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Title:
MODULE FOR A VARIABLE-LIFT VALVE TRAIN OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/057684
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a preassembled module (1) for a variable-lift valve train of an internal combustion engine for installation in a cylinder head of said internal combustion engine, which module (1) has a base plate (2) having an electric linear actuator (4) lying on the top side (3) of said base plate, on which top side (3) a slide plate (7) movable along the electric linear actuator (4) by means of a linear guide (6) lies, wherein: a retaining wall (9), which runs under the bottom side (5) of the base plate (2) and has two actuation fingers (10) hanging from the retaining wall, protrudes from an outer longitudinal side (8) of the slide plate (7), each actuation finger (10) having, at the free end (11) thereof, a contact surface (12) for moving a coupling slide of a switchable rocker arm; in the region of an outer transverse side (13) of the slide plate (7), a contact wall (14) arranged in front of the electric linear actuator (4) extends up, the inner end face (15) of which contact wall is in contact with an actuation pin (17) of the electric linear actuator (4) for moving the slide plate (7) in a longitudinal direction.

Inventors:
NOE BENEDIKT (DE)
Application Number:
PCT/DE2019/100504
Publication Date:
March 26, 2020
Filing Date:
June 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F01L13/00; F01L1/26
Foreign References:
US4305356A1981-12-15
DE102017101792A12018-08-02
DE102017101792A12018-08-02
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Claims:
Patentansprüche

1. Vormontiertes Modul (1 ) für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftma- schine zum Einbau in einen Zylinderkopf derselben, welches Modul (1 ) eine Grundplatte (2) mit einem auf deren Oberseite (3) liegenden e-Linearaktor (4) hat, auf welcher Ober- oder deren abgewandter Unterseite (3, 5) eine über eine Linearführung (6) längs zum e-Linearaktor (4) bewegliche Schieberplatte (7) liegt, wobei von einer Außenlängsseite (8) der Schieberplatte (7) eine unter der Unterseite (5) der Grundplatte (2) verlaufende Haltewand (9) mit einem oder zwei von dieser abhängenden Stellfingern (10) absteht, welcher jeweilige Stell- finger (10) an seinem freien Ende (11 ) eine Kontaktfläche (12) zur Verlagerung eines Koppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels hat, wobei im Bereich einer Außenquerseite (13) der Schieberplatte (7) eine dem e-Linearaktor (4) vorgelagerte Kontaktwand (14) hochsteht, deren Innenstirn (15) mit einem Stellpin (17) des e-Linearaktors (4) zur Verlagerung der Schieberplatte (7) in eine Längsrichtung in Kontakt ist und wobei das Modul (1 ) ein Rückstellfeder- mittel (18) zur Verlagerung der Schieberplatte (7) in deren andere Längsrich- tung hat, das zumindest mittelbar zwischen der Schieber- und der Grundplatte (7, 2) eingespannt ist.

2. Modul nach Anspruch 1 , wobei auf der Oberseite (3) der Grundplatte (2) eine Haltewand (19) ein- oder mehrteilig angebunden ist, mit deren aktorseitiger Hinterseite (20) der e-Linearaktor (4) über ein von einer aktorfernen Vorderseite (21 ) der Haltewand (19) ausgehendes sowie Letztgenannte durchdringendes Flanschstück (22) gefügt ist.

3. Modul nach Anspruch 1 , wobei die Haltewand (19) ein Winkelblech ist.

4. Modul nach Anspruch 1 , wobei die Schieberplatte (7) einteilig mit der Halte- und Kontaktwand (9, 14) ausgebildet und stanz-biegetechnisch aus Stahlblech dargestellt ist.

5. Modul nach Anspruch 1 , wobei die Grundplatte (2) im Wesentlichen aus zwei aufeinander zu laufenden Winkelstreifen besteht, an deren freien Enden (23) Bohrungen (24) zum Verbinden des Moduls (1 ) mit dem Zylinderkopf vorgese- hen sind.

6. Modul nach Anspruch 1 , wobei zur Darstellung der Linearführung (6) von der Oberseite (3) der Grundplatte (2) (Lösung mit auf der Oberseite (3) der Grund- platte (2) liegender Schieberplatte (7)) oder von der Unterseite (5) der Grund- platte (2) (Lösung mit auf der Unterseite (5) der Grundplatte (2) liegender Schieberplatte (7)) Stifte (25) oder ein Gleitstück wegragen / wegragt, welche / welches in einem Längsschlitz der Schieberplatte (7) verlaufen / verläuft.

7. Modul nach Anspruch 6, wobei, zumindest bei der Lösung mit den Stiften (25), an diesen eine zur Grundplatte (2) beabstandete Gleitplatte (26) befestigt ist, zwischen welcher und der Grundplatte (2) die Schieberplatte (7) geführt und gehalten ist.

8. Modul nach Anspruch 1 , wobei als Rückstellfedermittel (18) wenigstens eine Schraubendruckfeder appliziert ist, welche einenends zumindest mittelbar ge- gen eine aktorabgewandte Außenstirn (27) der Kontaktwand (14) und anderen- ends gegen einen Kragen (28) eines von der Schraubendruckfeder (18) um fassten Stützstumpfes (29) agiert, welcher Stützstumpf (29) die Kontaktwand (14) längsbeweglich durchdringt und zumindest mittelbar gegen den e- Linearaktor (4) oder die Grundplatte (2) abgestützt ist.

9. Modul nach Anspruch 1 , wobei der jeweilige Stellfinger (10) ein separates Fe- derstahlbauteil ist, welches von der Haltewand (9) abgebogen abhängt.

Description:
Modul für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Modul für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftma- schine, welches Modul eine von einem e-Linearaktor in eine Richtung beaufschlagte Schieberplatte mit hiervon abhängenden Stellfingern hat, von denen jeder an seinem freien Ende eine Kontaktfläche zur Verlagerung eines Koppelschiebers eines schalt- baren Schlepphebels aufweist und wobei am Modul ein Rückstellfedermittel zur Ver- lagerung der Schieberplatte in deren andere Längsrichtung verbaut ist.

Ein derartiges Modul mit aktorbeaufschlagter Schieberplatte (Schubstange) und Stell- fingern hieran wird auch als eRocker-Modul bezeichnet. Ein Beispiel hierfür geht aus der DE 10 2017 101 792 hervor. Einer Reihe Auslassventile einer 3-zylindrigen Brennkraftmaschine ist im Zylinderkopf eine gemeinsame Schubstange mit einem stirnseitigen e-Aktor zugeordnet. Je Zylinder sind zwei gleichwirkende Gaswechsel- ventile vorgesehen. Eine Rückstellung der Schubstange bei nichtbestromtem e-Aktor erfolgt über die Kraft einer in Aktornähe angeordneten Druckfeder.

Die Komponenten des vorgenannten„Lang“-Moduls müssen aufwändig am Zylinder- kopf montiert und für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp speziell hergerichtet werden. Hierfür weist der Zylinderkopf zur Führung der Schubstange im Abschnitt der Nockenwellenlager Schlitze auf, durch welche die vergleichsweise lange, filigrane so- wie im Handling schwierige Schubstange im Montagefall geführt werden muss; bei anschließender Montage der Stellfinger an dieser. Der e-Aktor liegt hierbei fluchtend hinter der Schubstange und vergrößert den Bauraum der Brennkraftmaschine unnötig, zudem er separat befestigt werden muss.

Auch wird festgestellt, dass eine gleichzeitige Aktuierung der Reihe der Gaswechsel- ventile einen hohen Strombedarf hat und dass hierbei nur ein kurzes Zeitfenster be- dient werden kann. Zudem muss ein vergleichsweise starkes Rückstellfedermittel ver- baut werden. Völlig klar ist, dass auch Brennkraftmaschinen mit einer Zylinderzahl >3 infrage kommen. Aufgabe ist es, ein einfach aufgebautes und montierbares Modul zu kreieren, welches vielseitig eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die neuen Merkmale des Anspruchs 1 ge- löst.

Demnach betreffen die neuen Merkmale ein„extern“ vormontiertes Modul zum Einbau in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine. Das Modul hat eine Grundplatte mit ei- nem auf deren Oberseite liegenden e-Linearaktor. Auf der Ober- oder einer Unterseite der Grundplatte liegt eine über eine Linearführung längs zum e-Linearaktor bewegli- che Schieberplatte. Von einer Außenlängsseite der Schieberplatte steht eine haupt- sächlich unter der Unterseite der Grundplatte verlaufende Haltewand mit lediglich ei- nem oder zwei von dieser abhängenden Stellfingern vorzugsweise orthogonal ab. Im Bereich einer Außenquerseite der Schieberplatte ragt des Weiteren eine dem e- Linearaktor vorgelagerte Kontaktwand hoch, deren Innenstirn mit einem Stellpin des e-Linearaktors zur Verlagerung der Schieberplatte in die eine Längsrichtung in Kon- takt ist und das Rückstellfedermittel zur Verlagerung der Schieberplatte in deren ande- re Längsrichtung ist zumindest mittelbar zwischen der Schieber- und der Grundplatte eingespannt.

Somit liegt ein Modul ohne die vorgenannten Nachteile vor. Das nunmehr kurzbauen- de und leicht handhabbare Modul zur Aktuierung von 1 oder 2 Schaltschlepphebeln (Auslass- oder Einlassreihe) nur eines Zylinders der Brennkraftmaschine (denkbar ferner auch 3 Schaltschlepphebel bei drei gleichwirkenden Gaswechselventilen des Zylinders) kann komplett extern vormontiert an die Brennkraftmaschine geliefert und dort„von oben“ automatisiert oder von Hand montiert werden. Dessen Transport und Handling gestalten sich vergleichsweise einfach. Der Fachmann erkennt, dass dieses Modul nunmehr universell über einen breiten Bereich von Brennkraftmaschinentypen verwendet werden kann. Auch bietet sich nur eine Teilbestückung eines Zylinderkop- fes mit den Modulen an. Zudem ist klar, dass das einzelne Modul nur einen ver- gleichsweise geringen Energiebedarf bei ausreichend großem Schaltzeitfenster hat. Die Stellfinger sollen im Übrigen vorzugsweise auf Querkoppelschieber ihrer zugeord- neten Schaltschlepphebel einwirken.

Klar ist, dass die Schieberplatte auch eine massive, klotzähnliche Gestaltung haben kann. Gleiches gilt für die Haltewand, welche gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung als einfaches Winkelblech vorliegt. Ggf. kann die Haltewand auch eintei- liger Bestandteil der Grundplatte sein. Ansonsten ist eine Verbindung dieser mit der Grundplatte bspw. durch Schweißen, Nieten, Schnappen, Kleben oder eine Steckver- bindung denkbar und vorgesehen. Im Fall der Ausbildung als Winkelblech ist eine be- sonders biegesteife und stabile Anordnung auf der Grundplatte festzustellen. Klar ist zudem, dass die Haltewand auch einfach gesagt„nach oben“ abstehen kann, und somit nicht mehr von der Schieberplatte abhängt bzw. dass die Haltewand im Quer- schnitt T-förmig vorliegt.

Eine Vereinigung der Schieberplatte mit der Halte- und Kontaktwand in einem Blech- teil ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Somit liegt ein preiswertes und einfach zu fertigendes Bauteil vor, was sich zudem leicht montieren lässt.

In weiterer Konkretisierung der Erfindung ist die Grundplatte bspw. aus zwei simplen Winkelstreifen dargestellt (einteilig), vorzugsweise zwischen deren Enden der e- Linearaktor liegt. Zur Befestigung der Grundplatte am Zylinderkopf hat jeder Winkel- streifen an seinem Ende bspw. eine Bohrung. Hierüber kann die Grundplatte, parallel zur Nockenwelle oder zur Längswandung der Brennkraftmaschine, an geeigneten Kontaktpunkten des Zylinderkopfes wie Nockenwellenlagerschalen oder diesen nahe- liegenden Bauteilen verschraubt werden. Klar ist, dass die Geometrie der Grundplatte nicht auf die oben genannte Streifenform beschränkt ist. Sie kann auch eine rechteck- oder generell vieleckförmige Gestaltung aufweisen oder auch ausgeformte Bereiche haben. Eine„interne“ Führung der Schieberplatte am Modul ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach ist einfach gesagt eine Linearführung in Aktorrichtung vor- gesehen. Zu deren Darstellung hat die Schieberplatte einen Längsschlitz. Hierbei ver- laufen in diesem Längsschlitz von der Grundplatte wegragende Stifte oder ein Gleit- stein oder dergleichen, an welchen Bauteilen die Schieberplatte somit eine„schienen- artige“ und verdrehgesicherte Längsführung erfährt. Alternativ kann der Längschlitz auch in der Grundplatte liegen, in welche dann die Stifte oder der Gleitstein von der Schieberplatte einragen. Ggf. kann auch ein wälzgelagerte Linearführung (Rollenum- lauf, Kugelumlauf) verbaut sein.

Zudem ist es in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, die Rückstellfedermittel für die Schieberplatte im Modul zu integrieren. Hierfür ist zumindest eine simple Schrauben- druckfeder vorgesehen, welche zwischen der Kontaktwand und einem Kragen eines Stützstumpfes eingespannt ist, welcher Stützstumpf von der Schraubendruckfeder umfasst ist und an seiner kragenfernen Seite, die Kontaktwand beweglich durchdrin- gend, auf der Haltewand steht sowie an dieser auch feinjustiert werden kann. Alterna- tiv kann auch wiederum eine elektromagnetische oder anderweitige Rückstellung über ein Servomittel erfolgen.

Vorzugsweise sollen die aus Federstahl bestehenden flexiblen Stellfinger als separat mit der Haltewand gefügte Bauteile vorliegen. Hier ist an ein einfaches Einhängen dieser auf einer Oberstirn der Haltewand gedacht. Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, die Stellfinger ggf. als einteiligen Bestandteil der Haltewand auszuführen.

Der jeweilige Stellfinger hat eine gewundene Geometrie und ist somit geschickt in dem beengten Zylinderkopfbereich zum jeweiligen Schaltschlepphebel geführt.

Alternativ kann anstelle des e-Linearaktors auch generell ein e-Aktor oder ein hydrau- lisches oder pneumatisches Stellorgang verwendet werden. Auch ist klar, dass ggf. eine Rückstellung des Schieberstücks über den gleichen eLinearaktor oder das glei- che Stellorgan erfolgen kann oder es wird je Verschieberichtung genau ein Aktor ein- gesetzt.

Zu den Figuren: · Figur 1 zeigt eine räumliche Frontansicht auf das Modul mit„untenliegender“

Schieberplatte;

• Figur 2 zeigt eine räumliche Rückansicht auf das vorgenannte Modul und

• Figur 3 zeigt eine räumliche Frontansicht auf die Variante des Moduls mit „obenliegender“ Schieberplatte.

Dargestellt ist ein kurzbauendes Modul 1 für einen hubvariablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Das Modul 1 kann mit sämtlichen nachfolgend beschriebenen Komponenten hieran fertig vormontiert an einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geliefert und dort verschraubt werden.

Das Modul 1 hat eine Grundplatte 2 aus Stahlblech, bestehend im Wesentlichen aus zwei aufeinander zu laufenden Winkelstreifen, an deren freien Enden 23 Bohrungen 24 zum Verbinden des Moduls 1 mit dem Zylinderkopf vorgesehen sind.

Auf einer Oberseite 3 der Grundplatte 2 liegt ein e-Linearaktor 4, dessen elektrischer Anschluss (Stecker 16) hierbei abgewinkelt nach oben steht, was Bauraum in Modul- längsrichtung spart. Gemäß einer ersten Variante nach den Figuren 1 , 2 liegt an einer Unterseite 5 eine über eine Linearführung 6 längs zum e-Linearaktor 4 bewegliche Schieberplatte 7.

Zu erkennen ist, dass von einer Außenlängsseite 8 der Schieberplatte 7 einteilig eine Haltewand 9 mit zwei von dieser abhängenden separaten Stellfingern 10 aus Feder- stahl orthogonal nach unten absteht. Die Stellfinger 10 sind längs zueinander beab- standet an der Haltewand 9 eingehängt und hieran befestigt (verschraubt / verclincht) und haben einen gewundenen Verlauf. Jeder hiervon hat an seinem freien Ende 11 eine Kontaktfläche 12 zur Verlagerung eines Querkoppelschiebers eines schaltbaren Schlepphebels (nicht dargestellt).

An einer Außenquerseite 13, hinter der Grundplatte 2, steht von der Schieberplatte 7 eine dem e-Linearaktor 4 vorgelagerte Kontaktwand 14 einteilig abgebogen hoch. Ei- ne Innenstirn 15 ist hierbei von einem zentralen Stellpin 17 (s. Fig. 2) des e- Linearaktors 4 zur Verlagerung der Schieberplatte 7 (mit Halte- und Kontaktwand 9, 14 sowie Stellfingern 10 hieran) in eine Längsrichtung (gemäß Figur 1 nach rechts, gemäß Figur 2 nach links) kontaktiert.

Zur Rückstellung der Schieberplatte 7 hat das Modul 1 ein Rückstellfedermittel 18. Dieses liegt bei beiden Varianten (Fig. 1 , 2 Variante 1 ; Fig. 3 Variante 2) als eine Schraubendruckfeder vor. Gemäß der Lösung nach den Fig. 1 , 2 wirkt sie hierbei einenends gegen eine aktorabgewandte Außenstirn 27 der vorgenannten Kontakt- wand 14. Anderenends agiert sie gegen einen Kragen 28 eines von der Schrauben- druckfeder 18 umfassten Stützstumpfes 29. Der Stützstumpf 29 durchdringt hierbei die Kontaktwand 14 längsbeweglich und wirkt aktorseitig gegen eine separate Halte- wand 19.

Die letztgenannte Haltewand 19 steht bei beiden Lösungen orthogonal auf der Grund- platte 2. An einer Hinterseite 20 der Haltewand 19 liegt der e-Linearaktor 4 fest an. Hierfür ist ein Flanschstück 22 vorgesehen, das an einer aktorfernen Vorderseite 21 der Haltewand 19 sitzt und Letztgenannte durchdringt. Der e-Linearaktor 4 ist somit über das Flanschstück 22 mit der Haltewand 19 fest verspannt. Ggf. kann der e- Linearaktor 4 auch selbst Befestigungsmittel für die Grundplatte 2 aufweisen.

Gemäß der Lösung nach den Figuren 1 , 2 mit der an der Unterseite 5 der Grundplatte 2 verlaufenden Schieberplatte 7 stehen von der Grundplatte 2 zwei Stifte 25 nach un- ten ab. An diesen ist die Schieberplatte 7 mit einem nicht gezeichneten Längsschlitz translatorisch geführt. Beabstandet zur Grundplatte 2 ist an den Stiften 25 eine Gleit- platte 26 befestigt. Zwischen dieser und der Grundplatte 2 ist somit die Schieberplatte 7 geführt und gehalten (Stichwort: Linearführung 6). Nicht gezeichnet ist eine alterna- tive Gestaltung, bei welcher anstelle der vorgenannten Stiftführung eine Feder-Nut- Verbindung appliziert ist. Hierbei kann bspw. von der Unterseite 5 der Grundplatte 2 eine Längsnase wegragen, in welcher die Schieberplatte 7 mit einem komplementären Längsschlitz geführt ist. Je nach Ausführung (gestufte Längsnase) ist dann noch die Gleitplatte 26 erforderlich oder nicht. Gleiches gilt für eine Ausführung mit optional ge- stuften Stiften 25 (Entfall bei Stufung).

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Variante mit der an der Oberseite 3 der Grundplat- te 2 verlaufenden Schieberplatte 7 stehen von der Grundplatte 2 zwei Stifte 25 nach oben ab. An diesen ist wiederum die Schieberplatte 7 mit einem nicht gezeichneten Längsschlitz translatorisch geführt. Beabstandet zur Grundplatte 2 ist an den Stiften 25 hierbei erneut die Gleitplatte 26 befestigt, zwischen welcher und der Grundplatte 2 die Schieberplatte 7 somit wieder längs geführt ist.

Liste der Bezugszahlen ) Modul

) Grundplatte

) Oberseite

) e-Linearaktor

) Unterseite

) Linearführung

) Schieberplatte

) Außenlängsseite

) Haltewand

0)Stellfinger

1 )Ende

2)Kontaktfläche

3)Außenquerseite

4)Kontaktwand

5)lnnenstirn

6)Stecker

7)Stellpin

8)Rückstellfedermittel

9)Haltewand

0)Hinterseite

1 )Vorderseite

2)Flanschstück

3)Ende

4)Bohrung

5)Stift

6)Gleitplatte

7)Außenstirn

8)Kragen

9)Stützstumpf