DE19919245B4

DE19919245B4 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19919245B4
Application number: DE1999119245
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Faria Christof; Dipl.-Ing. Schnell Oliver
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2019-04-29
Also published as: DE19919245A1

Abstract

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine mit einem oszillierenden Nockenfolger (4) oder einem Einsteck- oder Abstützelement für einen hebelartigen Nockenfolger, der oder das vom Hub eines oder mehrerer gleicher Nocken (2) auf bevorzugt einen Nullhub zumindest eines Gaswechselventils (7) abschaltbar ist und aus einem Gehäuse (8) und einem Innenteil (9) besteht, die axial zueinander relativ beweglich ineinander gesteckt und durch ein erstes Druckfedermittel (10) voneinander weg beaufschlagt sind, wobei in wenigstens einem der Elemente Gehäuse (8)/Innenteil (9) im Abschaltfall ein Koppelmittel (16) verläuft, das zu deren Kopplung bei ihrer axial voneinander entfernten Stellung mit einem Teilabschnitt in das andere Element Innenteil (9)/Gehäuse (8) verlagerbar ist, wobei in das Innenteil (9) ein hydraulisches Spielausgleichselement (11) eingebaut ist, das mit seinem zumindest mittelbar mit dem Gaswechselventil (7) kommunizierenden Druckkolben (12) axial beweglich zum Innenteil (9) verläuft und axial zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) ein Hochdruckraum (13) mit einem sich zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) abstützenden zweiten Druckfedermittel (15) vorgesehen ist und wobei das Spielausgleichselement (11) über eine Zuleitung (17) mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, welche Zuleitung (17) von einer Hydraulikmittelpumpe (18) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannkraft (F_1vor) des ersten Druckfedermittels (10) in bezug auf eine Summe einer Vorspannkraft (F_2vor) des zweiten Druckfedermittel (15) und einer maximalen Hydraulikmitteldruckkraft (F_Hyd) im Hochdruckraum (13) derartig ausgelegt ist, daß gilt: (F_1vor) > (F_2vor) + (F_Hyd).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem oszillierenden Nockenfolger bzw. einem Einsteck- oder Abstützelement für einen hebelartigen Nockenfolger, die vom Hub eines oder mehrerer gleicher Nocken auf bevorzugt einen Nullhub zumindest eines Gaswechselventils abschaltbar sind und aus einem Gehäuse und einem Innenteil bestehen, die axial zueinander relativ beweglich ineinander gesteckt und durch ein erstes Druckfedermittel voneinander weg beaufschlagt sind, wobei in wenigstens einem der Elemente Gehäuse/Innenteil im Abschaltfall ein Koppelmittel verläuft, das zu deren Kopplung bei ihrer axial voneinander entfernten Stellung mit einem Teilabschnitt in das andere Element Innenteil/Gehäuse verlagerbar ist, wobei in das Innenteil ein hydraulisches Spielausgleichselement eingebaut ist, das mit seinem zumindest mittelbar mit dem Gaswechselventil kommunizierenden Druckkolben axial beweglich zum Innenteil verläuft und axial zwischen dem Druckkolben und dem Innenteil ein Hochdruckraum mit einem sich zwischen dem Druckkolben und dem Innenteil abstützenden zweiten Druckfedermittel vorgesehen ist und wobei das Spielausgleichselement über eine Zuleitung mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, welche Zuleitung von einer Hydraulikmittelpumpe versorgbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Ventiltrieb geht aus dem als gattungsbildend betrachteten DE 93 19 435 U1 hervor. Dessen Abstützelement kommuniziert an einem Ende mit einem Kipphebel. Dieser wiederum beaufschlagt ein Gaswechselventil in bekannter Art und Weise. Das hydraulische Spielausgleichselement des Abstützelements wird von einer Zuleitung aus dem Zylinderkopf mit Hydraulikmittel gespeist, welche Zuleitung in aller Regel von der Hydraulikmittelpumpe versorgt wird, die gleichzeitig dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß der Hydraulikmitteldruck in der Zuleitung zum Spielausgleichselement eine derartige Größe annehmen kann, daß er in Verbindung mit der Vorspannkraft des zweiten Federmittels im Hochdruckraum des Spielausgleichselements zu einem „Aufpumpen” des Spielausgleichselements führen kann. Dieses „Aufpumpen” beeinträchtigt die Spielausgleichsfunktion und die gesamte Funktion des Nockenfolgers signifikant negativ und wurde von der Fachwelt bisher hingenommen.
Zum einen kann es durch das „Aufpumpen” dazu kommen, daß das jeweilige Gaswechselventil unerwünscht einen Hub erfährt. Andererseits kann bei genügend großer Hydraulikmitteldruckkraft im Hochdruckraum, im Zusammenwirken mit der Vorspannkraft des dort befindlichen zweiten Federmittels, eine Kopplung aus einem Entkoppelzustand des Abstützelements nicht mehr möglich sein. Dies rührt daher, daß durch dieses ebengenannte „Aufpumpen” sich die im Grundkreis ansonsten vorliegende fluchtende Position der entsprechenden Aufnahmen für die Koppelmittel verschoben hat. Im umgekehrten Fall kann trotz erwünschter Entkopplung aus dem gekoppelten Zustand heraus diese Entkopplung durch ein Verspannen des Innenteils zum Gehäuse blockiert sein.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die eben genannten Nachteile beseitigt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Vorspannkraft (F_1vor) des ersten Druckfedermittels in bezug auf eine Summe einer Vorspannkraft (F_2vor) des zweiten Druckfedermittel und einer maximalen Hydraulikmitteldruckkraft (F_Hyd) im Hochdruckraum derartig ausgelegt ist, daß gilt: (F_1vor) > (F_2vor) + (F_Hyd).
Durch die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Abstimmung ist dem Fachmann eine einfache Lehre in die Hand gegeben, mittels derer er die eingangs zitierten Nachteile beseitigen kann. Reduziert er beispielsweise die Hydraulikmitteldruckkraft durch die nachfolgend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung, so kann die Vorspannkraft des ersten Federmittels deutlich geringer ausgelegt werden. Ansonsten wäre es natürlich denkbar, diese Vorspannkraft so zu erhöhen, daß sie deutlich größer als die Summe aus der Hydraulikmitteldruckkraft und der Vorspannkraft des zweiten Federmittels ist. Hier sind jedoch Bauraum- und Festigkeitsgrenzen gesetzt. Da, bei Reduzierung der Hydraulikmitteldruckkraft, das erste Druckfedermittel kleiner dimensioniert werden kann, ist auch mit einer geringeren Kontaktkraft zum beaufschlagenden Nocken zu rechnen. Dies reduziert die Reibleistung im Ventiltrieb.
In zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, der Zuleitung bis unmittelbar vor das Spielausgleichselement Mittel zur Begrenzung bzw. Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks zuzuordnen. Diese Mittel können beispielsweise aus einem Regelkreis mit einem elektromagnetischen Schaltventil bestehen. Es ist jedoch auch vorgesehen, dieser Zuleitung ein federbeaufschlagtes Rückschlagventil und/oder eine Drossel zuzuordnen. Insbesondere bei Verwendung des Schaltventils oder des Rückschlagventils ist nach diesen Bauteilen mit einem relativ konstanten und beherrschbaren Hydraulikmitteldruck in der Zuleitung zu rechnen. Gerade der Einsatz des Reglers erweist sich besonders temperatur- und viskositätsunabhängig. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch eine Kombination einer Drossel oder einer abspritzenden Düse mit dem Regler oder dem federbelasteten Rückschlagventil.
Alternativ ist es vorgeschlagen, die Hydraulikmitteldruckkraft durch gezielte Anbringung von Leckstellen in der Zuleitung bis unmittelbar vor dem hydraulischen Spielausgleichselement zu reduzieren. Diese Leckstellen können beispielsweise ebenfalls als abspritzende Bohrungen ausgebildet sein, sie können jedoch auch, beispielsweise bei einem hebelartigen Nockenfolger, gleichzeitig dessen Gelenkstellen schmieren.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zuleitung von der Hydraulikmittelpumpe versorgt wird, die gleichzeitig einen Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Der Schutzbereich der Erfindung umfaßt jedoch ausdrücklich auch eine derartige Lösung, bei welcher der Zuleitung zum Spielausgleichselement eine separate Hydraulikmittelpumpe zugewiesen ist.
Selbstverständlich wird der Fachmann bei Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel die Vorspannkraft des ersten Federmittels so groß wählen, daß der Ventiltrieb bei allen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und insbesondere im Entkoppelzustand stets in Nockenkontakt ist und somit kein undefiniertes Flattern auftritt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt die einzige Figur einen Stößelstangentrieb mit einem abschaltbaren Nockenfolger.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figur offenbart einen Ventiltrieb 1 einer Brennkraftmaschine, der hier als Stößelstangentrieb ausgebildet ist. Der Schutzbereich der Erfindung bezieht sich jedoch klar nicht nur auf den hier zeichnerisch dargestellten Ventiltrieb, sondern auf jeden Ventiltrieb, welcher vom Nockenhub abschaltbar und in den ein hydraulisches Spielausgleichselement eingebaut ist.
Der vorgenannte Ventiltrieb 1 besteht aus einem Nocken 2, der seitlich der Brennkraftmaschine 3 positioniert ist. Der Nocken 2 wirkt auf einen hier als Rollenstößel ausgebildeten, oszillierenden Nockenfolger 4. Der Nockenfolger 4 beaufschlagt eine Stößelstange 5. Diese wirkt einenends auf einen Kipphebel 6, welcher anderenends ein Gaswechselventil 7 im Öffnungssinn beaufschlagt.
Der Nockenfolger 4 besteht aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 8, welches konzentrisch und axialbeweglich zu diesem ein Innenteil 9 einschließt. Das Innenteil 9 ist von dem Gehäuse 8 weg durch ein erstes Druckfedermittel 10 in bekannter Bauart beaufschlagt. Als erstes Druckfedermittel 10 kommt hier wenigstens eine Schraubenfeder in Frage. Es sind jedoch auch andere druckausübende und dem Fachmann geläufige Medien einsetzbar. Das Innenteil 9 wiederum schließt ein hydraulisches Spielausgleichselement 11 bekannter Bauart ein. Das Spielausgleichselement 11 besitzt einen Druckkolben 12, welcher an seiner Unterseite gegenüber einem Boden des Innenteils 9 einen Hochdruckraum 13 begrenzt und an der Unterseite ein sich in Richtung zum Hochdruckraum 13 öffnendes Rückschlagventil 14 aufweist. Der Druckkolben 12 wiederum ist in Richtung zur Stößelstange 5, also von dem Innenteil 9 weg, durch ein zweites Druckfedermittel 15 beaufschlagt, das in den Hochdruckraum 13 eingebaut ist. Vorzugsweise soll wenigstens eine Schraubenfeder eingesetzt sein, denkbar sind jedoch auch andere druckausübende Mittel, wie solche die als Tellerfeder, Spiralfeder oder sonstige ausgebildet sind.
Unterhalb des Spielausgleichselements 11 ist in einer Radialbohrung des Innenteils 9 ein nicht näher zu beschreibendes Koppelmittel 16 eingebaut. Dieses verläuft bei der hier dargestellten Ansicht mit einem Teilabschnitt in einer radial außen angrenzenden Aufnahme des Gehäuses 8.
Gleichzeitig ist zu erkennen, daß das Spielausgleichselement 11 über eine Zuleitung 17 mit Hydraulikmittel versorgbar ist. Diese Zuleitung 17 geht von einer schematisch dargestellten Hydraulikmittelpumpe 18 aus. Der Hydraulikmittelpumpe 18 unmittelbar nachgeordnet ist ein als Drossel ausgebildetes Mittel 19 zur Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks. Nach dem Mittel 19 wirkt die Zuleitung 17 noch mit einem Mittel 20 zur Begrenzung des Hydraulikmitteldrucks zusammen. Dieses Mittel 20 ist hier als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet.
Die Zuleitung 17 ist weiter fortgeführt durch eine Achse 21 für den Kipphebel 6 und von dort über eine Längserstreckung des Kipphebels 6 durch die Stößelstange 5 unmittelbar zum Spielausgleichselement 11.
Nach der Erfindung ist nun die Vorspannkraft F_1vor des ersten Druckfedermittels 10 so ausgelegt, daß sie stets größer ist als eine Summe der Vorspannkraft F_2vor des zweiten Druckfedermittels 15 im hydraulischen Spielausgleichselement 11 und einer im Hochdruckraum 13 anstehenden Hydraulikmitteldruckkraft F_hyd. Hierdurch wird verhindert, daß sich der Nockenfolger 4, wie beschreibungseinleitend dargelegt, unerwünscht „aufpumpt”. Dies könnte man zwar auch dadurch erreichen, daß man die Vorspannkraft F_1vor des ersten Druckfedermittels 10 sehr stark wählt. Hier stehen jedoch Bauraum-, Festigkeits- und Verschleißgründe entgegen. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, die im hydraulischen Spielausgleichselement 11 bis dato ungehindert anstehende Hydraulikmitteldruckkraft F_hyd reduzieren. Dies kann der Fachmann beispielsweise dadurch realisieren, indem er die genannte Drossel als Mittel 19 zur Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks F_hyd in die Zuleitung 17 einbaut. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist jedoch der Zuleitung 17 nach dem Mittel 19 noch das Mittel 20 zur Begrenzung des Hydraulikmitteldrucks nachgeordnet. Dieses Mittel 20, welches einen niedrigen Solldruck einstellt, ist hier als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und öffnet immer dann, wenn nach der Drossel noch ein unnötig großer Hydraulikmitteldruck F_hyd in der Zuleitung 17 ansteht. Beide genannten Elemente 19, 20 können auch allein appliziert werden.
Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, die Zuleitung 17 mit einem Regelkreis zu versehen, der ein elektromagnetisches Schaltventil aufweist. Dieses Schaltventil (nicht dargestellt) regelt den Druck in der Zuleitung 17 ebenfalls auf den gewollt niedrigen Solldruck.
Es wird auch vorgeschlagen, in der Zuleitung 17 gezielte Leckstellen zur Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks F_hyd einzubauen. Diese Leckstellen könnten beispielsweise als Abspritzbohrungen ausgebildet sein. Denkbar ist es jedoch auch, über diese Leckstellen gleichzeitig Schmierstellen im Ventiltrieb mit Hydraulikmittel zu versorgen. Diese Hydraulikdruckreduzierung ist jedoch relativ ungenau und abhängig von der Viskosität des Hydraulikmittels.
Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme erweist sich hauptsächlich bei den Ventiltrieben als sinnvoll, die zwischen dem Hub einer Nockenkontur und Nullhub umschalten. Bei anderen Elementen, wie beispielsweise bei den aus der US 5 398 648 A vorbekannten oder bei denen, die in der WO 91/ 12 413 A1 beschrieben sind, kann diese Effekt des „Aufpumpens” des Spielausgleichselements nicht zu den genannten unerwünschten Wirkungen führen, da sich im Grundkreis der beaufschlagenden Nockenpaare deren Innenelement ebenfalls am Nocken abstützt.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Nocken
3: Brennkraftmaschine
4: Nockenfolger
5: Stößelstange
6: Kipphebel
7: Gaswechselventil
8: Gehäuse
9: Innenteil
10: Druckfedermittel
11: hydraulisches Spielausgleichselement
12: Druckkolben
13: Hochdruckraum
14: Rückschlagventil
15: Druckfedermittel
16: Koppelmittel
17: Zuleitung
18: Hydraulikmittelpumpe
19: Mittel zur Reduzierung
20: Mittel zur Begrenzung
21: Achse

Claims

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine mit einem oszillierenden Nockenfolger (4) oder einem Einsteck- oder Abstützelement für einen hebelartigen Nockenfolger, der oder das vom Hub eines oder mehrerer gleicher Nocken (2) auf bevorzugt einen Nullhub zumindest eines Gaswechselventils (7) abschaltbar ist und aus einem Gehäuse (8) und einem Innenteil (9) besteht, die axial zueinander relativ beweglich ineinander gesteckt und durch ein erstes Druckfedermittel (10) voneinander weg beaufschlagt sind, wobei in wenigstens einem der Elemente Gehäuse (8)/Innenteil (9) im Abschaltfall ein Koppelmittel (16) verläuft, das zu deren Kopplung bei ihrer axial voneinander entfernten Stellung mit einem Teilabschnitt in das andere Element Innenteil (9)/Gehäuse (8) verlagerbar ist, wobei in das Innenteil (9) ein hydraulisches Spielausgleichselement (11) eingebaut ist, das mit seinem zumindest mittelbar mit dem Gaswechselventil (7) kommunizierenden Druckkolben (12) axial beweglich zum Innenteil (9) verläuft und axial zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) ein Hochdruckraum (13) mit einem sich zwischen dem Druckkolben (12) und dem Innenteil (9) abstützenden zweiten Druckfedermittel (15) vorgesehen ist und wobei das Spielausgleichselement (11) über eine Zuleitung (17) mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, welche Zuleitung (17) von einer Hydraulikmittelpumpe (18) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannkraft (F_1vor) des ersten Druckfedermittels (10) in bezug auf eine Summe einer Vorspannkraft (F_2vor) des zweiten Druckfedermittel (15) und einer maximalen Hydraulikmitteldruckkraft (F_Hyd) im Hochdruckraum (13) derartig ausgelegt ist, daß gilt: (F_1vor) > (F_2vor) + (F_Hyd).
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleitung (17) bis unmittelbar vor das Spielausgleichselement (11) Mittel (20, 19) zur Begrenzung oder Reduzierung des Hydraulikmitteldrucks (F_Hyd) zugeordnet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur Begrenzung aus einem Hydraulikmitteldruckregler wie einem elektromagnetischen Schaltventil bestehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur Begrenzung aus einem federbelasteten Rückschlagventil bestehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleitung (17) zusätzlich Mittel (19) zur Reduzierung wie eine als Drossel oder abspritzende Düse ausgebildete Querschnittsverengung oder Leckstellen zugeordnet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (19) zur Reduzierung aus einer wie eine Drossel oder abspritzenden Düse ausgebildeten Querschnittsverengung oder aus Leckstellen bestehen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (17) von der Hydraulikmittelpumpe (18) versorgbar ist, die gleichzeitig einen Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine beaufschlagt und daß die Zuleitung (17) Bestandteil des Schmiermittelkreislaufs ist.