EP2013450B1 - Schaltbarer schlepphebel eines ventiltriebs einer brennkraftmaschine - Google Patents

Schaltbarer schlepphebel eines ventiltriebs einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP2013450B1
EP2013450B1 EP07727963.6A EP07727963A EP2013450B1 EP 2013450 B1 EP2013450 B1 EP 2013450B1 EP 07727963 A EP07727963 A EP 07727963A EP 2013450 B1 EP2013450 B1 EP 2013450B1
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EP
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lever
cam follower
valve
arms
external lever
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Debora Manther
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • 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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/185—Overhead end-pivot rocking arms
    • 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
    • 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
    • F01L13/0036—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 the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction

Definitions

  • the invention relates to a switchable rocker arm of a valve train of an internal combustion engine, with an outer lever which includes an inner lever with its arms, which components pivotally movable relative to each other on a common axis applied to a valve end and the inner lever at an underside at the valve end Plant for a gas exchange valve and at the other end has a complementary surface for storage on a head of a support element, wherein the outer and inner levers are selectively connectable via coupling means to achieve a large valve lift, with decoupling a small or 0-valve stroke can be displayed, at least the outer lever has on its upper side at least one contact surface for a lifting cam and wherein the system is bounded laterally by two projecting from the cam follower in the valve direction guide plates for the gas exchange valve.
  • the object of the invention is therefore to provide a switchable drag lever of the aforementioned type, in which the cited disadvantages are eliminated.
  • the guide tabs emanate from the underside of the outer lever.
  • these tabs should be integrally formed with the inner lever and their outer sides are aligned with outer surfaces of the arms of the outer lever.
  • the guide tabs may be formed on the outer lever as separate components and connected by a suitable connection method such as welding, joining, etc. with the outer lever.
  • the inner lever and thus the entire drag lever can be made narrower at least at the valve end.
  • less space is required, so that a subsequent installation in cramped cylinder head concepts is possible.
  • the total mass of the finger lever is lowered. The moment of inertia is reduced compared to previous versions.
  • lever parts can be produced by punching and bending, for example, from sheet steel / steel strip, wherein the projecting guide straps can be punched out or bent in one operation.
  • the axis with stumps at both ends protrudes beyond the outer surfaces of the arms of the outer lever and that exactly at this projecting area at least one Lost Motion spring as a torsion leg spring in per se known Way is applied.
  • This may be another contribution towards “narrowing" the rocker arm on its valve side (as compared to incorporating the lost-motion springs about the axis between outer surfaces of the inner lever and inner sides of the arms of the outer lever or generally within the arms of the outer lever).
  • the contact surfaces for the Qundnocken on the outer lever are formed as projecting from the upper sides to the outside collar, which thus represent a sliding surface as a contact partner.
  • a roll can be applied here in each case.
  • the inner lever may have a role as a contact surface.
  • a sliding surface can also be applied here.
  • outer lever box-like so that it is connected by a respective double-ended crossbar.
  • This training has advantages in terms of stiffness and stability of the outer lever.
  • the arms of the outer lever in the region of the other end (support element side) are connected by a cross bar, this can be attacked for the coupling case of a longitudinally extending from the inner lever slide as a coupling agent.
  • This slide extends above the complementary surface of the inner lever for the support element.
  • the rocker arms parts or at least one of the arms (possibly except for an insert with the complementary surface) of the drag lever can also be made by casting.
  • a lightweight material such as plastic, which is optionally fiber or particle reinforced.
  • a particularly narrow-built rocker arm is present when dispensed to the aforementioned collar, which protrude from the top of the arms, and thus only the width of the top of the arms is used as Nockenanlauf phenomenon.
  • a switchable drag lever 1 of a valve train of an internal combustion engine This consists of a box-like outer lever 2 with two arms 3.
  • the arms 3 are connected at a valve-side end 5 and at an opposite other end 9 by a respective cross bow 17, 18.
  • the outer lever 2 includes an inner lever 4, wherein both levers 2, 4 are pivotally movable relative to each other. For this purpose, they run on an axis 6, which is applied approximately in the area above a gas exchange valve 8a.
  • the axis 6 projects beyond each with a stump 15 outer surfaces 14 of the arms 3 of the outer lever 2. Exactly in this area, each stump 15 can be surrounded by a torsion leg spring o. The like.
  • the inner lever 4 has in the region of the valve-side end 5 on a lower side 7 a system 8 for the gas exchange valve 8a.
  • a dome-shaped here complementary surface 10 for storage on a head of a support element.
  • This complementary surface 10 may be provided in the inner lever 4 is a hydraulically displaceable in at least one direction slide as coupling means.
  • the inner lever 4 has a role as a contact surface 19 for a low-lift cams. This is flanked on both sides by sliding surfaces as contact surfaces 11 on upper sides 10a of the arms 3 of the outer lever 2.
  • the contact surfaces 11 are formed as outwardly projecting, thin-walled longitudinal collar, which are preferably integrally connected to the outer lever 2. Run against these contact surfaces 11 respectively petitionhubnocken.
  • the outer surfaces 14 of the arms 3 of the outer lever 2 are stepped. In the area of the valve-side end 5, they have their smallest thickness. Behind the axis 6, viewed in the direction of the other end 9, the outer surfaces 14 thicken each via a step 16. As out FIG. 2 closer, the respective step 16 encloses the corresponding stump 15 half-shell similar with a small distance.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Außenhebel, der mit seinen Armen einen Innenhebel einschließt, welche Bauteile relativ zueinander verschwenkbeweglich auf einer gemeinsamen, an einem ventilseitigen Ende applizierten Achse verlaufen und der Innenhebel an einer Unterseite an dem ventilseitigen Ende eine Anlage für ein Gaswechselventil sowie am anderen Ende eine Komplementärfläche zur Lagerung auf einem Kopf eines Abstützelements besitzt, wobei Außen- und Innenhebel über Koppelmittel zur Erzielung eines großen Ventilhubes wahlweise miteinander verbindbar sind, wobei bei Entkopplung ein kleiner oder 0-Ventilhub darstellbar ist, wobei zumindest der Außenhebel an seiner Oberseite wenigstens eine Anlauffläche für einen Hubnocken aufweist und wobei die Anlage lateral durch zwei vom Schlepphebel in Ventilrichtung abstehende Führungslaschen für das Gaswechselventil begrenzt ist.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Derartige Schlepphebel sind der Fachwelt hinreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. So offenbaren die Druckschriften DE102004029555 A1 und DE10318295 A1 derartige Schlepphebel. Dabei stehen genau von dem Hebelteil mit der Anlage, hier Innenhebel, die Laschen zur lateralen Führung auf dem Ventilschaft in Ventilrichtung ab. Aufgrund dieser Ausbildung baut der schaltbare Schlepphebel an dem einen ventilseitigen Ende unnötig breit. Somit wird mehr Bauraum beansprucht und der Hebel besitzt eine größere Masse. Das Massenträgheitsmoment ist unnötig erhöht. Außerdem wird festgestellt, dass aufgrunde der vom Innenhebel abstehenden Führungslaschen eine Bearbeitung / Feinbearbeitung der Anlage an der Unterseite des Innenhebels erschwert ist.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen schaltbaren Schlepphebel der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind.
    • Lösung der Aufgabe
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Führungslaschen von der Unterseite des Außenhebels ausgehen. Vorzugsweise sollen diese Laschen einteilig mit dem Innenhebel ausgebildet sein und deren Außenseiten zu Außenflächen der Arme des Außenhebels fluchten. Gegebenenfalls können die Führungslaschen am Außenhebel auch als separate Bauteile ausgebildet und durch ein geeignetes Verbindungsverfahren wie Schweißen, Fügen etc. mit dem Außenhebel verbunden werden.
  • Aufgrund der Anordnung der Führungslaschen am anderen Bauteil, nämlich am Außenhebel, kann der Innenhebel und somit der gesamte Schlepphebel zumindest am ventilseitigen Ende schmaler ausgebildet werden. Somit wird weniger Bauraum beansprucht, so dass auch ein nachträglicher Einbau in beengte Zylinderkopfkonzepte möglich ist. Außerdem ist die Gesamtmasse des Schlepphebels absenkbar. Das Massenträgheitsmoment ist gegenüber bisherigen Ausführungen verringert.
  • Da durch den Wegfall der Führungslaschen am Innenhebel die Anlage für das Gaswechselventil quasi "offen" vorliegt, ist eine Bearbeitung dieser Fläche deutlich vereinfacht.
  • Zudem ist es vorgeschlagen, die Hebelteile stanz- biegetechnisch bspw. aus Stahlblech / Stahlband zu generieren, wobei die abstehenden Führungslaschen in einem Arbeitsgang mit ausgestanzt bzw. gebogen werden können.
  • Die Achse, auf welcher die Hebelteile relativ zueinander verschwenkbeweglich gelagert sein sollen, verläuft gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung unmittelbar oberhalb des Ventilschafts. Gegebenenfalls ist auch eine weiter in Richtung Hebelmitte gerückte Variante denkbar.
  • Zudem kann es zweckmäßig sein, dass die Achse mit beidendigen Stümpfen (insgesamt nur ein Stumpf ist auch denkbar und vorgesehen) über die Außenflächen der Arme des Außenhebels hinaussteht und dass genau an diesem hinausstehenden Bereich wenigstens eine Lost Motion Feder wie eine Drehschenkelfeder in an sich bekannter Art und Weise appliziert ist. Dies kann einen weiteren Beitrag in Richtung "Schmalbau" des Schlepphebels an seiner Ventilseite darstellen (im Vergleich zu einem Einbau der Lost-Motion-Federn um die Achse zwischen Außenflächen des Innenhebels und Innenseiten der Arme des Außenhebels oder generell innerhalb der Arme des Außenhebels).
  • Zudem ist es zweckmäßig und vorgesehen, die Außenfläche des jeweiligen Armes dickengestuft auszubilden. Die geringste Dicke liegt somit im Bereich der Ventilseite vor.
  • Die Anlaufflächen für die Großhubnocken am Außenhebel sind als von dessen Oberseiten nach außen abstehende Kragen ausgebildet, die somit eine Gleitfläche als Kontaktpartner darstellen. Alternativ kann hier jeweils eine Rolle appliziert werden.
  • Im Falle einer Ausbildung des Schlepphebels als Hubumschalter kann der Innenhebel eine Rolle als Anlauffläche aufweisen. Gegebenenfalls kann hier auch eine Gleitfläche appliziert werden.
  • Zudem ist es erfindungsgemäß hervorgesehen, den Außenhebel kastenartig auszubilden, so dass er durch je einen beidendigen Querbügel verbunden ist. Diese Ausbildung hat Vorteile hinsichtlich Steifigkeit und Stabilität des Außenhebels. Gegebenenfalls kann auf einen der Querbügel verzichtet werden.
  • Für den besonders bevorzugten Fall, dass die Arme des Außenhebels im Bereich des anderen Endes (abstützelementseitig) durch einen Querbügel verbunden sind, kann dieser für den Koppelfall von einem längs vom Innenhebel ausgehenden Schieber als Koppelmittel untergriffen werden. Dieser Schieber verläuft oberhalb der Komplementärfläche des Innenhebels für das Abstützelement.
  • Anstelle der bevorzugten Blechausbildung der Schlepphebelteile oder wenigstens eines der Arme (ggf. bis auf ein Einsatzteil mit der Komplementärfläche) kann der Schlepphebel auch gießtechnisch hergestellt sein. Jedoch ist es auch denkbar und vorgesehen, diesen aus einem Leichtbauwerkstoff wie Kunststoff darzustellen, der optional faser- oder partikelverstärkt ist.
  • Ein besonders schmalbauender Schlepphebel liegt dann vor, wenn auf die vorgenannten Kragen, welche von den Oberseite der Arme abstehen, verzichtet und somit lediglich die Breite der Oberseite der Arme als Nockenanlauffläche benutzt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    in einer räumlichen Ansicht einen erfindungsgemäßen Schlepphebel und
    Figur 2
    den Schlepphebel nach Figur 1, teilgeschnitten und aus einer anderen Perspektive.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Dargestellt ist ein schaltbarer Schlepphebel 1 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Dieser besteht aus einem kastenartigen Außenhebel 2 mit zwei Armen 3. Die Arme 3 sind an einem ventilseitigen Ende 5 und an einem gegenüberliegenden anderen Ende 9 durch je einen Querbügel 17, 18 verbunden. Der Außenhebel 2 schließt einen Innenhebel 4 ein, wobei beide Hebel 2, 4 relativ zueinander verschwenkbeweglich sind. Hierzu verlaufen sie auf einer Achse 6, die in etwa im Bereich oberhalb eines Gaswechselventils 8a appliziert ist. Die Achse 6 überragt mit je einem Stumpf 15 Außenflächen 14 der Arme 3 des Außenhebels 2. Genau in diesem Bereich kann jeder Stumpf 15 von einer Drehschenkelfeder o. dgl. als Lost-Motion-Feder in an sich bekannter Art und Weise umschlossen sein.
  • Der Innenhebel 4 hat im Bereich des ventilseitigen Endes 5 an einer Unterseite 7 eine Anlage 8 für das Gaswechselventil 8a. Am gegenüberliegenden anderen Ende 9 hat der Innenhebel 4 eine hier kalottenförmig ausgebildete Komplementärfläche 10 zur Lagerung auf einem Kopf eines Abstützelements. Oberhalb dieser Komplementärfläche 10 kann im Innenhebel 4 ein hydraulisch in wenigstens eine Richtung verlagerbarer Schieber als Koppelmittel vorgesehen sein.
  • Wie des Weiteren zu erkennen ist, besitzt der Innenhebel 4 eine Rolle als Anlauffläche 19 für einen Niedrighubnocken. Diese ist beidseitig flankiert von Gleitflächen als Anlaufflächen 11 an Oberseiten 10a der Arme 3 des Außenhebels 2. Die Anlaufflächen 11 sind als nach außen abstehende, dünnwandige Längskragen ausgebildet, die vorzugsweise einteilig mit dem Außenhebel 2 verbunden sind. Gegen diese Anlaufflächen 11 laufen respektive Großhubnocken.
  • Zudem ist dargestellt, dass die Außenflächen 14 der Arme 3 des Außenhebels 2 dickengestuft sind. Im Bereich des ventilseitigen Endes 5 haben sie ihre geringste Dicke. Hinter der Achse 6, in Richtung zum anderen Ende 9 betrachtet, verdicken sich die Außenflächen 14 über je eine Stufe 16. Wie aus Figur 2 näher hervorgeht, umschließt die jeweilige Stufe 16 den entsprechenden Stumpf 15 halbschalenähnlich mit geringem Abstand.
  • Von Unterseiten 7 der Arme 3 geht im Bereich der Anlage 8 für das Gaswechselventil am Innenhebel 4 je eine Führungslasche 12 für das Gaswechselventil einteilig aus. Aufgrund dieser "Verlagerung" der Führungslaschen 12 vom eigentlichen Bauteil (Innenhebel 4) mit der Anlage 8 "nach außen" kann der Schlepphebel 1 zumindest im Bereich des ventilseitigen Endes 5 deutlich schmaler als bisherig ausgeführte Schlepphebel gebaut werden. Aufgrund dieser insgesamt schmaleren Ausbildung hat er eine geringere Masse und ein geringeres Massenträgheitsmoment. Außerdem kann die somit nunmehr "offenliegende" Anlage 8 an der Unterseite 7 des Innenhebels 4 einfacher feinbearbeitet (schleifen etc.) werden. Hierdurch sind die Fertigungskosten absenkbar.
    • Liste der Bezugszahlen
    • 1) Schlepphebel
    • 2) Außenhebel
    • 3) Arm
    • 4) Innenhebel
    • 5) ventilseitiges Ende
    • 6) Achse
    • 7) Unterseite
    • 8) Anlage
    • 8a)Gaswechselventil
    • 9) anderes Ende
    • 10) Komplementärfläche
    • 10a) Oberseite
    • 11)Anlauffläche Außenhebel
    • 12)Führungslasche
    • 13)Außenseite Führungslasche
    • 14)Außenfläche Arm
    • 15)Stumpf
    • 16)Stufe
    • 17)Querbügel
    • 18)Querbügel
    • 19)Anlauffläche Innenhebel

Claims (10)

  1. Schaltbarer Schlepphebel (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Außenhebel (2), der mit seinen Armen (3) einen Innenhebel (4) einschließt, welche Bauteile (2, 4) relativ zueinander verschwenkbeweglich auf einer gemeinsamen, an einem ventilseitigen Ende (5) applizierten Achse (6) verlaufen und der Innenhebel (4) an einer Unterseite (7) an dem ventilseitigen Ende (5) eine Anlage (8) für ein Gaswechselventil (8a) sowie am anderen Ende (9) eine Komplementärfläche (10) zur Lagerung auf einem Kopf eines Abstützelements besitzt, wobei Außen- und Innenhebel (2, 4) über Koppelmittel zur Erzielung eines großen Ventilhubes wahlweise miteinander verbindbar sind, wobei bei Entkopplung ein kleiner oder 0-Ventilhub darstellbar ist, wobei zumindest der Außenhebel (2) an seiner Oberseite (10a) wenigstens eine Anlauffläche (11) für einen Hubnocken aufweist und wobei die Anlage (8) lateral durch zwei vom Schlepphebel (1) in Ventilrichtung abstehende Führungslaschen (12) für das Gaswechselventil (8a) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslaschen (12) von der Unterseite (7) des Außenhebels (2) ausgehen.
  2. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Außenseiten (13) der Führungslaschen (12) zu Außenflächen (14) der Arme (3) des Außenhebels (2) an dem ventilseitigen Ende (5) fluchten oder geringfügig eingezogen verlaufen.
  3. Schlepphebel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslaschen (12) einteilig mit dem Außenhebel (2) ausgebildet sind.
  4. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenhebel (2) in Längsrichtung gesehen breitengestuft oder sich verjüngend mit jeweils geringster Gesamtbreite am ventilseitigen Ende (5) dargestellt ist.
  5. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (6) in einem Bereich oberhalb der Anlage (8) für das Gaswechselventil (8a) den Schlepphebel (1) durchragt und über die Außenflächen (14) der Arme (3) des Außenhebels (2) mit je einem Stumpf (15) hinaussteht, wobei wenigstens ein Stumpf (15) von einer Drehschenkelfeder als Lost-Motion-Feder umschlossen ist.
  6. Schlepphebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen (14) der Arme (3) des Außenhebels (2) im Umgebungsbereich der Achse (6), bis auf deren dem anderen Ende (9) zugewandten Sektor, glattflächig dargestellt sind, wobei im Bereich dieses Sektors die Außenflächen (14) sich über eine Stufe (16) erweitern, welche Achse (6) durch die Stufe (16) halbschalenartig umschlossen ist.
  7. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (3) des Außenhebels (2) ein- oder beidendig durch einen Querbügel (17, 18) verbunden sind.
  8. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, im Falle der Ausbildung des Innenhebels (4) ebenfalls mit einer Anlauffläche (19) für einen Hubnocken (Niedrighubnocken), die Anlauffläche (19) als Rolle ausgebildet ist, wobei die Anlauffläche (11) des Außenhebels (2) als Gleitfläche an den Oberseiten (10a) eines oder beider Arme (3) oder ebenfalls als jeweilige Rolle vorliegt.
  9. Schlepphebel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, im Fall der Ausbildung der Anlaufflächen (11) am Außenhebel (2) als Gleitflächen, diese, die Oberseiten (10a) verbreiternd, als dünnwandige Längskragen abstehen.
  10. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauteile Außenhebel (2) / Innenhebel (4) zumindest abschnittsweise stanz-biegetechnisch aus Stahlblech oder einem Leichtbauwerkstoff wie Kunststoff oder faser- bzw. partikelverstärktem Kunststoff gefertigt ist.
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