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Die Erfindung betrifft einen mittels einer Nockenwelle betätigbaren Nockenfolger mit einer zumindest abschnittsweise konvex gekrümmten Anlagefläche für eine Ventilschaftendfläche eines Ventilschaftes eines Gaswechselventils eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine zur Übertragung einer Druckkraft und zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung des Ventilschaftes, wobei eine momentane Kontaktfläche der Ventilschaftendfläche mit der Anlagefläche in Abhängigkeit von einer jeweiligen Winkelposition der Nockenwelle zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position des Ventils entlang einer Kontaktlinie auf der Anlagefläche veränderlich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem solchen Nockenfolger ausgestattete Brennkraftmaschine.
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In den Ventiltrieben moderner Brennkraftmaschinen kommen vorwiegend Rollenschlepphebel als Nockenfolger zum Einsatz. Die Kontur des Nockens bedingt eine Bewegung des Nockenfolgers, die dann als Hubbewegung auf das Gaswechselventil übertragen wird. Nockenfolger können beispielsweise als Schlepphebel, Kipphebel oder auch Flachstößel, Tassenstößel und Rollenstößel ausgeführt sein.
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Aus der
DE 198 38 926 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Ventilsteuerung für mindestens ein Gaswechselventil bekannt. Das Gaswechselventil weist einen Ventilschaft auf, dessen Endfläche über eine Kontaktfläche eines Schlepphebels von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine mit zwei unterschiedlichen Betriebsmodi beaufschlagt wird. Die Kontaktfläche weist einen konstanten Radius auf, der so klein sein muss, dass sich der Berührungspunkt zwischen Ventilschaftendfläche und Kontaktfläche im Betrieb nicht unzulässig dem Rand der Ventilschaftendfläche nähert. Hieraus ergibt sich eine relativ hohe Anlageflächenpressung zwischen Ventilschaftendfläche und Kontaktfläche.
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Aus der
DE 10 2004 049 836 A1 ist ein Schlepphebel für einen Ventiltrieb bekannt, dessen Schaftendfläche über eine Kontaktfläche des Schlepphebels mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ventilhüben beaufschlagbar ist. Dabei weist die Kontaktfläche ein in Längsrichtung des Schlepphebels konvex gekrümmtes Profil mit zumindest einem Profilpunkt auf, von dem zwei Kontaktbereiche mit voneinander verschiedenen und jeweils an einen der Ventilhübe angepassten Profilverläufen ausgehen, deren Profil sich aus zwei kreisbogenförmigen Kontaktbereichen mit unterschiedlich großen Radien zusammensetzt. Der erste Kontaktbereich mit großem Radius ist an einen konventionellen, vom Nocken einer Nockenwelle auf das Tellerhubventil übertragenen Ventilhub angepasst, während der zweite Kontaktbereich mit kleinem Radius an einen deaktivierten Ventilhub angepasst ist. Dieser deaktivierte Ventilhub oder Ventilnullhub wird dadurch erzeugt, dass der vom Nocken vorgegebene Hub nicht auf das Tellerhubventil übertragen, sondern von einem den Schlepphebel lagernden, schaltbaren Abstützelement aufgenommen wird.
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Die
EP 2 171 221 B1 betrifft einen Schlepphebel mit einem Profil, von dem zwei Kontaktbereiche mit verschiedenen Profilverläufen ausgehen, bei dem zumindest einer der Kontaktbereiche einen logarithmischen Profilverlauf mit kontinuierlich veränderlicher Krümmung aufweist. An einem Profilpunkt sind die Krümmungen der Kontaktbereiche im Wesentlichen gleich groß.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Nockenfolger mit einer Anlagefläche der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die im Betrieb in der Kontaktfläche auftretende Pressung zwischen dem Ventilschaftende und der Anlagefläche reduziert wird und dadurch auftretende Verschleißerscheinungen vermindert werden. Weiterhin soll eine mit einem solchen verschleißreduzierenden Nockenfolger ausgestattete Brennkraftmaschine geschaffen werden.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Nockenfolger gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Nockenfolger vorgesehen, bei dem die Kontaktlinie auf der konvex gekrümmten Anlagefläche zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position nacheinander zumindest einen ersten, einen zweiten und einen dritten Bereich mit unterschiedlichen Radien durchläuft, mit einem Radius des ersten Bereiches, welcher der geschlossenen Ventilposition entspricht, einem Radius des dritten Bereiches, welcher der im Betrieb maximal geöffneten Position des Ventils entspricht, und mit einem Radius des zweiten Bereiches, welcher einer teilweise geöffneten Zwischenposition entspricht. Dabei ist der Radius R2 des stark gekrümmten zweiten Bereiches kleiner als der Radius R1 des ersten Bereiches. Zudem ist der Radius des zweiten Bereiches auch kleiner als der Radius des dritten Bereiches. Erfindungsgemäß werden also anders als beim Stand der Technik mehrere Bereiche mit verschiedenen Radien nicht etwa lediglich verschiedenen Betriebsmodi zugeordnet, beispielsweise also einem gewöhnlichen Betriebsmodus einerseits und einem Abschaltmodus andererseits, sondern die verschiedenen Bereiche schließen sich innerhalb eines Bewegungszyklus zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Position des Gaswechselventils stufenlos aneinander an. Insbesondere wird also die Kontaktlinie durch gekrümmte Bereiche mit unterschiedlichen, aneinandergrenzenden Radien zusammengesetzt. Hierdurch wird erfindungsgemäß eine wesentliche Optimierung durch eine Reduzierung der bei der Kraftübertragung auftretenden Pressung erreicht. Dabei besteht die Kontaktlinie zunächst aus einem ersten Bereich einer Geraden oder einer sehr geringen Krümmung, deren Radius sehr groß ist bzw. nahezu unendlich groß ist, dem sich ein zweiter Bereich mit vergleichsweise starker Krümmung und einem geringen Radius anschließt. Dieser zweite Bereich geht schließlich über in einen dritten Bereich mit einer gegenüber dem vorhergehenden zweiten Bereich geringeren Krümmung. Erfindungsgemäß wird eine Vergrößerung des Radius der gekrümmten Anlagefläche bei unverändertem Gesamthub und damit eine Reduzierung der Hertzschen Pressung erreicht.
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Dabei erweist es sich zudem als besonders Erfolg versprechend, wenn der Radius der Krümmung in dem dritten Bereich geringer ist als der Radius der Krümmung in dem ersten Bereich. Hierdurch wird während der Grundkreisphase, in welcher das Gaswechselventil in der geschlossenen Position gehalten wird, eine vollflächige Anlage der Ventilschaftendfläche gegen die Anlagefläche erreicht, durch die eine vergleichsweise geringe Pressung sichergestellt werden kann.
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Wenn darüber hinaus gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung der Radius in dem ersten Bereich einen unendlichen oder nahezu unendlichen Wert annimmt, wird in diesem Bereich ein Verlauf der Kontaktlinie entlang einer Geraden erreicht. Insbesondere ist also die Krümmung so gering, dass die auftretende Pressung einer anlageflächenparallelen Ausrichtung entspricht.
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Die verschiedenen Bereiche könnten in einem Übergangsbereich einen sich zwischen den verschiedenen Radien kontinuierlich verändernden Radius aufweisen. Besonders sinnvoll ist es dabei auch, wenn die Bereiche einen stetigen Übergang aufweisen, sodass insbesondere schlagartige Erhöhungen der Pressung vermieden werden können.
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Die Radien der verschiedenen Bereiche lassen sich unter den angeführten Bedingungen an die jeweiligen Anforderungen problemlos anpassen. Besonders sinnvoll ist es darüber hinaus, wenn der erste Bereich einen Radius R1 aufweist, der größer ist als 20 mm, der zweite Bereich einen Radius R2 aufweist, der zwischen 5 mm und 15 mm beträgt, und der dritte Bereich einen Radius R3 aufweist, der zwischen 8 mm und 30 mm beträgt. Hierdurch wird ein Optimum der verschiedenen Zielvorgaben, nämlich einerseits einer reduzierten Pressung, andererseits einem gewünschten Ventiltrieb und einer optimalen translatorische Bewegung des Ventilschaftes erreicht, sodass nicht nur ein reduzierter Verschleiß, sondern auch eine insgesamt verbesserte kinematische Kopplung erzielt werden kann.
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Die Radien könnten sich stetig verändern, sodass sich eine Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Radien aneinander anschließen. Demgegenüber hat es sich allerdings auch bereits als vorteilhaft erwiesen, wenn der Radius innerhalb des jeweiligen Bereiches konstant ist und dadurch das Gaswechselventil innerhalb des Bereiches eine konstante translatorische Beschleunigung erfährt.
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Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Gestaltung der Kontaktlinie zur Realisierung bei einer Vielzahl unterschiedlicher Bauformen eines Nockenfolgers. Besonders Erfolg versprechend erweist es sich hingegen, wenn der Nockenfolger als ein Schlepphebel, insbesondere als ein Rollenschlepphebel ausgeführt ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch gelöst mit einer Brennkraftmaschine, die mit einem Nockenfolger ausgestattet ist, der konvex gekrümmte Anlageflächen für eine Ventilschaftendfläche eines Ventilschaftes der Brennkraftmaschine aufweist, wobei eine momentane Kontaktfläche der Ventilschaftendfläche mit der Anlagefläche in Abhängigkeit von einer jeweiligen Winkelposition der Nockenwelle entlang einer Kontaktlinie auf der Anlagefläche veränderlich ist, derart, dass die Kontaktlinie auf der konvex gekrümmten Anlagefläche zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position zumindest drei Bereiche mit unterschiedlichen Radien durchläuft, mit einem Radius des ersten Bereiches, welcher der geschlossenen Ventilposition entspricht, einem Radius des dritten Bereiches, welcher der im Betrieb maximal geöffneten Position des Ventils entspricht, und mit einem Radius des zweiten Bereiches, welcher einer teilweise geöffneten Zwischenposition entspricht.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine Anordnung einer Nockenwelle und eines zur Betätigung eines Gaswechselventils bestimmten Nockenfolgers;
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2 eine vergrößerte Seitenansicht einer gekrümmten Anlagefläche des in 1 gezeigten Nockenfolgers;
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3 eine Draufsicht auf den in 2 gezeigten Nockenfolger.
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Ein erfindungsgemäßer, als Rollenschlepphebel ausgeführter Nockenfolger 1 wird nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Der Nockenfolger 1 ist an einem Stützelement 2 schwenkbeweglich gelagert und dient der Übertragung einer von einem Nocken 3 einer Nockenwelle 4 erzeugten Auslenkung entgegen der Rückstellkraft eines Federelementes 5 als translatorische Hubbewegung auf ein Gaswechselventil 6. Hierzu hat der Nockenfolger 1 eine konvex gekrümmte Anlagefläche 7, gegen die eine Ventilschaftendfläche 8 eines Ventilschaftes 9 des Gaswechselventils 6 anliegt. Eine momentane Kontaktfläche 10 der Ventilschaftendfläche 8 auf der Anlagefläche 7 verlagert sich während eines vollständigen Umlaufes der Nockenwelle 4 zwischen der dargestellten vollständig geschlossenen Position und einer in Pfeilrichtung 11 ausgelenkten, vollständig geöffneten Position des Gaswechselventils 6 entlang einer Kontaktlinie 12 auf der Anlagefläche 7. Diese Kontaktlinie 12 der konvex gekrümmten Anlagefläche 7 hat zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position drei Bereiche I, II, III mit unterschiedlichen Radien R1, R2, R3, wobei ein der geschlossenen Ventilstellung entsprechender erster Bereich I einen Radius R1 aufweist, dessen Radius einen sehr großen oder unendlichen Wert annimmt. Den kleinsten Radius R2 weist ein zweiter Bereich II auf, dem sich bis zum Erreichen der vollständig geöffneten Position des Gaswechselventils 6 ein Bereich III mit einem größeren Radius R3 mit reduzierter Krümmung anschließt. Zugleich ist dieser Radius R3 kleiner als der Radius R1 des ersten Bereiches I. Hierdurch wird entlang der Kontaktlinie 12 auf der Anlagefläche 7 eine wesentliche Reduzierung der bei der Kraftübertragung auftretenden Hertzschen Pressung realisiert und damit eine Verschleißminimierung erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19838926 A1 [0003]
- DE 102004049836 A1 [0004]
- EP 2171221 B1 [0005]