) auf das Dämpfungsglied (16) übertragen werden, derart, daß Eigenschwingungen des aus Exzenterbolzen (4) und Drehfeder (5) gebildeten Schwingungssystems gedämpft werden.
Spielfreier Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (16) aus einem mit dem Kipphebel (3) starr verbundenen Zylinder (19) mit Kolben (20) gebildet wird, wobei der Zylinder (19) über eine Bohrung (21) mit einem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine kommuniziert.