WO2017182018A1 - Schlepphebel für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Schlepphebel für eine brennkraftmaschine Download PDF

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Rainer Bleyh
Stefan Dupke
Max Schäfer
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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
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a drag lever for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine.
  • Drag levers are used in internal combustion engines with overhead camshaft within the valve train to initiate in each case between a cam of a camshaft and a respective gas exchange valve lying transfer element according to a contour of the cam a translatory movement in the gas exchange valve.
  • a drag lever usually has a one-armed lever body, which is supported at one end to a, connected to a cylinder head of the engine support member and communicates with its other end via a valve actuating surface with a valve stem of the gas exchange valve to be actuated.
  • a cam roller is arranged, against which in each case the cam of the camshaft starts and, in accordance with its contour, effects a pivoting movement of the cam follower.
  • US Pat. No. 4,727,832 discloses a drag lever with a cam roller.
  • the drag lever comprises two thrust washers, which are arranged on both sides between the cam roller and a respective side wall of the finger lever. Furthermore, the two thrust washers are formed of a wear-resistant material, in particular a phosphor bronze.
  • the object of the present invention is to further develop a drag lever, in particular, the friction between a cam roller and a lever body to be further reduced.
  • An inventive drag lever for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine comprises a lever body which is formed by two spaced parallel side walls and connecting the side walls, transverse web, wherein the web in the region of a first end serving for pivotally mounting the lever body socket and defined in the region of a second end provided for contact with the gas exchange valve valve actuation surface, wherein the side walls between them in bores receive a pivot pin, which rotates a cam roller via a needle ring, further arranged at least one side between the cam roller and the respective side wall thrust washer is, wherein the at least one thrust washer has at least partially a friction-reducing and wear-resistant coating.
  • the cam roller is rotatably received on the lever body, wherein the respective side wall has a respective bore for receiving the axle bolt.
  • the cam roller is intended to come to rest on a cam of a camshaft.
  • the inner faces of the side walls form the lateral start-up for the interposed cam roller.
  • the at least one thrust washer has a rubbing-reducing and wear-resistant coating.
  • the coating can be formed chemically or galvanically on the at least one thrust washer.
  • the invention includes the technical teaching that the cam roller has an oblique position between the two side walls.
  • the axle pin is not arranged perpendicular to the two parallel side walls, but with a slight inclination, wherein the cam roller starts only on one side wall. Due to the specific inclination of the cam roller in the lever body, the position of the finger lever on the gas exchange valve can be determined. Due to the inclination of the cam roller, a respective axial gap between the cam roller and the lever body is non-uniform.
  • the cam roller is not arranged parallel to the two side walls.
  • a single thrust washer which has only partially a friction-reducing and wear-resistant coating, between the cam roller and the side wall, which serves the cam roller for starting, arranged.
  • the at least one thrust washer is arranged on the front side of the cam roller.
  • a respective coated thrust washer is attached on both sides between the cam roller and the respective side wall. assigns.
  • two thrust washers are arranged on the cam roller, wherein each of the two thrust washers is intended to run against the respective side wall.
  • the coating is formed at least on an end face of the at least one stop disk adjacent to the cam roller. If the coating is not formed completely or at least on the two end faces of the thrust washer, the coating is formed at least on the end face of the thrust washer adjacent to the cam roller.
  • the rolling elements of the needle ring also run axially against the at least one thrust washer. Due to the coating, the friction and wear are reduced here as well.
  • the at least one thrust washer is formed of a steel material.
  • the coating is formed on the at least one thrust washer of amorphous carbon.
  • Amorphous carbon is also known by the name DLC (diamond like carbon) or diamond-like carbon.
  • the at least one thrust washer is annular, wherein an outer diameter of the at least one thrust washer is smaller than an outer OH prepare for the friction torque. Due to the smaller outer diameter of the thrust washer relative to the outer diameter of the cam roller and the concomitant lower lever arm for the friction torque, the friction torque between the thrust washer and the lever body decreases. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of two preferred embodiments of the invention with reference to the three figures, in which the same or similar elements are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic side view to illustrate the structure of a finger lever according to the invention with a cam roller according to a first embodiment, a simplified schematic perspective view illustrating the structure of the cam roller according to Figure 1, and a simplified schematic plan view to illustrate the structure of a finger lever according to the invention with a cam roller according to a second embodiment.
  • a drag lever 1 for actuating a gas exchange valve (not shown here) of an internal combustion engine has a lever body 2 which extends through two spaced parallel side walls 4, 5 and one of the two side walls 4, 5 connecting, transverse web 6 is formed.
  • the web 6 comprises in the region of a first end serving for the pivotable mounting of the lever body 2 socket 8 and in the region of a second end provided for contact with the gas exchange valve actuator surface 7.
  • the two side walls 4, 5 take in between holes in a pivot pin 9 , which leads a cam roller 3 via a - shown in Figure 2 - needle ring 10 rotatable. According to Figure 1, the cam roller 3 comes to a cam 1 1 a - not shown - camshaft to the plant.
  • the cam roller 3 shown in Figure 1 is completely shown in Figure 2 and is thus not covered as shown in Figure 1 of the side wall 5 of the finger lever 1.
  • the cam roller 3 has, in addition to the needle ring 10, a first and a second stop disk 12a, 12b, which are each arranged on the front side of the cam roller 3. Consequently, according to FIG. 1, a respective thrust washer 12a, 12b is arranged on both sides between the cam roller 3 and the respective side wall 4, 5.
  • Both thrust washers 12a, 12b have a friction-reducing and wear-resistant coating 13 covering the entire surface.
  • the respective thrust washer 12a, 12b is made of a steel material, wherein the coating 13 is formed of amorphous carbon. Thus, it is a DLC
  • respective thrust washer 12a, 12b is annular, wherein an outer diameter of the respective thrust washer 12a, 12b is smaller than an outer diameter of the cam roller 3.
  • a plurality of beads 14 are formed to the oil passage.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the drag lever 1 according to the invention.
  • the cam roller 3 has an oblique position between the two side walls 4, 5 and furthermore has only one thrust washer 12a, wherein the thrust washer 12a only partially has a friction-reducing and wear-resistant coating 13.
  • the targeted inclination of the cam roller 3 (arrow pointing to the right on the cam roller 3) by the targeted inclination of the axle pin 9 leads to a rotation of the finger lever 1 (right arrow at the end of the finger lever 1).
  • the cam roller 3 thus runs only on the side wall 4.
  • the coating 13 is formed exclusively on an adjacent to the cam roller 3 end face of the thrust washer 12a.
  • the thrust washer 12a according to FIG.
  • Figure 3 illustrates, with respect to the friction between the cam roller 3 and the lever body 2 is a particularly advantageous embodiment of the finger lever 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Hebelkörper (2), welcher durch zwei beabstandet verlaufende, parallele Seitenwände (4, 5) und einen die Seitenwände (4, 5) verbindenden, quer verlaufenden Steg (6) gebildet ist, wobei der Steg (6) im Bereich eines ersten Endes eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Hebelkörpers (2) dienende Gelenkpfanne (8) ausbildet und im Bereich eines zweiten Endes eine zum Kontakt mit dem Gaswechselventil vorgesehene Ventilbetätigungsfläche (7) definiert, wobei die Seitenwände (4, 5) zwischen sich in Bohrungen einen Achsbolzen (9) aufnehmen, welcher eine Nockenrolle (3) über einen Nadelkranz (10) eines Nadellagers rotierbar führt, wobei ferner zumindest einseitig zwischen der Nockenrolle (3) und der jeweiligen Seitenwand (4, 5) eine Anlaufscheibe (12a) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Anlaufscheibe (12a) zumindest teilweise eine reibungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung (13) aufweist.

Description

Schlepphebel für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine.
Schlepphebel kommen bei Brennkraftmaschinen mit oben liegender Nockenwelle innerhalb des Ventiltriebes zum Einsatz, um als jeweils zwischen einem Nocken einer Nockenwelle und einem je zu betätigenden Gaswechselventil liegendes Übertragungselement entsprechend einer Kontur des Nockens eine translatorische Bewe- gung in das Gaswechselventil einzuleiten. Dabei verfügt ein Schlepphebel üblicherweise über einen einarmigen Hebelkörper, welcher sich mit seinem einen Ende an einem, mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbundenen Abstützelement abstützt und mit seinem jeweils anderen Ende über eine Ventilbetätigungsfläche mit einem Ventilschaft des zu betätigenden Gaswechselventils in Verbindung steht. In ei- nem mittleren Abschnitt des Hebelkörpers ist eine Nockenrolle angeordnet, an der jeweils der Nocken der Nockenwelle anläuft und entsprechend seiner Kontur eine Schwenkbewegung des Schlepphebels bewirkt.
Aus der US 4,727,832 geht einen Schlepphebel mit einer Nockenrolle hervor. Der Schlepphebel umfasst zwei Anlaufscheiben, die beidseitig zwischen der Nockenrolle und einer jeweiligen Seitenwand des Schlepphebels angeordnet sind. Ferner sind die beiden Anlaufscheiben aus einem verschleißbeständigen Material, insbesondere einer Phosphorbronze ausgebildet. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schlepphebel weiterzuentwickeln, wobei insbesondere die Reibung zwischen einer Nockenrolle und einem Hebelkörper weiter gesenkt werden soll.
Ein erfindungsgemäßer Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine umfasst einen Hebelkörper, welcher durch zwei beabstandet verlaufende, parallele Seitenwände und einen die Seitenwände verbindenden, quer verlaufenden Steg gebildet ist, wobei der Steg im Bereich eines ersten Endes eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Hebelkörpers dienende Gelenkpfanne ausbildet und im Bereich eines zweiten Endes eine zum Kontakt mit dem Gaswechselventil vorgesehene Ventilbetätigungsfläche definiert, wobei die Seitenwände zwischen sich in Bohrungen einen Achsbolzen aufnehmen, welcher eine Nockenrolle über einen Nadelkranz rotierbar führt, wobei ferner zumindest einseitig zwischen der Nockenrolle und der jeweiligen Seitenwand eine Anlaufscheibe angeordnet ist, wobei die mindestens eine Anlaufscheibe zumindest teilweise eine reibungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung aufweist.
Mithin ist die Nockenrolle drehbar an dem Hebelkörper aufgenommen, wobei die je- weilige Seitenwand eine jeweilige Bohrung zur Aufnahme des Achsbolzens aufweist. Die Nockenrolle ist dazu vorgesehen, an einem Nocken einer Nockenwelle zur Anlage zu kommen. Die inneren Stirnflächen der Seitenwände bilden den seitlichen Anlauf für die dazwischen angeordnete Nockenrolle. Zur Minimierung der Reibung zwischen der Nockenrolle und dem Hebelkörper weist die mindestens eine Anlaufscheibe eine rei- bungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung auf. Insbesondere ist die Beschichtung chemisch oder galvanisch auf die mindestens eine Anlaufscheibe ausbildbar.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Nockenrolle eine Schrägstel- lung zwischen den beiden Seitenwänden aufweist. Mit anderen Worten ist der Achsbolzen nicht senkrecht zu den beiden parallelen Seitenwänden angeordnet, sondern mit einer geringen Schrägstellung, wobei die Nockenrolle nur an einer Seitenwand anläuft. Durch die gezielte Schrägstellung der Nockenrolle im Hebelkörper, kann die Position des Schlepphebels auf dem Gaswechselventil bestimmt werden. Aufgrund der Schrägstellung der Nockenrolle ist ein jeweiliger axialer Spalt zwischen der Nockenrolle und dem Hebelkörper ungleichförmig. Somit ist die Nockenrolle nicht parallel zu den beiden Seitenwänden angeordnet. Insbesondere ist eine einzige Anlaufscheibe, die lediglich teilweise eine reibungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung aufweist, zwischen der Nockenrolle und der Seitenwand, die der Nockenrolle zum An- lauf dient, angeordnet. Insbesondere ist die mindestens eine Anlaufscheibe stirnseitig an der Nockenrolle angeordnet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist beidseitig zwischen der Nockenrolle und der jeweiligen Seitenwand eine jeweilige beschichtete Anlaufscheibe ange- ordnet. Somit sind an der Nockenrolle zwei Anlaufscheiben angeordnet, wobei jede der beiden Anlaufscheiben dazu vorgesehen ist, an der jeweiligen Seitenwand anzulaufen. Vorzugsweise ist die Beschichtung zumindest an einer zur Nockenrolle angrenzenden Stirnfläche der mindestens einen Anlaufscheibe ausgebildet. Sofern die Beschichtung nicht vollständig oder zumindest an den beiden Stirnflächen der Anlaufscheibe ausgebildet ist, ist die Beschichtung zumindest an der zur Nockenrolle angrenzenden Stirnfläche der Anlaufscheibe ausgebildet. Insbesondere laufen auch die Wälzkörper des Nadelkranzes axial an der mindestens einen Anlaufscheibe an. Aufgrund der Beschichtung werden auch hier die Reibung und der Verschleiß verringert.
Bevorzugt ist die mindestens eine Anlaufscheibe aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet. Insbesondere ist die Beschichtung an der mindestens einen Anlaufscheibe aus amorphem Kohlenstoff ausgebildet. Amorpher Kohlenstoff ist ferner unter der Bezeichnung DLC (diamond like carbon) oder diamantähnlicher Kohlenstoff bekannt.
Des Weiteren bevorzugt ist die mindestens eine Anlaufscheibe ringförmig ausgebildet, wobei ein Außendurchmesser der mindestens einen Anlaufscheibe kleiner als ein Au- ßendurchmesser der Nockenrolle ist. Aufgrund des geringeren Außendurchmessers der Anlaufscheibe gegenüber dem Außendurchmesser der Nockenrolle und des damit einhergehenden geringeren Hebelarms für das Reibmoment, verringer sich das Reibmoment zwischen der Anlaufscheibe und dem Hebelkörper. Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der drei Figuren, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine vereinfachte schematische Seitendarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schlepphebels mit einer Nockenrolle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, eine vereinfachte schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der Nockenrolle gemäß Figur 1 , und eine vereinfachte schematische Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schlepphebels mit einer Nockenrolle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Gemäß den Figuren 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Schlepphebel 1 zur Betätigung eines - hier nicht dargestellten - Gaswechselventils einer - hier nicht dargestell- ten - Brennkraftmaschine einen Hebelkörper 2 auf, welcher durch zwei beabstandet verlaufende, parallele Seitenwände 4, 5 und einen die beiden Seitenwände 4, 5 verbindenden, quer verlaufenden Steg 6 gebildet ist. Der Steg 6 umfasst im Bereich eines ersten Endes eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Hebelkörpers 2 dienende Gelenkpfanne 8 und im Bereich eines zweiten Endes eine zum Kontakt mit dem Gaswechselventil vorgesehene Ventilbetätigungsfläche 7. Die beiden Seitenwände 4, 5 nehmen zwischen sich in Bohrungen einen Achsbolzen 9 auf, der eine Nockenrolle 3 über einen - in Figur 2 dargestellten - Nadelkranz 10 rotierbar führt. Gemäß Figur 1 kommt die Nockenrolle 3 an einem Nocken 1 1 einer - hier nicht dargestellten - Nockenwelle zur Anlage.
Die in Figur 1 dargestellte Nockenrolle 3 ist in Figur 2 vollständig abgebildet und wird somit nicht wie in Figur 1 von der Seitenwand 5 des Schlepphebels 1 verdeckt. Gemäß Figur 2 weist die Nockenrolle 3 neben dem Nadelkranz 10 eine erste und eine zweite Anlaufscheibe 12a, 12b auf, die jeweils stirnseitig an der Nockenrolle 3 ange- ordnet sind. Mithin ist gemäß Figur 1 beidseitig zwischen der Nockenrolle 3 und der jeweiligen Seitenwand 4, 5 eine jeweilige Anlaufscheibe 12a, 12b angeordnet. Beide Anlaufscheiben 12a, 12b weisen eine, die gesamte Oberfläche abdeckende, rei- bungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung 13 auf. Die jeweilige Anlaufscheibe 12a, 12b besteht aus einem Stahlwerkstoff, wobei die Beschichtung 13 aus amorphem Kohlenstoff ausgebildet ist. Mithin handelt es sich um eine DLC-
Beschichtung. Ferner ist die jeweilige Anlaufscheibe 12a, 12b ringförmig ausgebildet, wobei ein Außendurchmesser der jeweiligen Anlaufscheibe 12a, 12b kleiner als ein Außendurchmesser der Nockenrolle 3 ist. An einem jeweiligen Innendurchmesser der jeweiligen Anlaufscheibe 12a, 12b sind mehrere Sicken 14 zur Öldurchführung ausgebildet.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schlepphebels 1 . Diese unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Nockenrolle 3 eine Schrägstellung zwischen den beiden Seitenwänden 4, 5 aufweist und ferner lediglich eine Anlaufscheibe 12a aufweist, wobei die Anlaufscheibe 12a nur teilweise eine reibungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung 13 aufweist. Die gezielte Schrägstellung der Nockenrolle 3 (nach rechts weisender Pfeil an der Nockenrolle 3) durch die gezielte Schrägstellung des Achsbolzens 9 führt zu einer Verdrehung des Schlepphebels 1 (nach rechts weisender Pfeil an dem Ende des Schlepphebels 1 ). Die Nockenrolle 3 läuft somit nur an der Seitenwand 4 an. Die Beschichtung 13 ist ausschließlich an einer zur Nockenrolle 3 angrenzenden Stirnfläche der Anlaufscheibe 12a ausgebildet. Die Anlaufscheibe 12a gemäß Figur 3 ist ebenso wie die Anlaufscheiben 12a, 12b gemäß den Figuren 1 und 2 aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet, wobei die Beschichtung 13 aus amorphem Kohlenstoff ausgebildet ist. Figur 3 stellt, hinsichtlich der Reibung zwischen der Nockenrolle 3 und dem Hebelkörper 2 eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Schlepphebels 1 dar.
Bezugszeichenliste
Schlepphebel
Hebelkörper
Nockenrolle
Seitenwand
Seitenwand
Steg
Ventilbetätigungsfläche
Gelenkpfanne
Achsbolzen
Nadelkranz
Nocken
Anlaufscheibe
Beschichtung
Sicke

Claims

Patentansprüche
1 . Schlepphebel (1 ) zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftma- schine, mit einem Hebelkörper (2), welcher durch zwei beabstandet verlaufende, parallele Seitenwände (4, 5) und einen die Seitenwände (4, 5) verbindenden, quer verlaufenden Steg (6) gebildet ist, wobei der Steg (6) im Bereich eines ersten Endes eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Hebelkörpers (2) dienende Gelenkpfanne (8) ausbildet und im Bereich eines zweiten Endes eine zum Kontakt mit dem Gaswech- selventil vorgesehene Ventilbetätigungsfläche (7) definiert, wobei die Seitenwände (4, 5) zwischen sich in Bohrungen einen Achsbolzen (9) aufnehmen, welcher eine Nockenrolle (3) über einen Nadelkranz (10) rotierbar führt, wobei ferner zumindest einseitig zwischen der Nockenrolle (3) und der jeweiligen Seitenwand (4, 5) eine Anlaufscheibe (12a) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Anlaufscheibe (12a) zumin- dest teilweise eine reibungsmindernde sowie verschleißbeständige Beschichtung (13) aufweist.
2. Schlepphebel nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zwischen der Nockenrolle (3) und der je- weiligen Seitenwand (4, 5) eine jeweilige Anlaufscheibe (12a, 12b) angeordnet ist.
3. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) zumindest an einer zur Nockenrolle (3) angrenzenden Stirnfläche der mindestens einen Anlaufscheibe (12a, 12b) ausgebildet ist.
4. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anlaufscheibe (12a, 12b) aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist.
5. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) an der mindestens einen Anlaufscheibe (12a, 12b) aus amorphem Kohlenstoff ausgebildet ist.
6. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anlaufscheibe (12a, 12b) ringförmig ausgebildet ist, wobei ein Außendurchmesser der mindestens einen Anlaufscheibe (12a, 12b) kleiner als ein Außendurchmesser der Nockenrolle (3) ist.
7. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenrolle (3) eine Schrägstellung zwischen den beiden Seitenwänden (4, 5) aufweist.
8. Schlepphebel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anlaufscheibe (12a, 12b) stirnseitig an der Nockenrolle (3) angeordnet ist.
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