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Title:
ROCKER ARM FOR A VALVE TRAIN ON AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/042511
Kind Code:
A1
Abstract:
A rocker arm (1) for a valve train on an internal combustion engine is disclosed, which may be switched between various valve lifts for at least one gas exchange valve, with an external rocker (2), between the arms (3a,b) of which an inner rocker (4) is positioned which may pivot relative to the above, both levers (2, 4) may be coupled to each other by means of coupling means (15), whereby the outer lever (2) has a bearing (5a) for a gas exchange valve at the closed end (5) thereof and the rocker arm (1) has a complementary surface (7, 30) on the opposite end (6) thereof for a support element and the inner rocker (4) has the pivot point (10) thereof on the side of the opposing end (6) and at least said inner rocker (4) has a bearing surface (11) for a cam. According to the invention, the outer rocker (2) is at least mostly produced in the open form of a fork, whereby the running surface (11) for the cam is embodied as a rotating roller (12) on the inner rocker (4) and the coupling means (15) are one or several slides (16, 19, 22), running transverse to the longitudinal direction, the axial line of which coincides with an axial line for the roller (12). The pivot point (10) for the inner rocker (4) lies at least approximately at a same length as the rocker arm (1) like a pivot point for the outer rocker (2) in the vicinity of the complementary surface (7) thereof. The switching rocker arm (1) requires only little construction space and has a relatively simply assembled coupling mechanism.

Inventors:
HAAS MICHAEL (DE)
RAUCH MARTIN (DE)
ROERIG BODO (DE)
SCHMIDT DIETER (DE)
ARTMANN JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/011943
Publication Date:
May 22, 2003
Filing Date:
October 25, 2002
Export Citation:
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Assignee:
INA SCHAEFFLER KG (DE)
HAAS MICHAEL (DE)
RAUCH MARTIN (DE)
ROERIG BODO (DE)
SCHMIDT DIETER (DE)
ARTMANN JENS (DE)
International Classes:
F01L1/18; F01L13/00; (IPC1-7): F01L13/00; F01L1/18
Foreign References:
EP0267696A11988-05-18
US6321705B12001-11-27
US5239952A1993-08-31
DE2753197A11978-06-22
Attorney, Agent or Firm:
INA-SCHAEFFLER KG (Herzogenaurach, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schlepphebel (1) eines Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der auf unter schiedliche Ventilhübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel (2), zwischen dessen Armen (3a, b) ein zu diesem relativ verschwenkbeweglicher Innenhebel (4) positioniert ist und beide He bel (2,4) über Koppelmittel (15) miteinander koppelbar sind, wobei der Au ßenhebel (2) an seinem einen geschlossenen Ende (5) eine Anlage (5a) für ein Gaswechselventil aufweist und der Schlepphebel (1) am gegenüberlie genden Ende (6) eine Komplementärfläche (7,30) für ein Abstützelement hat und wobei der Innenhebel (4) sein Schwenkzentrum (10) auf der Seite des gegenüberliegenden Endes (6) sowie zumindest dieser Innenhebel (4) eine Anlauffläche (11) für einen Nocken aufweist, dadurch gekennzeich net, daß der Außenhebel (2) weitestgehend gabelähnlich offen hergestellt ist, wobei die Anlauffläche (11) für den Nocken am Innenhebel (4) als dreh bare Rolle (12) ausgebildet ist und die Koppelmittel (15) ein oder mehrere quer zur Längsrichtung des Schlepphebels (1) verlaufende Schieber (16, 19,22) sind, deren Axiallinie mit einer Axiallinie für die Rolle (12) zusam menfällt und wobei das Schwenkzentrum (10) des Innenhebels (4) zumin dest in etwa auf einer gleichen Länge des Schlepphebels (1) wie ein Schwenkzentrum des Außenhebels (2) im Bereich dessen Komplementär fläche (7) liegt.
2. Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (12) auf einem Hohlbolzen (14) im Innenhebel (4) gelagert ist, der sich über dessen gesamte Breite erstreckt und in dem ein erster Schieber (16) als Koppelmittel (15) mit einer Länge des Hohlbolzens (14) verläuft, wobei bei dendigen Stirnseiten (17a, b) des Hohlbolzens (14) Stirnseiten (17c, d) von buchsenartigen Aufnahmen (18a, b) in den Armen (3a, b) des Außenhebels (2) gegenüberliegen, in denen je ein zweiter und dritter Schieber (19,22) aufgenommen ist, deren axial innere Stirnseiten (20,23) im Entkoppelfall des Schlepphebels (1) mit den Stirnseiten (17c, d) ihrer Aufnahmen (18a, b) in Flucht sind (Fig. 2).
3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (16,19, 22) in eine Axialrichtung über die Kraft wenigstens eines mechani schen Federmittels (26) wie einer Schraubenfeder beaufschlagt sind, die zumindest mittelbar auf eine äußere Stirnseite (27) des zweiten oder dritten Schiebers (19 oder 22) einwirkt.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Stirnseite (25 oder 27) des dritten oder zweiten Schiebers (22 oder 19) axial aus dem jeweiligen Arm (3b oder 3a) herausragt und als Kontakt fläche für ein externes Beaufschlagungsmittel für die Koppelmittel (15) aus gebildet ist.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlbol zen (14) im Innenhebel (4) bzw. die buchsenartigen Aufnahmen (18a, b) im Außenhebel (2) durch ein Befestigungsverfahren wie Einpressen, Verstem men oder Einkleben ortsfest angeordnet sind.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhebel (4) gabelähnlich offen gefertigt ist, wobei dessen Arme (13a, b) in Richtung zum einen Ende (5) des Außenhebels (2) weisen und zwischen diesen die Rolle (12) aufgenommen ist.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nocken seite des Außenhebels (2) zwei erhaben ausgebildete Gegenlaufflächen (29a, b) für entsprechende Grundkreisoder Niedrighubnocken hat.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komple mentärfläche (7) für das Abstützelement am Außenhebel (2) angeordnet und als Kalotte bzw. zylindrische Einformung gefertigt ist, wobei eine der Kalotte/Einformung abgewandte Oberseite (8) mit einer halbschalenartigen Auflage (9) versehen ist, auf welcher der Innenhebel (4) mit seinem Schwenkzentrum (10) abgestützt ist (Fig. 3).
9. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komple mentärfläche (30) für das Abstützelement am Innenhebel (4) angeordnet und als Kalotte bzw. zylindrische Einformung gefertigt ist, wobei lateral der Kalotte bzw. Einformung je ein Achsstumpf (31a, b) am Innenhebel (4) an geordnet ist, auf dem die Arme (3a, b) des Außenhebels (2) mit je einem La gerauge (32a, b) oder einer jeweiligen, den entsprechenden Achsstumpf (31 a, b) umschließenden Bohrung (33a, b) gelagert sind (Fig. 4, 5).
10. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komple mentärfläche für das Abstützelement am Innenhebel (4) angeordnet und als Kalotte bzw. zylindrische Einformung gefertigt ist, wobei der Innenhebel (4) oberoder zumindest außerhalb der Kalotte von einer Achse durchragt ist, an deren lateral aus dem Innenhebel (4) sich erstreckenden Enden die Ar me (3a, b) des Außenhebels (2) mit je einem Lagerauge oder einer jeweili gen, den entsprechenden Achsstumpf umschließenden Bohrung gelagert sind.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Hebel (Außenhebel (2)/Innenhebel (4)) aus einem Leichtbau werkstoff wie Blech besteht.
Description:
Bezeichnung der Erfindung Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraft- maschine, der auf unterschiedliche Ventilhübe für wenigstens ein Gaswechsel- ventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel, zwischen dessen Armen ein zu diesem relativ verschwenkbeweglicher Innenhebel positioniert ist und beide Hebel über Koppelmittel miteinander koppelbar sind, wobei der Außenhebel an seinem einen geschlossenen Ende eine Anlage für ein Gaswechselventil auf- weist und der Schlepphebel am gegenüberliegenden Ende eine Komplemen- tärfläche für ein Abstützelement hat und wobei der Innenhebel sein Schwenk- zentrum auf der Seite des gegenüberliegenden Endes sowie zumindest dieser Innenhebel eine Anlauffläche für einen Nocken aufweist.

Hintergrund der Erfindung Ein derartig schaltbarer Schlepphebel ist aus der DE-OS 27 53 197 vorbe- kannt. Dieser besteht ebenfalls aus einem Außenhebel, welcher einen relativ zu diesem verschwenkbeweglichen Innenhebel einschließt. Als Koppelmittel ist eine Klinke vorgesehen. Nachteilig ist es bei dem als gattungsbildend betrach- teten Schlepphebel, daß dieser relativ hoch baut. Zum anderen ist festzustel- len, daß der Klinkenmechanismus kompliziert aufgebaut ist und eine ver- gleichsweise aufwendige externe Beaufschlagung benötigt. Somit kann es bei Einbau dieses Schlepphebels zu Bauraumproblemen u. ä. kommen.

Des weiteren geht aus dem SAE TECHNICAL PAPER 2000-01-0670"Deve- lopment of the High Power, Low-Emission Engine for the Honda S2000", S. 5, ein schaltbarer Hebeltrieb hervor, der hier als Schwinghebeltrieb hergestellt ist und je gleichwirkende Gaswechselventile pro Zylinder aus insgesamt drei axial nebeneinander liegenden Hebelarmen besteht, welche über achsparallel ver- lagerbar Schieber miteinander koppelbar sind. Es liegt auf der Hand, daß es gerade in Nockenwellenrichtung gesehen zu Bauraumproblemen, insbesonde- re bei geringem Zylinderabstand, kommen kann. Zum anderen erweist sich das Hebelsystem hinsichtlich seiner Bauteilezahl als relativ aufwändig und somit teuer.

Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schlepphebel der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem die eingangs genannten Nachteile beseitigt sind. Insbe- sondere soll er sehr kompakt bauen und einfach zu beaufschlagen sein.

Zusammenfassung der Erfindung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Außenhebel weitestgehend gabelähnlich offen hergestellt ist, wobei die Anlauffläche für den Nocken am Innenhebel als drehbare Rolle ausgebildet ist und die Koppelmittel ein oder mehrere quer zur Längsrichtung des Schlepphebels verlaufende Schieber sind, deren Axiallinie mit einer Axiallinie für die Rolle zusammenfällt und wobei das Schwenkzentrum des Innenhebels zumindest in etwa auf einer gleichen Länge des Schlepphebels wie ein Schwenkzentrum des Außenhebels im Bereich dessen Komplementärfläche liegt.

Aufgrund dieser Ausgestaltung sind die eingangs genannten Nachteile wir- kungsvoll eliminiert. Es ist ein sehr kompakt bauender schaltbarer Schleppe-

bei vorgeschlagen, der sich auch hervorragend in vorhandene Motorenkon- zepte nachträglich implementieren läßt. Wie vorgeschlagen soll als Anlaufflä- che für den Nocken eine drehbare Rolle vorgesehen sein. Diese ist vorzugs- weise wälzgelagert. Gegebenenfalls kann jedoch auch ein Gleitabgriff appli- ziert werden. Als Schieber ist insbesondere an Kolben bzw. Pins gedacht. Auf- grund der Anordnung der Schieber auf der Achse für die Rolle ist ein weiterer Beitrag in Richtung kompakter Bauweise geleistet. Zudem kann auf separate Maßnahmen einer Anordnung der Schieber verzichtet werden. Gegebenenfalls können die Schieber jedoch auch außerhalb der Achse für die Rolle positioniert werden. Werden diese jedoch in Richtung der Schwenkzentren verlagert, so muß ggf. mit höheren Belastungen gerechnet werden. Vorgeschlagen ist vor- zugsweise ein Schieberpaket, bestehend aus drei axial aneinander gereihten Schiebern.

Vorzugsweise soll eine Verlagerung in eine Richtung (Koppel-oder Entkoppel- richtung) über die Kraft eines mechanischen Mittels wie einer Druckfeder be- werkstelligt werden. Eine Verlagerung des Schieberpakets in die entgegenge- setzte Richtung kann über die Kraft eines externen Beaufschlagungsmittels wie eines Aktuators eines Elektromagneten bewerkstelligt werden. Denkbar sind jedoch eine Vielzahl von Servomitteln zur Verlagerung des Schieberpakets, so beispielsweise auch hydraulische, magnetische, pneumatische und ähnliche.

Auch kann auf die Druckfeder verzichtet und das Schieberpaket in beide Rich- tungen über die Kraft eines oder mehrerer der vorgenannten Servomittel verla- gert werden.

Die Buchsen im Außenhebel für den zweiten bzw. dritten Schieber lassen sich hervorragend extern feinbearbeiten und anschließend durch vorgeschlagene Befestigungsmaßnahmen wie Einpressen, Verstemmen oder Einkleben im Au- ßenhebel befestigen. Gegebenenfalls kann jedoch auf diese Buchsen verzich- tet werden, so daß die entsprechenden Schieber direkt in Aufnahmen des Au- ßenhebels verlaufen. Gleiches gilt für den Innenhebel.

Insbesondere für den Fall, dass ein externes Beaufschlagungsmittel wie ein Elektromagnet zur Verlagerung des Schieberpakets in eine Richtung vorge- schlagen ist, ist es vorgesehen, einen der äußeren Schieber axial aus dem jeweilige Arm herausragen zu lassen und mit einer Kontaktfläche für den ent- sprechenden Aktuator des Elektromagneten zu versehen. Gegebenenfalls wird der herausragende Abschnitt mit geeigneten Verschleißschutzmaßnahmen versehen.

Ein weiterer Beitrag in Richtung Leichtbau und Kompaktbauweise ist dadurch geleistet, dass der Innenhebel ebenfalls gabelähnlich offen wie der Außenhe- bei hergestellt ist. Beide Hebelteile können aus einem Leichtbauwerkstoff wie Blech oder einem Verbundwerkstoff bestehen.

Sollte der Schlepphebel auf einem hydraulischen Abstützelement gelagert sein, so kann es in dessen Lost-Motion-Betrieb (Entkoppelmodus) dazu kommen, dass es sich unter dem Einfluss des anliegenden Hydraulikmitteldrucks unnötig "aufpumpt", d. h. in axialer Richtung auseinander fährt. Um dies zu verhindern, sind entsprechende Anschläge am Außenhebel vorgesehen. Diese bestehen aus zwei erhaben ausgebildeten Gegenlaufflächen, die mit nicht näher erläu- terten Grundkreisnocken der Nockenwelle kommunizieren. Gegebenenfalls können auch andere Anschläge, wie solche vom Zylinderkopf ausgehende, appliziert werden.

Als Komplementärfläche zur Lagerung des Schlepphebels auf dem Abstütze- lement ist eine Kalotte bzw. Zylinderfläche vorgesehen. Vorgeschlagen ist es, den Außenhebel mit der Kalotte zu versehen und den Innenhebel einfach ver- schwenkbeweglich auf einer Oberseite der entsprechenden Kalotte abzustüt- zen. Denkbar ist es jedoch auch, den Innenhebel auf dem Abstützelement zu lagern und entsprechend den Außenhebel mit einer Gegenfläche auf der Ober- seite der Kalotte des Innenhebels abzustützen.

Schließlich sind einfache Verbindungsmaßnahmen des Außen-mit dem Innen- hebel vorgeschlagen. So kann beispielsweise der Innenhebel auf der Kalotten- seite zwei seitlich herausragende Achsstümpfe besitzen, auf welchen der Au- ßenhebel mit entsprechenden Lageraugen abgestützt ist. Anstelle der La- geraugen können auch Bohrungen vorgesehen sein. Auch ist denkbar, bei- spielsweise durch den Außenhebel eine durchgehende Achse verlaufen zu lassen, auf welcher der Innenhebel verschwenkbeweglich gelagert ist. Zudem kann im Innenhebel die entsprechende Achse positioniert sein, an deren her- ausragenden Enden der Außenhebel mit Lageraugen oder Bohrungen befestigt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 in einer räumlichen Darstellung eine Ansicht eines erfindungsge- mäßen Schlepphebels ; Figur 2 einen Querschnitt durch den Schlepphebel nach Figur 1 im Bereich dessen Rollenachse ; . Figur 3 einen mittigen Längsschnitt durch den Schlepphebel nach Figur 1 und die Figuren 4,5 räumlich dargestellte Unteransichten auf den Schlepphebel.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Aus Figur 1 geht der erfindungsgemäße Schlepphebel 1 hervor. Dieser besteht aus einem gabelförmigen Außenhebel 2 mit zwei Armen 3a, b. Zwischen den

Armen 3a, b ist verschwenkbeweglich ein Innenhebel 4 aufgenommen. An sei- nem geschlossenen Ende 5 (Unterseite) wirkt der Außenhebel 2 auf ein Ende eines zeichnerisch nicht dargestellten Gaswechselventils ein. Am gegenüber- liegenden Ende 6 hat der Außenhebel 2 eine kalottenartige Komplementärflä- che 7 (siehe auch Figur 3). Über diese ist der Schlepphebel 1 auf einem Kopf eines nicht dargestellten Abstützelements, vorzugsweise hydraulischer Bauart, abgestützt. Auf einer Oberseite 8 der Kalotte ist eine Auflage 9 für den Innen- hebel 4 gebildet. Dieser ist somit mit seinem Schwenkzentrum 10 verschwenk- beweglich auf der Auflage 9 abgestützt.

In etwa im Bereich einer Quermittelebene des Schlepphebels 1 hat dieser eine Anlauffläche 11 für einen Nocken (s. a. Fig. 2). Die Anlauffläche 11 ist hier als wälzgelagerte Rolle 12 hergestellt und auf einer dem Ende 5 zugewandten Seite des Innenhebels 4, zwischen dessen Armen 13a, b aufgenommen.

Die vorgenannte Rolle 12 ist auf einem Hohlbolzen 14 angeordnet, welcher schwimmend oder mit Festsitz in den Armen 13a, b verläuft. Gleichzeitig ist im Hohlbolzen 14 ein erster Schieber 16 als Bestandteil von Koppelmittein 15 po- sitioniert. Dieser hat eine Länge des Hohlbolzen 14 und verläuft im Entkoppel- zustand des Schlepphebels 1 mittig im Hohlbolzen 14. Beidendigen Stirnseiten 17a, b des Hohlbolzens 14 liegen im gekoppelten Zustand bzw. bei einem Nok- kengrundkreisdurchlauf Stirnseiten 17c, d von buchsenartigen Aufnahmen 18a, b gegenüber.

In der Aufnahme 18a verläuft ein zweiter Schieber 19, welcher mit seiner axial inneren Stirnseite 20 an eine Außenseite 21 des ersten Schiebers 16 angrenzt.

Im Entkoppelfall des Schlepphebels 1 ist die innere Stirnseite 20 des zweiten Schiebers 19 in Flucht mit der Stirnseite 17c dessen Aufnahme 18a. Diametral liegt dem zweiter Schieber 19 ein dritter Schieber 22 in der Aufnahme 18b ge- genüber. Dessen innere Stirnseite 23 liegt an einer Außenseite 24 des ersten Schiebers 16 im Koppelfall an, wobei im Entkoppelfall die innere Stirnseite 23

wiederum in Flucht mit der Stirnseite 17d der entsprechenden Aufnahme 18b ist.

Wie aus Figur 2 zudem hervorgeht, ist der dritte Schieber 22 axial aus der Auf- nahme 18b herausgeführt, wobei dessen äußere Stirnseite 25 als Kontaktflä- che für ein externes Beaufschlagungsmittel wie einen Aktuator eines Elektro- magneten o. ä. dient.

Eine Verlagerung des gesamten Schieberpakets 19,16, 22 entgegen der Kraft des vorgenannten Aktuators ist hier über die Kraft eines Federmittels 26 be- werkstelligt, welches eine axial äußere Stirnseite 27 des zweiten Schiebers 19 beaufschlagt. Somit ist der gesamte Mechanismus in drucklosem Zustand ver- riegelt dargestellt.

Zwischen dem Außen-und fnnenhebel 2,4 verläuft eine nicht näher zu erläu- ternde und hier seitlich montierte Lost-Motion-Feder 28.

Des weiteren offenbart Figur 1, dass eine den Nocken zugewandte Oberseite des Außenhebels 2 im Bereich von dessen Armen 3a, b erhaben ausgebildete Gegenlaufflächen 29a, b hat. Diese kommunizieren mit einem Grundkreisnok- ken und verhindern, wie beschreibungseinleitend näher dargestellt, ein"Auf- pumpen"des verwendeten hydraulischen Abstützelements im Entkoppelfall des Schlepphebels 1. Gegebenenfalls können diese Gegenlaufflächen 29a, b auch als Anlaufflächen für Kleinhubnocken ausgebildet sein.

Aus Figur 4 geht eine zweckmäßige Verbindungsform des Außen-mit dem Innenhebel 2,4 hervor. Dabei hat der Innenhebel 4 eine Komplementärfläche 30 zur Lagerung auf dem Ende des Abstützelements. Des weiteren besitzt er zwei seitlich herausragende Achsstümpfe 31a, b, auf welchen die Arme 3a, b des Außenhebels 2 mit je einem Lagerauge 32a, b abgestützt sind.

Figur 5 zeigt einen Schlepphebel 1 wie vorgenannt, wobei jedoch der Außen- hebel 2 nicht über Lageraugen, sondern über Bohrungen 33a, b auf den Achs- stümpfen 31a, b gelagert ist. Gegebenenfalls kann auch, wie weiter vorn näher dargelegt, eine durchgehende Achse appliziert werden.

Liste der Bezugszahlen 1 Schlepphebel 2 Außenhebet 3a, b Arm 4 Innenhebel 5 Ende 5a Anlage 6 Ende 7 Komplementärfläche 8 Oberseite 9 Auflage 10 Schwenkzentrum 11 Anlauffläche 12 Rolle 13a, b Arm 14 Hohlbolzen 15 Koppelmittel 16 erster Schieber 17a, b Stirnseite 17c, d Stirnseite 18a, b Aufnahme 19 zweiter Schieber 20 innere Stirnseite 21 Außenseite 22 dritter Schieber 23 innere Stirnseite 24 Außenseite 25 äußere Stirnseite 26 Federmittel 27 äußere Stirnseite 28 Lost-Motion-Feder 29a, b Gegenlauffläche 30 Komplementärfläche 35 31 a, b Achsstumpf 32a, b Lagerauge 33a, b Bohrung