Bezeichnung: Vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit justierbarem Ventilspielausgleich
Beschreibung
Mechanische Ventiltriebe weisen eine Nockenwelle auf, wobei jeweils ein durch die Geometrie eines Nockens vorgegebener Hub über einen Schlepphebel auf das zu betätigende Gaswechselventil übertragen wird. Durch die Anordnung verstellbarer Hubübertragungsmittel zwischen Nocken und Schlepphebel ist es möglich, einen mechanischen Ventiltrieb voll variabel zu gestalten.
Voll variable mechanische Ventiltriebe für eine Kolbenbrenn- . kraftmaschine sind beispielsweise aus DE 100 06 018A oder WO 02/053881A bekannt. Bei diesen ist jeweils zwischen einem Antriebsmittel, beispielsweise in Form eines Nockens einer Nockenwelle, und dem zu betätigenden Gaswechselventil ein aus mehreren zusammenwirkenden Teilelementen gebildetes Hubübertragungsmittel angeordnet, das es ermöglicht, den durch die Nockenkontur vorgegebenen Vollhub über ein entsprechend angeordnetes verstellbares Steuerelement zwischen einem Null-Hub und dem Voll-Hub entsprechend den betriebsbedingten Vorgaben zu verändern.
Das Hubübertragungsmittel wirkt auf einen Schlepphebel ein, der sich mit seinem freien Ende auf dem Schaft des zu betätigenden Gaswechselventils abstützt und mit seinem anderen Ende auf einem ein Schwenklager bildenden,, am Zylinderkopf angeordneten, vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Spielausgleichselement gelagert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige mehrere Teilelemente aufweisende Ventiltriebe dadurch zu verbessern, daß nicht zu vermeidende, eine ordnungsgemäße Funktion
nachteilig beeinflussende Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem variabel ein- stellbaren Ventiltrieb gelöst, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Dadurch, daß das Spielausgleichselement mit einem Justiermittel verbunden ist, ergibt sich die Möglichkeit, durch eine Verschiebung des Schwenklagers des Schlepphebels die geometrische Zuordnung des Schlepphebels zum Hubübertragungsmittel zu verändern und so eine einwandfreie Kinematik zu erzielen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Mittel für die Justierung durch eine mit dem Zylin- derkopf verbundene Exzenterhülse als Aufnahme für das Spielausgleichselement gebildet wird. Bei dieser Lösung wird mit Vorteil ausgenutzt, daß das Spielausgleichselement üblicherweise in eine entsprechende Aufnahmebohrung im Zylinderkopf eingesetzt ist.
Das Einjustieren zum Ausgleich fertigungsbedingter Maßabweichungen kann nun gemäß einer Ausführungs orm der Erfindung dadurch geschehen, daß Exzenterhülsen mit unterschiedlicher Exzentrizität ihrer Aufnahme für das Spielausgleichselement vorgehalten werden, so daß entsprechend der erfaßten Maßabweichung eine Exzenterhülse mit "passender" Exzentrizität eingesetzt wird.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Exzenterhülse verdrehbar angeordnet ist. In diesem Falle wird eine Exzenterhülse mit einer Exzentrizität vorgesehen, die der zu erwartenden maximalen fertigungsbedingten Maßabweichung entspricht. Durch Verdrehen der Exzenterhülse im Zylinderkopf läßt sich dann eine stufenlose Justierung der Schwenkachse des Schwenkelementes in bezug auf die ortsfeste Drehachse des Führungselementes bewirken.
In beiden Fällen sind Mittel zur Fixierung der Exzenterhülse am Zylinderkopf vorgesehen. Diese können beispielsweise durch eine entsprechende Lasche an der Exzenterhülse gebildet werden, die in den Zylinderkopf eingreift. Es ist auch möglich, die Exzenterhülse mit einer axial verlaufenden Nut zu versehen, in die nach erfolgter Justierung eine Stahlkugel eingepreßt wird, so daß unter Verformung des Grundwerkstoffs des Zylinderkopfs die Exzenterhülse fixiert ist.
Weitere Merkmale uns Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen mechanischen Ventiltrieb,
Fig. 2 in einem Teilschnitt die Anordnung eines Spielausgleichselementes,
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Anordnung gem. Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Spiel- ausgleichselementes mit Exzenterhülse.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Ventiltrieb besteht im wesentlichen aus einem Gaswechselventil 1, das über eine Ventilfeder 2 in Schließstellung gehalten wird. Dem freien Ende 3 des Ventilschaftes des Gaswechselventils 1 ist ein aus mehreren zusammenwirkenden, in ihrer Position zueinander teilweise verstellbaren Teilelementen gebildetes Hubübertragungs- mittel 4 zugeordnet, das auf einen Schlepphebel 5 einwirkt.
Als "Hubübertragungsmittel" im Sinne der Erfindung sind alle zwischen dem Antriebsmittel 14 (Nocken einer Nockenwelle oder auch elektrische oder hydraulische Aktuatoren) und einem auf
das Gaswechselventil 1 unmittelbar einwirkenden Schlepphebel 5 einwirkende und miteinander in Wirkverbindung stehende Teilelemente anzusehen. Durch ein Verstellen von Teilelementen zueinander kann ihr mechanisch-geometrisches Zusammenwir- ken verändert werden, so daß bei einem beispielsweise durch einen Nocken fest vorgegebenen Hub der tatsächliche, über den Schlepphebel 5 auf das Gaswechselventil 1 wirkende Hub zwischen "Null" und "Vollhub" variabel eingestellt werden kann.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Teilelemente des Hubübertragungsmittels 4 im wesentlichen ein Führungselement 11 mit Steuerkurve 12 und ein Schwenkelement 8 vorgesehen.
Der Schlepphebel 5 ist über ein Spielausgleichselement 6 zum Ausgleich des Ventilspiels am Zylinderkopf bzw. Motorblock gelagert und liegt mit seinem freien Ende 7 auf dem Schaftende 3 des Gaswechselventils 1 auf. Die Abstützung des Schlepphebels 5 auf dem Spielausgleichselement 6 bildet zu- gleich ein Schwenklager 6.1 für den Schlepphebel 5.
Am Schlepphebel 5 ist zwischen dem Schwenklager 6.1 und der Auflage auf dem Schaftende 3 des Gaswechselventils 1 das Schwenkelement 8 um eine Schwenkachse 9 hin und her schwenk- bar gelagert. Das Schwenkelement 8 weist an seinem der
Schwenkachse 9 abgekehrten freien Ende eine Führungsrolle 10 auf.
Dem Schwenkelement 8 ist ferner das Führungselement 11 mit seiner Steuerkurve 12 für die Führungsrolle 10 zugeordnet.
Das Führungselement 11 ist am Zylinderkopf bzw. Motorblock um eine ortsfeste Drehachse in Richtung des Doppelpfeiles 13 mit Hilfe eines Stellantriebes relativ zum Gaswechselventil 1 verstellbar, so daß, wie nachstehend noch näher angegeben werden wird, für das Abrollen der Führungsrolle 10 unterschiedliche Abrollbereiche vorgegeben werden können.
Das Schwenkelement 8 ist ferner zwischen der Führungsrolle 10 und der Schwenkachse 9 mit einer Druckrolle 8.1 versehen, auf die ein Antriebsmittel in Form eines Nockens 14 einer Nockenwelle mit seiner Steuerkontur 15 einwirkt. Über eine Rück- stellfeder 16, beispielsweise in Form der hier dargestellten Wickel- oder Biegefeder, wird das Schwenkelement 8, gegen die Steuerkontur 15 des Nockens 14 angedrückt.
Der Vorteil dieser Form der Rückstellfeder besteht darin, daß in dem sehr begrenzten Bauraum im Bereich zwischen Nockenwelle und Gaswechselventil ein Federelement raumsparend angeordnet werden kann, das den verhältnismäßig großen Hub des Schwenkelementes 8 bei annähernd konstanter Rückstellfederkraft aufzunehmen vermag.
In der Zeichnung ist das Gaswechselventil in Schließstellung dargestellt. Bei einer Drehung des Nockens 14 in Richtung des Pfeils 17 wird das Schwenkelement 8 um seine Drehachse 9 verschwenkt. Da die Führungsrolle 10 auf der Steuerkontur 12 ab- rollt, kann bei entsprechender Positionierung des Führungselementes 11 die Führungsrolle 10 nur der Steuerkontur 12 folgen, so daß dementsprechend durch die Kraftwirkung zwischen Nocken 14 und Druckrolle 8.1 der sich auf dem Schwenklager 6.1 abstützende Schlepphebel 5 ebenfalls gleichsinnig zum Pfeil 17 nach unten angelenkt wird und hierbei das
Gaswechselventil 1 gegen die Kraft der Ventilfeder 2 geöffnet wird.
Die Steuerkontur 12 des Führungselementes 11 weist nun einen ersten Konturenbereich I auf, der als Kreisbahn geformt ist, deren Mittelpunkt mit der Drehachse des Führungselementes 11 und der Schwenkachse des Schwenkelementes 8 bei geschlossenem Gaswechselventil zusammenfällt. Hierdurch wird bewirkt, daß bei Drehung des Nockens 14 das Schwenkelement zwar hin und her schwenken kann, jedoch keine Kraftwirkung auf den
Schlepphebel 5 und damit kein Öffnungshub des Ventils 1 erfolgt. Erst bei einem Verschwenken des Führungselementes 11
in Richtung auf den Nocken 14 rollt die Führungsrolle 10 über einen Bereich II der Steuerkontur, der einen geringeren Krümmungsradius und damit auch einen anderen Bahnmittelpunkt aufweist, so daß dementsprechend über das Schwenkelement 8 der Schlepphebel 5 in Öffnungsstellung gedrückt wird. Dieser Bereich II der Steuerkontur 12 ist entsprechend den Anforderungen an die Hubkinematik für das Gaswechselventil 1 geformt. Je nach der Positionierung des Führungselementes 11 kann nun ausgehend von einem Null-Hub über beliebige reduzierte Hub- weiten der Betrieb bis zum Voll-Hub eingestellt werden.
Über das hydraulische Spielausgleichselement 6, das in üblicher Weise ausgebildet ist, wird im Betrieb ein durch temperaturbedingte Längenänderungen und/oder Verschleiß bewirktes Spiel zwischen den einzelnen Teilen des Hubübertragungsmittels 4 ausgeglichen, so daß im Zusammenwirken von Ventilfeder 2 und Rückholfeder 16 sowohl die Druckrolle 8.1 als auch die Führungsrolle 10 jeweils spielfrei auf ihrer Steuerkontur abrollen.
Die Drehachse des Führungselementes 11 und die Schwenkachse 9 des Schwenkelementes 8 müssen bei geschlossenem Gaswechselventil im Idealfall zusammenfallen. Da die Drehachse des Führungselementes 11 ortsfest am Zylinderkopf liegt, die Positi- on der Schwenkachse 9 des Schwenkelementes 8 infolge einer Verkettung von Fertigungstoleranzen jedoch von der Ideallage abweichen kann, ist, wie in Fig. 2 dargestellt, das Spielausgleichselement 6 mit Mitteln zur Justierung des Schwenklagers 6.1 und damit zur Justierung der Schwenkachse 9 des Schwenk- elementes 8 in bezug auf die Drehachse des Führungselementes 11 versehen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Zylinderkopf Z eine Bohrung 18 vorgesehen, in die eine zylindrische Hülse mit einer exzentrischen Bohrung 19, eine sogenannte Exzenterhülse 20 eingesetzt ist. In die exzentri- sehe Bohrung 19 der Exzenterhülse 20 ist das Spielausgleichselement 6 eingesetzt.
In Fig. 3 ist die Anordnung gem. Fig. 2 in einer Aufsicht dargestellt und die Exzentrizität e der Achse 6.2 des Spielausgleichselementes 6 zur Achse 20.1 der Exzenterhülse 20 zu erkennen. Der Schlepphebel 5 liegt mit einer kalottenförmigen Ausnehmung 5.1 auf dem entsprechend kugelförmig geformten, das Schwenklager 6.1 bildenden Ende des Spielausgleichselementes 6 auf. Fig. 2 in der gleichen Zeichenebene dargestellt wie Fig. 1.
Das Spielausgleichselement 6 und damit auch die Exzenterhülse 20 sind aus Gründen einer günstigen Krafteinleitung in dieser Ausführung im Schwenklager 6.1 mit seiner Achse 6.2 unter einem Winkel gegen die Bewegungsachse 1.1 des Gaswechselventils 1 geneigt ausgerichtet. Wird nun, wie in Fig. 3 angedeutet, die Exzenterhülse 20 in Richtung des Pfeils 21 aus der in
Fig. 3 dargestellten Grundstellung verdreht, dann bewegt sich der durch die Achse 6.2 definierte Lagermittelpunkt 6.3 (Fig. 2) des Schwenklagers 6.1 zwischen Spielausgleichselement 6 und Schlepphebel 5 auf einer entsprechend geneigt ausgerich- teten Kreisbahn, so daß der Lagermittelpunkt 6.3, bezogen auf die Darstellung in Fig. 1, nicht nur quer in die X-Richtung des in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystems sondern auch in Y-Richtung, d. h. in Richtung der Bewegungsachse 1.1 des Gaswechselventils 1. Für die Justierung der Schwenkachse 9 in Bezug auf die Drehachse des Führungselementes 11 kommt es hierbei nur darauf an, daß beide Achsen praktisch den gleichen Querabstand zur Bewegungsachse 1.1 des Gaswechselventils 1 aufweisen. Unterschiedliche Höhenlagen in der ϊ-Richtung sind ohne Belang. Ebenso ist ohne Belang, daß sich bei einem Verdrehen der Lagermittelpunkt 6.3 auch in Z-Richtung (vgl. Fig. 3) verschiebt. Hierdurch ergibt sich nur eine Parallelverschiebung des Hubübertragungsmittels 4 insgesamt gegenüber dem Gaswechselventil 1 und dem Nocken 14 sowie dem Führungselement 11.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Exzenterhülse 20 mit eingesetztem Spielausgleichselement 6. Wie aus der Ansicht zu erkennen ist, weist die Exzenterhülse 20 eine radiale Bohrung 21, der auf der Außenfläche eine Ölver- teilungsnut 22 zugeordnet ist.
Wie die Schnittdarstellung in Fig. 2 erkennen läßt, wird durch die Aufnahmebohrung 18 ein Druckölkanal 23 im Zylinderkopf angeschnitten, so daß bei entsprechender Positionierung der Bohrung 21 und der Olverteilungsnut 22 eine Verbindung zum Spielausgleichselemente 6 gegeben ist und so über den beweglichen Teil des Spielausgleichselementes durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung über den Schlepphebel 5 das Hubübertragungsmittel 4 spielfrei gehalten werden kann. Das Spielausgleichselement 6 und die Exzenterhülse 20 sind hier jeweils druck- und flüssigkeitsdicht eingesetzt.
Statt der vorstehend beschriebenen verdrehbaren Anordnung nur einer Exzenterhülse ist es auch möglich, verschiedene, klas- sifizierte Exzenterhülsen vorzusehen, die beispielsweise in Klassen mit Exzentrizitäten von 0,02 mm, 0,04 mm und 0,06 mm vorgehalten werden. Je nach den festgestellten Maßabweichungen wird dann eine entsprechend ausgewählte Exzenterhülse eingesetzt. Dies kann beispielsweise in der in Fig. 3 darge- stellten Form erfolgen, nämlich daß die Exzentrizitäten in der Abstufung in eine durch die Achse 6.2 des Spielausgleichselementes 6 und der Bewegungsachse 1.1 des Gaswechselventils 1 definierten Ebene eingesetzt werden. Zwischenstufen können dann beispielsweise durch Einsetzen dieser klassifi- zierten Exzenterhülsen unter einem Winkel zu der vorstehend genannten Ebene eingestellt werden.
Sowohl die verdrehbare Ausführung wie auch die fest einzusetzende Ausführung wird dann jeweils in der Aufnahmebohrung 18 fixiert, sei es durch Reibschluß, Klemmwirkung, eine entsprechende Lasche oder sei es durch eine eingepreßte Arretierungskugel 24,. wie in Fig. 3 dargestellt.