EP1387048B1 - Schwenkhebel für einen hubvariablen Ventiltrieb - Google Patents

Schwenkhebel für einen hubvariablen Ventiltrieb Download PDF

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EP1387048B1
EP1387048B1 EP03015068A EP03015068A EP1387048B1 EP 1387048 B1 EP1387048 B1 EP 1387048B1 EP 03015068 A EP03015068 A EP 03015068A EP 03015068 A EP03015068 A EP 03015068A EP 1387048 B1 EP1387048 B1 EP 1387048B1
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EP
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roller element
roller
lever
stroke
hand
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Michael Allgeier
Torsten Eder
Klaus Dr. Benedikt
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Bayerische Motoren Werke AG
PSA Automobiles SA
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Bayerische Motoren Werke AG
Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F01L13/0005—Deactivating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F01L2013/0068—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a pivoting lever for a variable-stroke valve drive according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • valve drive device for variable stroke adjustment of a gas exchange valve of an internal combustion engine is described.
  • the gas exchange valve with the interposition of a transmission element with a movable about a rotation axis roller operatively connected to a, a Leerhubkurve and a lift cam comprehensive control path, which is arranged in an end region of a lifting operation of the gas exchange valve controlled by a cam of a camshaft pivot lever.
  • the play-free by means of a spring on a roller cam associated with the pivot lever is supported at the other end to the variable stroke position of the gas exchange valve via a controlled by means of an adjustment position variable and fixable swing fulcrum along a circular path.
  • a purely rotational movement or pure pivoting movement of the pivot lever about its swing pivot point at a reduced stroke of the gas exchange valve is arranged on a housing part of the engine circular path as a backdrop with a radius "R" about the axis of rotation of the role of the transmission element for controlled positionally variable support provided the pivot lever.
  • first roller element 4 Since the first roller element 4 is supported both on the adjusting device 11 and on the slide track, relatively high frictional forces can occur during adjustment of the pivot lever, whereby increased wear can occur.
  • EP 1 096 115 and DE 1 0016 103 show further embodiments of a pivot lever for variable-stroke valve trains.
  • Object of the present invention is to show friction-reducing measures for a generic pivoting lever.
  • roller element into two separate roller elements means that advantageously the first roller element or the second roller element is in operative connection only with either the slide or with the adjusting unit. Production-related tolerances in the production of rolls can be better compensated by this arrangement, whereby the internal friction and thus the wear is reduced.
  • the bearing tolerances of the first roller element and the second roller element whereby production-related tolerances can be even better balanced.
  • the complex configuration according to the claims 3 and 4 has the lowest friction losses and thus the lowest wear during operation of the pivot lever.
  • the embodiment according to claim 5 has the best power distribution and the lowest friction during operation, which in turn increases the service life, minimizes internal friction, wear and fuel consumption of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 shows a variable-stroke valve drive 2, which is arranged in a cylinder head 1 shown in the beginning.
  • the stroke variable valve train 2 consists essentially of a pivot lever 3, with a roller element 4 and a swing pivot 4 ', a third roller element 13, and a link 5 with a slide track 5', an intermediate element 7, a gas exchange valve 8, a cam 9, the
  • the pivot lever 3 is supported on the one hand via the roller element 4 on the link path 5 'of the link 5 and on the other hand with a control track 6, which consists of a Leerhubkurve 6' and a lift curve 6 "on the intermediate element 7.
  • the intermediate element 7 is a roller rocker arm, the roller of which is rotatable about an axis of rotation 12.
  • the axis of rotation 12 is simultaneously the center of the rocker track 5 'in a zero stroke position on a lash adjuster 14, here a hydraulic lash adjuster, and on the other hand on the gas exchange valve 8 from.
  • the third roller element 13 is arranged parallel to the first roller element 4 on the pivot lever 3.
  • Fig. 2 shows the side view of a pivot lever 3 for the first and the second embodiment.
  • the pivot lever 3 consists of an approximately box-shaped housing 3 ', which on one end of the control track 6, with the Leerhubkurve 6' and the lifting cam 6 "and at the opposite end a first bore 15 which is aligned normal to the control track 6 has A first bolt 16 is located radially in the first bore 15.
  • the roller element 4 is arranged radially around the first bolt 16.
  • roller element 4 Between the roller element 4 and the control track 6 there is a second bore 15 'in which a second bolt 16' is parallel to the bolt
  • the third roller element 13 is rotatably mounted on the outer circumference around the pin 16 ', and a section AA is drawn through the axes of the first bore 15 and the second bore 15' FIG. 3 and FIG. 4 for each embodiment.
  • Fig. 3 shows a section through the plane AA for a first embodiment of the pivot lever 3.
  • a rolling bearing 17 is arranged radially on the outer circumference about the first pin 16. Radially about this roller bearing 17 is rotatably the roller element 4, mounted within the housing 3 '.
  • the roller element 4 is divided into two first roller elements 4a and a second roller element 4b.
  • the roller element 4b extends in the axial direction over the entire length of the rolling bearing 17, corresponding to an internal dimension, not shown, of the housing 3 '.
  • Radially on the outer circumference of the first roller member 4b, the two second roller elements 4a are arranged rotatably.
  • the two first roller elements 4a form a sliding bearing with the second roller element 4b.
  • first roller element 4a may be provided, which then extends in axial alignment over approximately one half of the second roller element 4b or in the middle of the second roller element 4b is arranged.
  • a roller bearing of the first roller element 4a on the second roller element 4b is also possible.
  • Fig. 4 shows the section through the pivot lever 3 in the plane AA for a second embodiment.
  • two first roller elements 4a and a second roller element 4b bounded by the housing 3 ', rotatably mounted.
  • These first roller elements 4a and the second roller element 4b are arranged next to the first embodiment in the axial direction next to each other and each have their own rolling bearing 17 ', 17 ", 17"' opposite the first pin 16.
  • the first roller element 4a in operative connection with the adjusting device 11
  • the second roller element 4b is in operative connection with the slide track 5 'of the link 5.
  • a section BB is drawn, which is rotated in relation to the section AA by 90 °.
  • first roller element 4a may be provided.
  • first roller element 4a and the second roller element 4b are again adjacent to one another in the axial direction of the first pin 16.
  • roller bearings 17, 17 ', 17 ", 17"' can be designed as a needle bearing and under certain circumstances as a sliding bearing.
  • FIG. 5 shows by way of illustration one opposite Fig. 4 rotated by 90 ° section through the pivot lever for the second embodiment.
  • the description of the figures applies Fig. 4 ,

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schwenkhebel für einen hubvariablen Ventiltrieb gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Sie geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 23 186 aus. In dieser ist eine Ventiltriebsvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei der Ventiltriebsvorrichtung steht das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle in Wirkverbindung mit einer, eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels angeordnet ist. Der mittels einer Feder über eine Rolle dem Nocken spielfrei zugeordnete Schwenkhebel ist andernends zur variablen Hubstellung des Gaswechselventils über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt. Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels um seinen Schwingdrehpunkt bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils ist eine, an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius "R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes zur gesteuerten lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels vorgesehen.
  • Da das erste Rollenelement 4 sowohl auf der Verstelleinrichtung 11 als auch auf der Kulissenbahn abgestützt ist, können bei Verstellung des Schwenkhebels relativ hohe Reibungskräfte auftreten, wodurch erhöhter Verschleiß auftreten kann.
  • EP 1 096 115 und DE 1 0016 103 zeigen weitere Ausführungsformen von einem Schwenkhebel für hubvariable Ventiltriebe.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, reibungsmindernde Maßnahmen für einen gattungsgemäßen Schwenkhebel aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
    Die Aufteilung des Rollenelementes in zwei separate Rollenelemente führt dazu, dass in vorteilhafter Weise das erste Rollenelement oder das zweite Rollenelement jeweils nur entweder mit der Kulisse oder mit der Verstelleinheit in Wirkverbindung steht. Fertigungstechnisch bedingte Toleranzen bei der Rollenfertigung können durch diese Anordnung besser ausgeglichen werden, wodurch die innere Reibung und somit der Verschleiß gesenkt wird.
  • Bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 addieren sich die Lagertoleranzen des ersten Rollenelementes und des zweiten Rollenelementes, wodurch fertigungstechnisch bedingte Toleranzen noch besser ausgeglichen werden können.
  • Die aufwendige Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 3 und 4 weist beim Betrieb des Schwenkhebels die geringsten Reibungsverluste und somit den geringsten Verschleiß auf.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 weist im Betrieb die beste Kraftverteilung sowie die geringste Reibung auf, was wiederum die Lebensdauer erhöht, die innere Reibung, den Verschleiß und den Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine minimiert.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in fünf Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen schematischen Aufbau eines hubvariablen Ventiltriebes,
    Fig. 2
    zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schwenkhebel,
    Fig. 3
    zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel anhand eines Schnittes durch den Schwenkhebel,
    Fig. 4
    zeigt eine zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls als Schnitt durch den Schwenkhebel,
    Fig. 5
    zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in einem gegenüber Fig. 4 um 90 ° verdrehten Schnitt durch den Schwenkhebel.
  • Für die selben Bauteile gelten in den Figuren 1 bis 5 dieselben Bezugszeichen.
  • Fig. 1 zeigt einen hubvariablen Ventiltrieb 2, der in einem ansatzweise dargestellten Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Der hubvariable Ventiltrieb 2 besteht im Wesentlichen aus einem Schwenkhebel 3, mit einem Rollenelement 4 und einem Schwingdrehpunkt 4', einem dritten Rollenelement 13, sowie einer Kulisse 5 mit einer Kulissenbahn 5', einem Zwischenelement 7, einem Gaswechselventil 8, einem Nocken 9, der auf einer Nockenwelle 9' angeordnet ist sowie eine Feder 10 und einer Verstelleinrichtung 11. Der Schwenkhebel 3 stützt sich einerseits über das Rollenelement 4 auf der Kulissenbahn 5' der Kulisse 5 und andererseits mit einer Steuerbahn 6, die aus einer Leerhubkurve 6' und einer Hubkurve 6" besteht, auf dem Zwischenelement 7 ab. Das Zwischenelement 7 ist ein Rollenschlepphebel, dessen Rolle um eine Drehachse 12 drehbar ist. Die Drehachse 12 ist gleichzeitig der Mittelpunkt der Kulissenbahn 5' in einer Nullhubstellung. Das Zwischenelement stützt sich einerseits von der Drehachse 12 auf einem Spielausgleichselement 14, hier einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement, und andererseits auf dem Gaswechselventil 8 ab. Zwischen der Steuerbahn 6 und dem ersten Rollenelement 4 ist an den Schwenkhebel 3 parallel zum ersten Rollenelement 4 das dritte Rollenelement 13 angeordnet. Dieses steht in Wirkverbindung mit dem Nocken 9. Bei Drehung der Nockenwelle 9' schwenkt der Schwenkhebel 3 und drückt mit seiner Hubkurve 6" das Gaswechselventil in eine nicht dargestellte Öffnungsstellung. Das erste Rollenelement 4 ist neben der Abstützung auf der Kulissenbahn 5' weiter an einer Verstelleinrichtung 11 abgestützt, mit der der Schwingdrehpunkt 4' des ersten Rollenelements 4 parallel zur Kulissenbahn 5' verschoben werden kann. Eine derartige Verschiebung bewirkt eine Veränderung des Ventilhubes.
  • Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Schwenkhebels 3 für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel. Der Schwenkhebel 3 besteht aus einem in etwa kastenförmigen Gehäuse 3', welches auf einem Ende die Steuerbahn 6, mit der Leerhubkurve 6' und der Hubkurve 6" und auf dem gegenüberliegenden Ende eine erste Bohrung 15, die normal zur Steuerbahn 6 ausgerichtet ist, aufweist. In der ersten Bohrung 15 befindet sich ein erster Bolzen 16. Radial um den ersten Bolzen 16 ist das Rollenelement 4 angeordnet. Zwischen dem Rollenelement 4 und der Steuerbahn 6 befindet sich eine zweite Bohrung 15', in der ein zweiter Bolzen 16' parallel zum ersten Bolzen 16 gelagert ist. Radial am Außenumfang ist um den Bolzen 16' ist das drittes Rollenelement 13 drehbar gelagert. Durch die Achsen der ersten Bohrung 15 und der zweiten Bohrung 15' ist ein Schnitt A-A eingezeichnet. Dieser Schnitt A-A entspricht den Darstellungen in Fig. 3 und Fig. 4 für jeweils ein Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Ebene A-A für ein erstes Ausführungsbeispiel für den Schwenkhebel 3. Im ersten Ausführungsbeispiel ist radial am Außenumfang um den ersten Bolzen 16 ein Wälzlager 17 angeordnet. Radial um dieses Wälzlager 17 ist drehbeweglich das Rollenelement 4, innerhalb des Gehäuses 3' gelagert. Das Rollenelement 4 ist aufgeteilt in zwei erste Rollenelemente 4a und ein zweites Rollenelement 4b. Das Rollenelement 4b erstreckt sich in axialer Richtung über die ganze Länge des Wälzlagers 17, entsprechend einem nicht näher dargestellten Innenmaß des Gehäuses 3'. Radial am Außenumfang des ersten Rollenelements 4b sind die zwei zweiten Rollenelemente 4a drehbeweglich angeordnet. Die zwei ersten Rollenelemente 4a bilden mit dem zweiten Rollenelement 4b ein Gleitlager. Beim Betrieb des hubvariablen Ventiltriebs ist der Schwenkhebel 3 mit dem zweiten Rollenelement 4b an der Verstelleinrichtung 11 abgestützt, während er mit dem ersten Rollenelement 4a auf der Kulissenbahn 5b der Kulisse 5 abrollt. Ansonsten entspricht die Ausführung in Fig. 3 der Ausführung in Fig. 2.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch nur ein erstes Rollenelement 4a vorgesehen werden, wobei sich dieses dann in axialer Ausrichtung über ca. eine Hälfte des zweiten Rollenelementes 4b erstreckt bzw. in der Mitte des zweiten Rollenelementes 4b angeordnet ist. Auch eine Wälzlagerung des ersten Rollenelementes 4a auf dem zweiten Rollenelement 4b ist möglich.
  • Fig. 4 zeigt den Schnitt durch den Schwenkhebel 3 in der Ebene A-A für ein zweites Ausführungsbeispiel. In diesem sind radial am Außenumfang um den ersten Bolzen 16 zwei erste Rollenelemente 4a und ein zweites Rollenelement 4b, vom Gehäuse 3' begrenzt, drehbeweglich gelagert. Diese ersten Rollenelemente 4a und das zweite Rollenelement 4b sind gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel in axialer Richtung nebeneinander angeordnet und verfügen jeweils über ein eigenes Wälzlager 17', 17", 17"' gegenüber dem ersten Bolzen 16. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel steht das erste Rollenelement 4a mit der Verstelleinrichtung 11 in Wirkverbindung, während das zweite Rollenelement 4b mit der Kulissenbahn 5' der Kulisse 5 in Wirkverbindung steht. Zentrisch ist ein Schnitt B-B eingezeichnet, der gegenüber dem Schnitt A-A um 90 ° verdreht ist.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann, wie im Fall des ersten Ausführungsbeispieles nur ein einziges erstes Rollenelement 4a vorgesehen sein. Für diesen Fall liegen das erste Rollenelement 4a und das zweite Rollenelement 4b in axialer Richtung des ersten Bolzens 16 wiederum nebeneinander.
  • Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Wälzlager 17, 17', 17", 17"' als Nadellager und unter Umständen auch als Gleitlager ausgebildet sein können.
  • Fig. 5 zeigt zur Veranschaulichung einen gegenüber Fig. 4 um 90 ° verdrehten Schnitt durch den Schwenkhebel für das zweite Ausführungsbeispiel. Es gilt die Figurenbeschreibung von Fig. 4.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinderkopf
    2
    Hubvariabler Ventiltrieb
    3
    Schwenkhebel
    3'
    Gehäuse
    4
    Rollenelement
    4a
    Erstes Rollenelement
    4b
    Zweites Rollenelement
    4'
    Schwingdrehpunkt
    5
    Kulisse
    5'
    Kulissenbahn
    6
    Steuerbahn
    6'
    Leerhubkurve
    6"
    Hubkurve
    7
    Zwischenelement
    8
    Gaswechselventil
    9
    Nocken
    9'
    Nockenwelle
    10
    Feder
    11
    Verstelleinrichtung
    12
    Drehachse
    13
    Drittes Rollenelement
    14
    Spielausgleichselement
    15
    Erste Bohrung
    15'
    Zweite Bohrung
    16
    Erster Bolzen
    16'
    Zweiter Bolzen
    17
    Wälzlager
    17', 17", 17"'
    Separates Wälzlager

Claims (5)

  1. Schwenkhebel (3) für einen hubvariablen Ventiltrieb (2) in einem Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine, der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits das Rollenelement (4) von einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenelement (4) aus einem ersten Rollenelement (4a) und einem zweiten Rollenelement (4b) oder aus zwei ersten Rollenelementen (4a) und einem zweiten Rollenelement (4b) besteht und radial von zumindest einem Wälzlager (17) gelagert ist.
  2. Schwenkhebel nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Rollenelement (4a) radial am Außenumfang des zweiten Rollenelementes (4b) gelagert ist.
  3. Schwenkhebel nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rollenelement (4a) und das zweite Rollenelement (4b) in axialer Richtung nebeneinander gelagert sind.
  4. Schwenkhebel nach Patentanspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rollenelement (4a) und das zweite Rollenelement (4b) jeweils auf einem separaten Wälzlager (17a, 17b, 17c) angeordnet sind.
  5. Schwenkhebel nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (17a, 17b, 17c) ein Nadellager ist.
EP03015068A 2002-08-02 2003-07-03 Schwenkhebel für einen hubvariablen Ventiltrieb Expired - Lifetime EP1387048B1 (de)

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DE10235403A DE10235403A1 (de) 2002-08-02 2002-08-02 Schwenkhebel für einen hubvariablen Ventiltrieb
DE10235403 2002-08-02

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EP1387048A2 EP1387048A2 (de) 2004-02-04
EP1387048A3 EP1387048A3 (de) 2007-07-25
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